(57)【要約】【課題】  本発明の目的は荷電粒子顕微鏡を改良することである。【解決手段】  荷電粒子顕微鏡は、試料を保持する試料ホルダ、荷電粒子ビームを生成するビーム源、前記試料へ照射するように前記ビームを案内する照射体、前記照射に応じて前記試料から放出され、そこから画像が生成される放射線束を検出する検出器、を有する。  当該照射体は、前記ビームを複数の分割ビームへ変換することにより、前記ビームが前記試料に衝突する前に前記ビームの幾何学形状を画定するための前記ビーム路中に開口領域を有する絞り板を有する。前記開口領域は複数の孔の分布を有し、前記複数の孔の各々は、前記絞り板へ入射する前記ビームの直径よりも小さく、前記画像を生成する光学系のフーリエ周波数スペクトルをゼロに低減することにより、前記スペクトルを滑らかにするように構成されている。【選択図】  図２Ａ
2018026369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持する試料ホルダ、
荷電粒子ビームを生成するビーム源、
前記試料へ照射するように前記ビームを案内する照射体、
前記照射に応じて前記試料から放出され、そこから画像が生成される放射線束を検出する検出器、
を有する荷電粒子顕微鏡であって、
当該照射体は、前記ビームを複数の分割ビームへ変換することにより、前記ビームが前記試料に衝突する前に前記ビームの幾何学形状を画定するための前記ビーム路中に開口領域を有する絞り板を有し、
前記開口領域は、複数の孔の分布を有し、前記複数の孔の各々は、前記絞り板へ入射する前記ビームの直径よりも小さく、前記画像を生成する光学系のフーリエ周波数スペクトルをゼロに低減することにより、前記スペクトルを滑らかにするように構成されていることを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
【請求項２】
前記複数の孔の中には、孔のサイズ、孔の形状、及び孔の方位を含む群から選ばれた特性に関して相互に異なる少なくとも２つの孔が存在する、請求項１に記載の荷電粒子顕微鏡。
【請求項３】
前記分布が、該分布の重心に対して非等方性を示す、請求項１又は２に記載の荷電粒子顕微鏡。
【請求項４】
当該絞り板が、前記ビーム路中に様々な異なる絞り板を設けるように選択的に起動可能な交換機構によって保持される、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の荷電粒子顕微鏡。
【請求項５】
前記交換機構が、
前記ビーム路内での様々なホルダ位置の位置設定を行うように動かされ得て、各々には絞り板が供され得る多数のホルダ位置を有するトレイと、
絞り板のライブラリと協働して、前記ライブラリから所与の絞り板を取り出し、かつ、前記所与の絞り板を前記ビーム路内に設置するグリッパと、
を有する群から選ばれる、
請求項４に記載の荷電粒子顕微鏡。
【請求項６】
前記交換機構には複数の絞り板の一団が供され、
前記複数の絞り板の一団の各々は、前記分布の各異なる実施例を有する、
請求項４又は５に記載の荷電粒子顕微鏡。
【請求項７】
試料ホルダ上に試料を供する段階、
ビーム源から照射体を介して前記試料へ照射するように荷電粒子ビームを案内する段階、
検出器を用いることによって前記照射に応じて前記試料から放出され、そこから画像が生成される放射線束を検出する段階、
前記ビームを複数の分割ビームへ変換することにより、前記試料に衝突する前に前記ビームの形状を画定するために前記ビーム路中に開口領域を有する絞り板を設ける段階を有する荷電粒子顕微鏡の使用方法であって、
前記開口領域は、複数の孔の分布を有し、前記複数の孔の各々は、前記絞り板へ入射する前記ビームの直径よりも小さく、前記画像を生成する光学系のフーリエ周波数スペクトルをゼロに低減することにより、前記スペクトルを滑らかにするように構成されていることを特徴とする、方法。
【請求項８】
前記絞り板が、前記試料上で前記ビームのオートフォーカス操作を実行するのに用いられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記絞り板が、
前記ビームが衝突する前記部分の表面の幾何学形状プロファイルを推定する段階と、
すべての地点について基本的に均一な焦点状態を有する前記部分の画像を生成する段階と、
を有する群から選ばれる操作を実行するため、前記試料の少なくとも一部にわたって前記ビームを走査する間に用いられる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記絞り板が、前記試料の画像の分解能を改善するのに用いられる、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記ビームの走査運動は、前記試料の疎な走査を実行するのに用いられ、
前記画像は、前記疎な走査中に収集される検出器データから構築される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記顕微鏡が、前記試料を透過して検出器へ向かう荷電粒子束を検出する結像系を有する透過型顕微鏡で、
前記絞り板は画像の焦点を測定するのに用いられる、
請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子顕微鏡に関する。当該荷電粒子顕微鏡は、
試料を保持する試料ホルダ、
荷電粒子ビームを生成するビーム源、
前記試料へ照射するように前記ビームを案内する照射体、
前記照射に応じて前記試料から放出される放射線束を検出する検出器、
当該照射体は、前記ビームが前記試料に衝突する前に前記ビームの幾何学形状を画定するための前記ビーム路中に開口領域を有する絞り板を有する。
【０００２】
本発明はまた当該顕微鏡の様々な画期的な使用方法にも関する。
【背景技術】
【０００３】
荷電粒子顕微鏡−具体的には電子顕微鏡−は、微小な対象物を撮像する周知で重要性を増している方法である。歴史的には、電子顕微鏡の基本的性質は、多数の周知の装置−たとえば透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、及び走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）−及び様々な派生型装置−たとえば支援活動（たとえばイオンビームミリング又はイオンビーム誘起堆積（ＩＢＩＤ））を可能にするように「加工用」集束イオンビーム（ＦＩＢ）をさらに用いることのできる所謂「デュアルビーム」装置（たとえばＦＩＢ−ＳＥＭ）−へ発展してきた。
より詳細には以下の通りである。
−  ＳＥＭでは、試料への走査電子ビームの照射が、２次電子、後方散乱電子、Ｘ線、及びフォトルミネッセンス（赤外、可視、及び/又は紫外の光子）として、試料からの「補助」放射線の放出を引き起こす。続いてこの放出放射線束の１つ以上の成分が、画像蓄積目的及び／又は（たとえばＥＤＸ（エネルギー分散Ｘ線分光）の場合には）分光解析で検出及び利用される。
−  ＴＥＭでは、試料への照射に用いられる電子ビームは、試料（この目的のため、一般的にはＳＥＭ用試料の場合よりも薄くなる）へ侵入するのに十分高いエネルギーとなるように選ばれる。よって試料から放出される透過電子束は、画像の生成に用いられて良い。係るＴＥＭが走査モード（よってＳＴＥＭとなる）で動作する場合、問題となる画像は、照射電子ビームの走査運動中に蓄積される。
【０００４】
ここで述べた話題の一部に関するさらなる情報はたとえば、以下のWikipediaのリンクから収集することができる。
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
http://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy
照射ビームとして電子ビームを用いる代わりとして、荷電粒子顕微鏡観察もまた、他の種類の荷電粒子を用いて実行されて良い。この点では、「荷電粒子」という語句は、たとえば電子、正イオン（たとえばＧａイオン又はＨｅイオン）、負イオン、陽子、及び陽電子を含むものとして広義に解釈されなければならない。
イオン系顕微鏡に関しては、さらなる情報は、たとえば以下のリンクと非特許文献1から収集することができる。
http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_Helium_Ion_Microscope
撮像に加えて、荷電粒子顕微鏡はまた、他の機能−たとえば分光の実行、ディフラクトグラムの検査、（局在化した）表面改質（たとえばミリング、エッチング、堆積）等の実行−をも有して良いことに留意して欲しい。
すべての場合において、荷電粒子顕微鏡（ＣＰＭ）は少なくとも以下の構成要素を有する。
−  放射線源（たとえばショットキー電子源若しくはイオン銃）
−  照射体。線源からの「生の」放射線ビームを操作し、かつ、その放射線に対してある作用−集束、収差の緩和、（アパーチャによる）トリミング、フィルタリング等−を実行するように機能する。照射体は一般的に、１つ以上の（荷電粒子）レンズを有し、かつ、他の種類の（粒子）光学部品をも有して良い。望ましい場合には、照射体には、調査中の試料にわたる走査運動を出力ビームに実行させることのできる偏向器システムが供されて良い。
−  上に調査中の試料が保持及び位置設定（たとえば傾斜、回転）され得る試料ホルダ。望ましい場合には、このホルダは、試料に対するビームの所望の走査運動を実現するように動かされて良い。一般的には、係る試料ホルダは、たとえば機械ステージのような位置設定システムに接続される。
−  （被照射試料から放出される放射線を検出する）検出器。前記検出器は、単体であって良いし又は事実上複合体/分配されても良く、かつ、検出される放射線に依存して多くの異なる形態をとって良い。例には、光電子増倍管（固体光電子増倍管SSPMを含む）、フォトダイオード、ＣＭＯＳ検出器、ＣＣＤ検出器、光電池等が含まれる。これらはたとえば、シンチレータ膜と併用されて良い。
【０００５】
特に当該装置は一般的に以下を有する。
【０００６】
照射体内に設けられていて調査中の試料に荷電粒子ビームが衝突する前にその荷電粒子ビームを遮断するように位置設定可能な絞り板。この板は一般的に、前記ビームを透過しない材料（たとえば金属）のシートを含むが、前記ビーム（の少なくとも一部）を透過させることが可能な開口領域をも含む。この板は、前記試料に前記ビームが衝突する前に前記ビームの幾何学形状（たとえば周辺形状、サイズ）を画定／制御するのに用いられる。開口領域は、入射荷電粒子ビームが前記開口領域の中心に位置するときに、たとえば前記ビームの直径（外部断面寸法）が少なくとも前記開口領域の直径程度となることによって、そのビームが完全に「満たした」（及んだ）跡／断面を有するように調節される。
【０００７】
以降では、本発明は、例として、電子顕微鏡の具体的に文脈において説明され得る。しかし係る単純化は単に簡明を期す／例示のためであり、限定と解されてはならない。
【０００８】
上の「技術分野」で述べた顕微鏡の例はたとえばＳＥＭである。この場合では、上述の絞り板は通常、たとえば「コンデンサ絞り」又は「収差制御絞り」と呼ばれ、かつ、通常はビーム断面積の程度／直径／サイズを制限する機能を有する。これは一般的に像の分解能にとって有利である。その理由は軸を外れる荷電粒子は、照射体（の（複数の）プローブ生成レンズ）中のレンズ収差（たとえば球面収差及び色収差）のため、十分に集束されない傾向にあるからである。係る目的のため、開口領域は基本的に、（粒子）光軸で中心をとる相対的に大きな環状の孔で構成される。一般的には係る板は、照射体の最終プローブ生成レンズ（対物レンズ）に隣接するように位置設定される。従来開口領域の面内位置（直交座標ＸＹ）は、プローブ生成レンズとの厳密な位置合わせを行うために微調整されて良い。通常顕微鏡利用者は、各異なる分解能とプローブ電流間での切り換えを行うため、各異なるサイズの絞りからなる組の間で機械的に切り換えを行って良い。
【０００９】
前段落で述べたような装置がこれまでのところ許容可能な結果を出してきたが、本願発明者等は、この従来型の設計を実質的に改良にするために意欲的に取り組んできた。この努力の結果が本願の主題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願第１４１７２８７１．７号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】W.H.  Escovitz,  T.R.  Fox  and  R.  Levi-Setti,  Scanning  Transmission  Ion  Microscope  with  a  Field  Ion  Source,  Proc.  Nat.  Acad.  Sci.  USA  72(5),  pp  1826-1828  (1975)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、上述の荷電粒子顕微鏡を改良することである。具体的に本発明の目的は、係る顕微鏡が、従来の顕微鏡に現在のところ欠けている機能を享受することである。しかも本発明の目的は、改良された顕微鏡の設計が、従来技術に係る装置によりも多目的で、かつ、より正確な結果を得ることを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記及び他の目的は、「技術分野」で述べた荷電粒子顕微鏡であって、前記開口領域が複数の孔の分布を有し、前記複数の孔の各々は、前記絞り板へ入射する前記ビームの直径よりも小さいことを特徴とする荷電粒子顕微鏡によって実現される。よって前記開口領域は、単一の入射ビームを複数の放出分割ビームへ変換するように機能する。所与の分割ビームの断面形状は、前記ビームが放出される（前記分布内の）前記孔の形状に依存する。
【００１４】
本発明の要点は、数学的見地及び物理的見地の両方から説明され得る。一般的な数学的解析に関しては、以降のことに留意して欲しい。
−  荷電粒子顕微鏡における像生成処理は、試料に関連する情報と（粒子）光学系に関する情報のコンボリューションを含む。後者はたとえば、所謂点拡がり関数（ＰＳＦ）を用いることによって数学的に記述することができる。ＰＳＦは、点状物体が介在光学系によって非点状画像へ変換される（関数上での）方法を表す。
−  このコンボリューションから試料に関連する情報又は光学系に関する情報のみを抽出するため、ある形式のデコンボリューションが実行されなければならない。係るデコンボリューションを実行する簡便な方法はフーリエドメイン内に存在する。フーリエドメイン内では、商Ｑ＝Ｓ／Ｏで処理が行われる。ここで、Ｓは試料に関する周波数スペクトルで、かつ、Ｏは光学系に関する周波数スペクトルである。
−  本願発明者等は、従来型の絞り板−典型的には（大きな単一の）環状孔を備える−が用いられるとき、スペクトルＯが、自然に複数のゼロを有する擬ガウシアンになろうとすることを発見した。前記ゼロが商Ｑの分母内で生じるので、前記ゼロは不連続性を引き起こし、かつ、画像全体にわたる「アーティファクト」としてはっきり現れる。アーティファクトは本質的に画像ノイズとみなされ得る。
−  他方、本発明による複数の孔を備える絞り板が用いられるとき、スペクトルＯは、ゼロが少なく（本質的にはなくなる）なり、はるかに滑らかに見える。それにより、上述した不連続性が緩和されて、最終的には、信号対雑音比が改善されたはるかに「清浄な」像が生成される。
【００１５】
この一般的な効果に立脚して、さらにより具体的な精緻化もなされ得る。特に、単一の（相対的に大きな）孔を複数の（顕著に小さな）孔の分布に置き換えることで、具体的効果を生じさせるために「調節」され得るパラメータ／新たな自由度が生成される。より具体的には、前記置き換えは、分布形状、分布密度、分布同等性／対称性、孔の形状、孔のサイズ、孔の方位等を新たなパラメータを生成する。前記新たなパラメータは、前記スペクトルＯの具体的操作を生成するように選ばれて良い。以降でより詳細に説明するように、前記操作は、以下に示すような顕著な機能の改善に役立ち得る。
−  より迅速／正確な焦点測定／制御
−  試料高さのマッピング
−  分解能の向上
上述の数学的な解明に加えて、本発明（のある態様）は物理的にも理解され得る。この文脈では、以下の補助的用語を導入する。
−  前記試料面での絞り板の孔の完全に焦点合わせされた像は、本影（ｕｍｂｒａ）を有するものと呼ばれる。
−  前記像が焦点合わせされていない場合、前記像の周辺は曖昧になり、前記陰を取り囲む半影（ｐｅｎｕｍｂｒａ）が生成される。
−  （近似的には）前記本影はゼロ次結像情報を含み、かつ、前記半影は１次結像情報を含むものとみなされて良い。
【００１６】
従来の単一孔の（環状）絞り板を備える従来の顕微鏡では、単一の（円盤形状の）本影と単一の（環状の）半影が存在する。前記絞り板を本発明の多数孔の絞り板に置き換えることで、多数の本影と半影が生成される。このとき隣接する半影の重なり領域に係る高次現象が付随して起こる。この高次情報は従来の状況には存在しない。前記高次情報は、画像処理に関する新たな／さらなる情報を与えるだけではなく、特定の要件に（より緊密に）適合するようにも操作され得る。なぜなら本発明の絞り板内の孔の相対位置、サイズ、及び／又は形状を変更することで、それに対応して前記重なり領域のサイズ／性質が変更されるからである。それに加えて、集団をなす、重なっていない半影の形態及びサイズも同様に操作されえる。その結果前記１次情報もまた豊富になる可能性がある。前記の高次重なり効果からの情報の抽出はたとえば、干渉縞又は波のうなりからの情報の抽出にある程度関連しているとも考えられる。
【００１７】
本発明の特別な実施例では、本発明の絞り板は、前記試料上での前記ビームの自動焦点合わせ操作を実行するのに用いられる。従来自動焦点合わせは、所謂「フォーカスシリーズ（ｆｏｃｕｓ  ｓｅｒｉｅｓ）」を実行することによって機能している。フォーカスシリーズでは、試験用物体（たとえば試料の特別な特徴部）の像の一連の試験結果（列）が最善の焦点で−たとえばわずかな過焦点から最善の焦点を介してわずかな過小焦点までで−行われる。このシリーズの解析は、使用された試験用物体の最小画像直径の焦点位置として最善の焦点の軸方向位置を明らかにする。しかしそのような動的方法は時間のかかるものであるので、意図しないスループットの損失を引き起こす。しかも係る方法は多数の露光列を必要とするので、放射線感受性を有する試験用物体にとって有害となり得る。本発明は、以下に示す２つの相補的な方法によってこの問題を解決する。
（ｉ）  本発明による多数孔を瞬間的に用いることによって、本願発明者等は、焦点外し画像には、焦点外しの大きさを独自に示す特定の物理的「縞情報」／数学的「スペクトル情報」が与えられ得ることを発見した。係るシナリオでは、単一の画像の（数学的）解析は、その画像に係るデフォーカスの大きさを明らかにすることができる。デフォーカスの方向（符号）を決定するため、デフォーカスが増大しているのか減少しているのかを判断するように、わずかに異なる焦点設定で第２画像が生成される。よってこのシナリオでは、フォーカスシリーズ及び／又は従来技術は、わずかに異なる焦点値で一対の連続する画像に置き換えられることによって、スループットが改善され、かつ、試験用物体の合計放射線曝露が減少し得る。
（ｉｉ）  本発明の多数の孔の絞り板内の孔の分布が、（たとえば、絞り板の面内での極座標系の（ある）異なる軌道角方向について様々な特性（たとえば形状、密度、半径の大きさ、孔のサイズ等）を有することによって）該分布の重心に対して非等方性（非対称性）を示す場合、（ｉ）の方法はさらに精緻化／改良され得る。本願発明者等は、係る非対称な分布の場合、上述の物理的「縞情報」／数学的「スペクトル情報」は、デフォーカスの大きさを独自に示すだけではなく、デフォーカスの方向を示すとみなされ得ることも発見した。その場合、単一画像は、最善の焦点の位置を決定するのに十分な情報を与えるので、従来技術の動的フォーカスシリーズは、はるかに迅速な静的方法にとって代わられる。
【００１８】
当業者は、方法（ｉ）及び／又は（ｉｉ）が、関連する（オンオフ又は周期的）事前校正手順と併用され得ることを理解する。前記事前校正手順は、観測された画像のデフォーカスの大きさを、軸方向での焦点位置における対応する補正へ効率的に変換することを可能にする。
【００１９】
前の実施例で説明したオートフォーカスは、本来持っている能力の点で実質的に有利だが、これまで非現実的だった新たな機能を可能にする。たとえば本発明の特別な実施例では、本発明の絞り板は、以下の段階を有する群から選ばれる操作を実行するため、前記試料の少なくとも一部にわたって前記ビームを走査する間に用いられる。
−  前記ビームが衝突する前記部分の表面の幾何学形状プロファイルを推定する段階
−  すべての地点について基本的に均一な焦点状態を有する前記部分の画像を生成する段階
前段落で説明したオートフォーカスの実施例の顕著な利点は、（時間を要するフォーカスシリーズが緩和されるため）基本的にビーム走査中にその場での地点毎の焦点合わせを可能にすることである。その結果、走査経路の地点（画素／孤）あたりの焦点情報が（実質的に）リアルタイムで取得可能となり、かつ、これは以下のことを可能にする。
【００２０】
前段落で説明したオートフォーカスの実施例の顕著な利点は、（時間を要するフォーカスシリーズが緩和されるため）基本的にビーム走査中にその場での地点毎の焦点合わせを可能にすることである。その結果、走査経路の地点（画素／孤）あたりの焦点情報が（実質的に）リアルタイムで取得可能となり、かつ、これは以下のことを可能にする。
（ａ）  走査経路上での地点ごとの最善の焦点の軸方向での位置の記録及び参考面に対するこれらの位置の参照が可能となる。このようにして、前記ビームが衝突する前記試料（の一部）の表面の高さマップを構築することが可能となる。
（ｂ）  前記試料の全部（又は一部）について単一の大域焦点値を用いるのではなく、走査中に焦点を調節することができるので、局在化された焦点合わせを実現することが可能となる。その最終的な形態では、この方法は、被操作画像の点毎の焦点合わせを可能にする。これは、非平坦試料にとって有用なだけでなく、（熱効果、ヒステリシス、振動等による）焦点ドリフトの補償を可能にする点で有利である。
【００２１】
本発明の他の実施例では、本発明の絞り板は、前記試料の画像の分解能を改善するのに用いられる。数学的には、本発明の絞り板を用いる効果は、当該絞り板内の孔に対応する位置での第１値（たとえば１）、及び、前記絞り板の阻止位置で第２値（たとえば０）を有する阻止関数（フィルタ関数）を前記照射体のビーム源関数に重ねることによって前記ビーム源関数を修正することであることが示され得る。透過型ＣＰＭの場合、前記ビーム源関数の修正はこのようにして、前記ＣＰＭにおける最終的な結像過程を表すコントラスト伝達関数（ＣＴＦ）の操作となる。特に前記ＣＴＦは、高い空間周波数で改善されるように操作されて良い（さもなければ未修正のビーム源関数の場合には、ゼロになろうとする）。前記改善によって空間分解能が向上する。たとえば以降の実施例３を参照のこと。非透過型ＣＰＭ（たとえばＳＥＭ）の場合、同様の効果が、前記試料でのプローブプロファイル／挙動を表す数学的関数で起こる。前記関数は一般的に「結像関数」と呼ばれ得る。
【００２２】
前段落で説明された実施例の特別版では、以下が適用される。
−  前記ビームの走査運動は、前記試料の疎な走査を実行するのに用いられる。
−  前記画像は、前記疎な走査中に収集される検出器データから構築される。
【００２３】
疎な走査は、試料を充填する走査経路に沿ったすべての可能な画素位置にアクセスする代わりに、前記位置からなる相対的に疎な組のみにアクセスする方法である。前記走査方法は、必然的に全走査よりも（はるかに）速く、かつ、必要とされる前記試料の放射線曝露をはるかに小さくするので有利である。しかし前記走査方法は原則として、画像を構築するために生成するデータ組は（はるかに）少なくなり、これは一般的に画像の分解能を低下させる点で不利益となる。前段落で説明された機構は、到達可能な分解能を改善する手段を供する。前記手段は、所与のデータ組で良好な分解能を与えるか、又は、はるかに小さな（疎な）データ組を所与の分解能を実現するのに用いることを可能にするため、疎な走査の画像にとって特に重要である。ＣＰＭ撮像における（様々な）疎な走査方法についてのさらなる情報はたとえば特許文献１から得られる。
【００２４】
本発明のさらに他の実施例では、以下が適用される。
−  使用される顕微鏡は、前記試料を透過して検出器へ向かうように荷電粒子束を案内する結像系を有する透過型顕微鏡である。
−  本発明の絞り板は、画像の焦点（デフォーカス）を測定するのに用いられる。
【００２５】
本発明のさらに他の実施例では、以下が適用される。
−  使用される顕微鏡は、前記試料を透過して検出器へ向かうように荷電粒子束を案内する結像系を有する透過型顕微鏡である。
−  本発明の絞り板は、画像の焦点（デフォーカス）を測定するのに用いられる。
【００２６】
この実施例は、透過型顕微鏡内の照射ビームが厳密にコリメートされていない／平行ではなく、一般的には（相対的に狭い）照射角度の分布を含むことを利用している。本発明の絞り板−この実施例では、たとえば有利となるようにビームのクロスオーバー内／付近に設けられる−を用いることによって、この連続的な照射角の分布は、複数の離散的な照射角範囲からなる集合に離散化される。複数の離散的な照射角範囲の各々は、相対的に小さな孔を通過する結果生成されるため、相対的に小さい。その結果、このようにして照射される試料は、各々が独自の（中央）ビーム傾斜を有する複数の離散的な分割ビームによって同時に照射される。焦点外しされた画像では、これらの分割ビームの各々は独自の横方向にシフトした部分画像を生成する。このときこれらの分割ビームの横方向シフトの大きさは、元のビーム傾斜の大きさと符号に依存する。他方焦点合わせされた画像では、すべての横方向シフトは本質的にゼロとなる。よって複数の前記分割ビームが前記試料へ同時に照射されることで、各独立して横方向にシフトした複数の部分画像が生成される。前記複数の部分画像は、コンボリューションされた最終画像を生成するように結合される。よってこの画像の数学的デコンボリューションは、そのデフォーカスの大きさ及び符号を与える。このようにして、焦点情報は、複数の結像処理を用いて決定されなければならないのではなく、（同時に複数の分割ビーム傾斜を用いた）単一の結像処理から得ることができる。よって時間の節約、スループットの改善、及び、前記試料への累積的照射の減少が実現される。
【００２７】
既に述べたように、本発明は、本発明の開口領域へ与えられる形態に関して顕著な自在性／自由度を与える。前記分布の幾何学形状パラメータ−たとえば前記分布の節点が位置する「グリッド」の形態（たとえば六角形式、直交形式、極形式、不規則形式等）、前記グリッド内の「セル」のサイズ、前記セルの充填因子等−に加えて、前記孔のパラメータ−たとえば孔のサイズ、孔の形状、孔の方位等−もまた（自由に）選ばれて良い。係る多数の調節可能なパラメータを供することによって、本発明は、従来の絞りでは利用できず、かつ、上述のＰＳＦ／フーリエスペクトル／ＣＴＦ／結像関数を微細に操作するように調節され得る多数の新たな自由度を供する。以下に、より具体的な例が与えられる。
【００２８】
既に述べたように、本発明は、本発明の開口領域へ与えられる形態に関して顕著な自在性／自由度を与える。前記分布の幾何学形状パラメータ−たとえば前記分布の節点が位置する「グリッド」の形態（たとえば六角形式、直交形式、極形式、不規則形式等）、前記グリッド内の「セル」のサイズ、前記セルの充填因子等−に加えて、前記孔のパラメータ−たとえば孔のサイズ、孔の形状、孔の方位等−もまた（自由に）選ばれて良い。係る多数の調節可能なパラメータを供することによって、本発明は、従来の絞りでは利用できず、かつ、上述のＰＳＦ／フーリエスペクトル／ＣＴＦ／結像関数を微細に操作するように調節され得る多数の新たな自由度を供する。以下に、より具体的な例が与えられる。
−  上述した前記グリッドのサイズ（ピッチ／周期）の適切な調節は、前記画像中でのある（フーリエ）周波数を改善／抑制するのに用いられ得る。
−  相対的に微細なグリッドピッチの選択は、相対的に粗いグリッドピッチよりも、より厳密な深さ関連（焦点）情報を得ることが期待される。
−  円形又は擬円形のセル形状を選ぶことは、特別ではない試料の幾何学構造（たとえば不規則な生体細胞、鉱物のグレイン等）について良好な再構成結果を与えることが期待される。とはいえ直交グリッドは、たとえば本質的に直交する構造（たとえば半導体回路）を備える試料の場合に良好な結果を与えることができる。
−  そうは言っても、規則的なグリッド／セルの形状には限定されず、不規則又は擬規則的な孔の分布も許容される。
−  孔の形状／サイズに関して、前述／後述の説明は、これらのパラメータの調節が、衝突するビーム源の波に本発明の絞り板を重ねる阻止機能（フィルタ機能）の形態を調節することを明らかにする。
【００２９】
本発明の特別な実施例（「異種（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ）」実施例）では、前記分布は、孔のサイズ、孔の形状、及び孔の方位のうちの少なくとも１つに関して相互に異なる少なくとも２つの孔を有する。係る実施例は、所与の状況の必要性に対して本発明の絞り板（の阻止／フィルタリング機能）を適合させるための最大の自在性を可能にする。
【００３０】
前述したように、前記開口領域内で前記孔の分布及び／又は前記孔自体のパラメータを調節することによって、本発明の絞り板の多くの異なる可能な実施例が自由に生成される。このようにして、当該絞り板に係るＰＳＦを変更し、付随するフーリエスペクトル内でのある周波数を強調／抑制することが可能となる。本発明のＣＰＭの使用の自在性／多様性の増大を可能にするため、希望／必要に応じて様々な当該絞り板を迅速／容易に配置することが有用である。この目的のため、本発明の特別な実施例では、所与の絞り板は、前記ビーム路中に様々な異なる当該絞り板を設けるように選択的に起動する交換機構によって保持される。前記様々な絞り板は、望ましい場合には、本発明の絞り板の様々な版に加えて、従来型の絞り板を含んでも良い。当該ＣＰＭの真空環境内において様々な絞り板をその場で有することは有利である。なぜなら前記絞り板は、各使用前／後でエアロックを介して移動される必要がなくなるからである。しかも当該ＣＰＭの利用者は、彼／彼女が変更を必要とするとき−たとえば彼／彼女が異なる型の試料を検査する場合又は異なる種類の解析（撮像、ディフラクトグラム取り込み、分光）を実行する場合又は校正手順を実行する場合等−には各異なる絞り板間で容易に切り換えることができる。
【００３１】
前段落で説明した実施例の精緻型では、前記交換機構は、
−  前記ビーム路内での様々なホルダ位置の位置設定を行うように動かされ得て、各々には絞り板が供され得る多数のホルダ位置を有するトレイ
−  絞り板のライブラリと協働して、前記ライブラリから所与の絞り板を取り出し、かつ、前記所与の絞り板を前記ビーム路内に設置するグリッパ
を有する群から選ばれる。
【００３２】
前記トレイに関しては、これはたとえば、モータ（たとえばステッパモータ）によって駆動／位置設定可能な回転可能なコンベヤ又はスライド可能なそりであって良い。前記グリッパに関しては、これはたとえば、様々な絞り板が格納されているスロット位置を有するラック／スタックと協働するＳＣＡＲＡロボット又は他の型の機械アーム／ハンド機構であって良い。望ましい場合には、前記機構は、たとえば電気ルックアップテーブル内に様々な種類の絞り板の格納位置を記録し、かつ、前記交換機構（回転式／スライド式駆動装置、ロボットアーム、ラック／スタックエレベータ等）のアクチュエータをコンピュータ制御装置へ接続することによって完全に自動化されて良い。前記コンピュータ制御装置は、前記ビーム路中に選ばれた絞り板を設置するように、ユーザーインターフェース上での入力（たとえば（タッチ）スクリーン上でのアイコンの選択）に応じて前記ルックアップテーブルを参照し、かつ、適切な制御命令を前記アクチュエータへ送ることができる。
【００３３】
ここで本発明について、典型的実施例と添付の概略的図面に基づいてより詳細に説明する。
【００３４】
図中、適切な場合には、対応部分は、対応する参照符号を用いて示される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による走査型荷電粒子顕微鏡の実施例の断面図を表している。
【図２】２Ａと２Ｂは、本発明による絞り板の実施例の上面図を表している。
【図３】本発明による透過型荷電粒子顕微鏡の実施例の断面図を表している。
【図４】（衝突ビームの）コヒーレンス角と分解能の損失との関係を表している。
【図５】５Ａと５Ｂは、如何にして本発明が、結像関数のフーリエ変換を選択的に操作するのに用いられ得るのかを表している。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、本発明によるＣＰＭの実施例の概略図である。より具体的には図１は走査型顕微鏡４００の実施例−この場合ＳＥＭ−を示している（とはいえ本発明においては、走査型顕微鏡４００はたとえばイオン系顕微鏡であっても有効となりえる）。顕微鏡４００は粒子光学鏡筒４０２を有する。粒子光学鏡筒４０２は粒子光学軸４０４’に沿った荷電粒子ビーム４０４（この場合では電子ビーム）を生成する。粒子光学鏡筒４０２は、真空チャンバ４０６上に設けられる。真空チャンバ４０６は、試料４１０を保持する試料ホルダ/台４０８を含む。真空チャンバ４０６は、真空ポンプ（図示されていない）を用いることによって排気される。電源４２２の助けによって、試料ホルダ４０８又は少なくとも試料４１０は、望ましい場合には、接地電位に対してある電位にバイアス印加（浮遊）され得る。
【００３７】
粒子光学鏡筒４０２は、電子源４１２（たとえばショットキー銃）、電子ビーム４０４を試料４１０へ集束させるレンズ４１４と４１６、及び、（ビーム４０４のビーム操作／走査を実行する）偏向ユニット４１８を有する。当該装置４００はさらにコンピュータ処理装置（制御装置）４２４を有する。コンピュータ処理装置（制御装置）４２４は、とりわけ偏向ユニット４１８、レンズ４１４、４１６、及び検出器４２０、４２８を制御し、かつ、検出器４２０、４２８から収集される情報を表示装置４２６上に表示する。本発明においては、装置４１４，４１６，及び４１８は、上述の照射体を含むものとみなされて良い。
【００３８】
検出器４２０，４２８は、入力ビーム４０４の照射に応じて試料４１０から放出される様々な種類の出力放射線を検査するのに用いられ得る様々な検出器の種類から選ばれる。図示された装置では、以下の検出器が選択された。
−  検出器４２０は、試料４１０から放出される出力ＢＳ電子束（の少なくとも一部）を検出するのに用いられるホウ素がドーピングされた固体検出器である。
−  検出器４２８は、（ビーム４０４の通過を可能にする）中央開口４３０の周りに設けられる複数（たとえば４つ）の独立した検出部を含む区分化された検出器である。係る検出はたとえば、試料４１０から放出される出力（２次又は後方散乱）電子束の角度依存性を調査するのに用いられて良い。
【００３９】
図示されているように、検出器４２０と４２８のいずれも電子を検査するのに用いられる。しかしこれは純粋に設計／実装上の選択であり、必要な場合には、電子に加えて又は電子の代わりに試料４１０から放出される他の種類の放射線（たとえばＸ線、カソードルミネッセンス）束を検出するように選ばれて良い。
【００４０】
試料４１０にわたってビーム４０４を走査させることによって、出力放射線−たとえばＸ線、赤外／可視／紫外光、２次電子、及び後方散乱（ＢＳ）電子の束を含む−が、試料４１０から放出される。係る出力放射線は（走査運動に起因して）位置に敏感なので、検出器４２０、４２８から得られる情報もまた位置依存性を有する。この事実によって、検出器４２０の出力は、（たとえば）試料４１０（の一部）の後方散乱電子画像の生成に用いることが可能となる。前記後方散乱電子画像は基本的に、試料４１０上の走査経路位置の関数とする検出器４２０の出力のマップである。
【００４１】
検出器４２０、４２８からの信号は、制御ライン（バス）４２４’に沿って伝達され、制御装置４２４によって処理され、かつ、表示装置４２６上に表示される。当該処理は、たとえば結合、積分、減算、偽着色、輪郭改善、及び当業者に既知の他の処理のような操作を含んで良い。それに加えて、自動化された認識処理（たとえば粒子解析で用いられるような）は、当該処理に含まれて良い。
【００４２】
係る設定の精緻型及び代替型の多くは当業者に知られていることに留意して欲しい。係る設定の精緻型及び代替型は以下を含むが、これらに限定されない。
−  デュアルビーム−たとえば撮像用の電子ビーム４０４と試料４１０の加工（場合によっては撮像）様のイオンビーム−の使用
−  試料４１０での−たとえば（所謂環境制御型ＳＥＭで用いられているような）数ｍｂａｒの圧力を維持するか、又は、気体−エッチング気体又は前駆体気体−を収容することによる−制御された環境の使用
等
図１に図示された走査型顕微鏡はＳＥＭだが、図１に図示された走査型顕微鏡は、本発明においては、たとえばＳＴＥＭも有効なものとしてあり得る（以降の実施例２参照）。
【００４３】
本発明（の実施例）によると、上で説明した（たとえば実施例１で説明されている）型の絞り板Ａは、ＣＰＭ４００の照射体内に（取り外し可能／調節可能）なように設けられている。この場合、絞り板Ａは最終レンズ素子４１６に近接して設けられる。一般的には、絞り板Ａはホルダ（図示されていない）上に設けられて良い。前記ホルダは上述の交換器型であって良い。ビーム４０４が出ているとき、ビーム４０４は、板Ａの開口領域の複数の孔（たとえば図２Ａと図２Ｂ内の各対応する５２と５２を参照のこと）を通過し、かつ、複数の分割ビームに分割される。それにより前記孔の特定の分布／特性に従って「パターニング」される。前述／後述するように、係るパターニングは、有効な数学的／物理的効果の実現を可能にする。
【実施例１】
【００４４】
図２Ａは、本発明による絞り板Ａの特別な実施例の上面図を表している。板Ａはたとえば、厚さが約０．１ｍｍのオーダーで横方向寸法（直径）が約３ｍｍ×３ｍｍのオーダーの金属シート５０（プラチナ又はモリブデン）を含む。シート５０の領域内には、板Ａが使用されるときに板Ａに衝突する荷電粒子ビームの意図した跡に対応する開口領域５２が存在する。図示されているように、開口領域５２は、たとえば約１ｍｍのオーダーの直径を有する円である。領域５２の周辺部内には、複数の（相対的に小さな）孔５４の分布が存在する。複数の（相対的に小さな）孔５４はこの場合、様々な形状、サイズ、及び方位である。図示された孔５４は長方形だが、孔５４は他の形態−たとえば円、三角形、六角形等−を有しても良い。本願の例では、孔５４の分布は、その分布の重心５６（図示されているように開口領域５６の中心）に対して非等方的であることを示している。孔５４は一般的に、約数（十）ミクロンのオーダーの幅を有する。
【００４５】
絞り板ＡがＣＰＭ内で使用中のとき、地点５６が（略）ＣＰＭの照射体の粒子光学軸（たとえば図１の軸４０４’又は図３の軸８）上に位置するように、絞り板Ａは通常位置設定される。前記粒子光学軸に沿って伝播する入射粒子ビームは、板Ａによって選択的に隠される。ビームの透過は孔５４を介してしか起こらない。このようにして、絞り板Ａは、「パターニング板」又は空間フィルタとして機能し、かつ、入射ビームを複数の放出分割ビームへ分割する役割を果たす。前述及び後述のように、パラメータ−たとえば孔５４の特別な分布並びに／又は孔５４のサイズ、形状、及び方位−は、所望の全体パターンを生成するように（基本的には意のままに）選ばれて良い。このとき、たとえば板Ａを介する照射に係るＰＳＦ及びＣＴＦのような部分への付随する特定の効果が生じる。本発明のこの態様を強調するため、図２Ｂは、本発明の許容可能な実施例でもある図２の対象の変化型を示す。
【実施例２】
【００４６】
図３は、本発明による他のＣＰＭの実施例の概略図である。より具体的には図３は、透過型顕微鏡Ｍの実施例を示す。透過型顕微鏡ＭはＴＥＭ／ＳＴＥＭ（つまり走査機能を備えるＴＥＭ）である（とはいえ本発明においては、透過型顕微鏡Ｍは、たとえば有効なものとしてイオン系顕微鏡であっても良い）。図中、真空筐体２内部では、電子源４（たとえばショットキー銃）が、電子光学照射体６を通り抜ける電子ビームを生成する。電子光学照射体６は、（たとえば（局所的に）薄く／平坦化されて良い）試料Ｐの選ばれた領域に電子ビームを案内／集束する役割を果たす。この照射体６は、電子光学軸８を有し、かつ、一般的には様々な静電/磁気レンズ、（走査）偏向子、補正器（たとえばスティグメータ）等を有する。典型的には照射体６は収束系をも有して良い（６の全体が「収束系」と呼ばれることもある）。
【００４７】
試料Ｐは、設置装置（台）１２によって多重自由度で位置設定可能な試料ホルダ１０上に保持されている。たとえば試料ホルダ１０は、（とりわけ）ＸＹ平面で移動可能な指部を有して良い（図示された直交座標系を参照のこと。Ｚ軸に平行な運動とＸ／Ｙに関する傾斜も可能である）。係る移動は、軸８に沿って（Ｚ方向に）進行する電子ビームによる試料Ｐの様々な領域の照射／撮像／検査（及び／又はビーム走査の代わりに走査運動を実行すること）を可能にする。任意の冷却装置１４は、試料ホルダ１０と緊密に熱的接触をし、かつ、たとえば循環極低温冷媒を用いて所望の低温を実現及び維持することによって試料ホルダ１０を極低温に維持することが可能である。
【００４８】
軸８に沿って進行する集束電子ビームは、様々な種類の「誘導」放射線−（たとえば）２次電子、後方散乱電子、Ｘ線、及び光放射線（カソードルミネッセンス）を含む−が試料Ｐから放出されるように試料Ｐと相互作用する。望ましい場合には、これらの放射線の種類のうちの１種類以上が解析装置２２によって検出されて良い。解析装置２２はたとえば、結合されたシンチレータ／光電子増倍管又はＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光）モジュールであって良い。そのような場合、画像は、ＳＥＭと基本的には同一の原理を用いて構築されて良い。しかし、代わりに又はそれに加えて、試料Ｐを通り抜け（通過し）、試料から放出（放射）され、かつ、（実質的には多少偏向／散乱するが）軸８に沿って伝播し続ける電子が調査されて良い。係る透過電子は結像系（組み合わせられた対物／投影レンズ）２４へ入射する。結像系２４は一般的に、様々な静電/磁気レンズ、偏向子、補正器（たとえばスティグメータ）等を有する。通常の（非走査）ＴＥＭモードでは、この結像系２４は、透過電子を蛍光スクリーン２６へ集束させて良い。蛍光スクリーン２６は、望ましい場合には、（矢印２８によって概略的に示されているように）軸８から外れるように引き出され／引き込められてよい。試料Ｐ（の一部）の画像（又はディフラクトグラム）は結像系２４によってスクリーン２６上に生成される。これは、壁２の適切な部分に設けられたビューポート３０を介して見ることができる。スクリーン２６用の引き込み機構はたとえば、基本的には機械及び／又は電気によるものであって良い（ここでは図示されていない）。
【００４９】
スクリーン２６上で画像を閲覧する代わりとして、結像系２４から放出される電子束の焦点深度は一般的に非常に大きい（たとえば１ｍのオーダー）ということが利用されて良い。従って、たとえば以下に述べるような様々な他の種類の解析装置が、スクリーン２６の下流で用いられて良い。
−  ＴＥＭカメラＣ。カメラＣでは、電子束は、制御装置５０によって処理され、かつ、たとえばフラットパネルディスプレイのような表示装置（図示されていない）上に表示可能な静的画像（ディフラクトグラム）を生成し得る。必要ないときには、カメラＣは、（矢印２８によって概略的に示されているように）軸８から外れるように引き出され／引き込められてよい。
−  ＳＴＥＭ偏向素子Ｃ’。素子Ｃ’からの出力は、試料Ｐ上の走査ビームの位置（Ｘ，Ｙ）の関数として記録され、かつ、Ｘ，Ｙの関数としてのＣ’からの出力の「マップ」である画像が構築されて良い。素子Ｃ’は、カメラＣ内に特徴として存在する複数の画素からなるマトリックスとは対照的に、たとえば２０ｍｍの直径を有する単一画素を有して良い。しかも素子Ｃ’は一般的に、カメラＣの取得速度（たとえば１０２点／秒）よりもはるかに高い取得速度（たとえば１０６点／秒）を有する。繰り返しになるが、必要ないときには、カメラＣは、（矢印２８によって概略的に示されているように）軸８から外れるように引き出され／引き込められてよい（係る引き出しはドーナツ形状の環状暗視野検出装置Ｃ’の場合には必要だが、たとえば係る装置では、その装置が使用されないときには中央孔がビームの通過を可能にする）。
−  カメラＣ又は素子Ｃ’を用いた撮像の代わりに、分光装置Ｃ’’たとえばＥＥＬＳ（ＥＥＬＳ＝電子エネルギー損失分光）であって良い。
【００５０】
Ｃ、Ｃ’、及びＣ’’の順序／位置は厳密ではなく、多くの可能な変化型が考えられることに留意して欲しい。たとえば分光装置Ｃ’’は、結像系２４に組み込まれても良い。
【００５１】
制御装置（コンピュータプロセッサ）５０は、制御ライン（バス）５０’を介して様々な図示された部品に接続されることに留意して欲しい。この制御装置５０は、様々な機能−たとえば作用の同期、設定点の提供、信号処理、計算の実行、及び表示装置（図示されていない）上でのメッセージ／情報の表示−を供して良い。言うまでもないことだが、（概略的に図示された）制御装置５０は、（部分的に）筐体２の内部又は外部に存在し、かつ、希望に応じて単一構造又は複合構造を有して良い。当業者は、筐体２の内部が厳密な真空状態に維持される必要がないことを理解する。たとえば所謂「環境制御型ＴＥＭ／ＳＴＥＭ」では、所与の気体のバックグラウンド環境圧力が、故意に筐体２の内部に導入／維持される。当業者はまた、原則的には、筐体２の容積を制限することが有利であることを理解する。それにより、可能な場合には、筐体２は基本的に軸８を中に抱えた状態をとる。その結果筐体２は、使用された電子ビームが通過するような小さな管の形態となるが、荷電粒子ビーム源４、試料ホルダ１０，スクリーン２６，カメラＣ、検出装置Ｃ’、分光装置Ｃ’’等のような構造物を収容する程度には広がっている。
【００５２】
本発明（の実施例）によると、上述した型の絞り板Ａは、ＣＰＭ  Ｍの照射体６内で（取り外し可能／調節可能なように）設けられる。この場合、絞り板Ａは照射体６内でビームのクロスオーバー（図示されていない）（の付近）に設けられる。繰り返しになるが、絞り板Ａは、望ましい場合には、交換器型のホルダ（図示されていない）上に設けられて良い。
【実施例３】
【００５３】
以降の説明は、如何にして本発明の絞り板が、ＣＰＭ−より具体的には（Ｓ）ＴＥＭ−においてコントラスト伝達関数を増大させるのに用いられるのかについての数学的説明を与える。
・ＳＥＭ／ＳＴＥＭのプローブプロファイル
顕微鏡−たとえばＳＥＭ又はＳＴＥＭ−を形成するプローブを考える。ここでΨ０（Ｇ）は、対物レンズ（＝最終プローブ生成レンズ）上に入射する平行波を表す。Ｇは、レンズでの電子波の横方向位置（レンズ後での横方向運動量に対応する）である。時間とｚ軸座標（又は軸方向運動量Ｇｚ）の（重要ではない）依存性を無視すれば、Ψ０（Ｇ）はビーム直径内部で一定の関数である。入射波の直径は、開口関数Ａ（Ｇ）によって考慮される。ここで、Ｇ＜Ｇｍａｘの場合にはＡ（Ｇ）＝１で、Ｇ＞Ｇｍａｘの場合にはＡ（Ｇ）＝０である。Ｇｍａｘは入射ビームの半径を表す。
よって、次式が成立する。
Ψ０（Ｇ）＝Ａ（Ｇ）
対物レンズの収差は、周知の位相収差関数に従って入射波に影響を及ぼす。
χ（Ｇ）＝（１／２）λＦＧ２＋（１／４）λ３ＣｓＧ４
ここで、Ｆはデフォーカスで、Ｃｓは球面収差（他の収差は簡明を期すために無視した）で、かつ、λは電子波の波長である。対物レンズ後の波は次式のようになる。
Ψ（Ｇ）＝ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ）］Ψ０（Ｇ）＝ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ）］Ａ（Ｇ）
試料でのプローブのプロファイルはΨ（Ｇ）のフーリエ変換である。
Ψ（ｘ）＝∫ｄＧ｛ｅｘｐ［２πｉＧｘ］Ψ（Ｇ）｝＝∫ｄＧ｛ｅｘｐ［２πｉＧｘ］Ａ（Ｇ）｝
本発明の絞り板が対物レンズ（の付近）に設けられる場合、Ａ（Ｇ）は、本発明の絞り板によって阻止される空間周波数でも０となるように修正される。本発明の絞り板内での孔の分布について適切な選択がされるとき（つまりＡ（Ｇ）が０となる領域について適切な選択が用いられるとき）、従来の絞り板で得られたΨ（ｘ）（つまりＡ（Ｇ）は１つの単一領域でしか非ゼロにならない）よりも明確な端部／特徴部位を有するΨ（ｘ）を生成することが可能となる。プローブプロファイルΨ（ｘ）が、ＳＥＭ／ＳＴＥＭ画像から適切にデコンボリューションされるとき、そのような明確な端部／特徴部位は良好な画像分解能となる。
・ＴＥＭのコントラスト伝達関数
ＴＥＭにおける画像生成過程は、ＳＥＭ／ＳＴＥＭにおける画像生成過程よりも複雑であるが、ＴＥＭの画像生成への本発明の絞り板の効果もまた、以下のように前の節での（ＳＥＭ／ＳＴＥＭについての）説明と同様の数学的説明に基づいて説明できる。試料を通過する平行電子波Ψ（ｖ）＝１を考え、かつ、時間とｚ軸座標の（本質的に需要ではない）依存性を無視する。ここでＸＹ平面内の２次元位置がベクトルｖによって表される。Ψ（ｖ）＝１のフーリエ変換はΨ０（Ｇ）＝δ（Ｇ）である。ここで２次元空間周波数はＧ＝ｖ／｜ｖ｜２である。試料内での周波数成分Ｇの効果を考える。試料を飛び出す際、周波数成分によって生じる小さな吸収ε（Ｇ）と小さな位相シフトφ（Ｇ）は次式のようにビームを修正する。
Ψ（Ｇ）＝δ（Ｇ）−ε（Ｇ）−ｉφ（Ｇ）
その後に続いて通り抜けられる対物レンズは、デフォーカス及び収差によるさらなる位相シフトを引き起こす。
Ψ（Ｇ）＝δ（Ｇ）−［ε（Ｇ）＋ｉφ（Ｇ）］ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ）］
ここでχは（繰り返しになるが）周知の位相収差関数である。
χ（Ｇ）＝（１／２）λＦＧ２＋（１／４）λ３ＣｓＧ４
ここで、Ｆはデフォーカスで、Ｃｓは球面収差（他の収差は簡明を期すために無視した）で、かつ、λは（繰り返しになるが）電子波の波長である。画像検出器での記録された強度は、Ψとその複素共役とのコンボリューション（＊）に比例する。
Ｉ（Ｇ）＝Ψ＊（Ｇ）＊Ψ（Ｇ）
＝｛δ（Ｇ）−［ε（Ｇ）−ｉφ（Ｇ）］ｅｘｐ［−２πｉχ（Ｇ）］｝
＊｛δ（Ｇ）−［ε（Ｇ）＋ｉφ（Ｇ）］ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ）］｝
＝δ（Ｇ）−ε（Ｇ）｛ｅｘｐ［−２πｉχ（Ｇ）］＋ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ）］｝
＋ｉφ（Ｇ）｛ｅｘｐ［−２πｉχ（Ｇ）］−ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ）］｝＋・・・
＝１−２ε（Ｇ）ｃｏｓ［２πｉχ（Ｇ）］−２φ（Ｇ）ｓｉｎ［２πｉχ（Ｇ）］＋・・・
３つの点（・・・）はεとφの２次の項を表す。これらは無視されて良い。見ればわかるように、因子ｃｏｓ［２πｉχ（Ｇ）］は振幅コントラスト伝達関数と呼ばれ、かつ、因子ｓｉｎ［２πｉχ（Ｇ）］は位相コントラスト伝達関数と呼ばれる。
・空間コヒーレンス減衰包絡関数
ビームの収束は、仮想源のサイズが有限であるため非ゼロである。このことは、入射波Ψ０（Ｇ）＝δ（Ｇ）を分布Ｐ（Ｇ）に置き換えることによって考慮される。通常Ｐ（Ｇ）は、ガウス関数をとる（これは源の画像内での強度分布の良い近似である）。
Ψ０（Ｇ）＝Ｐ（Ｇ）＝ｅｘｐ［−（１／２）（Ｇ／ｑ０）２］（ｑ０２２π）−１／２
ＲＭＳ（２乗平均平方根）幅はｑ０である。このパラメータｑ０は、通常のコヒーレンス角αと、関係式α＝λｑ０によって関連づけられる。画像強度Ｉ（Ｇ）の表式では、指数部分と、δ（Ｇ）ではなくＰ（Ｇ）とのコンボリューションを行わなければならない。
∫ｄｑ｛ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ＋ｑ）］Ｐ（ｑ）｝
＝∫ｄｑ｛ｅｘｐ［２πｉ（（１／２）λＦ（Ｇ＋ｑ）２＋（１／４）λ３Ｃｓ（Ｇ＋ｑ）４）］｝
・ｅｘｐ［−（１／２）（ｑ／ｑ０）２］（ｑ０２２π）-1/2
＝∫ｄｑ｛ｅｘｐ［２πｉ（（１／２）λＦ（Ｇ２＋２Ｇｑ＋・・・）＋（１／４）λ３Ｃｓ（Ｇ４＋４Ｇ３ｑ＋・・・））］｝
・ｅｘｐ［−（１／２）（ｑ／ｑ０）２］（ｑ０２２π）-1/2
@ｅｘｐ［２πｉ（（１／２）λＦＧ２＋（１／４）λ３ＣｓＧ４）］
・∫ｄｑ｛ｅｘｐ［２πｉ（λＦＧｑ＋λ３ＣｓＧ３ｑ）−（１／２）（ｑ／ｑ０）２］｝（ｑ０２２π）-1/2
＝ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ）］ｅｘｐ［−２π２ｑ０２（λＦＧ＋λ３ＣｓＧ３）２］
積分は、有限の収束角が、所謂「空間コヒーレンス減衰包絡関数」によってコントラスト伝達関数を減衰させることを示している。
Ｅｓ（Ｇ）＝ｅｘｐ［−２π２ｑ０２（λＦＧ＋λ３ＣｓＧ３）２］、又は、
Ｅｓ（Ｇ）＝ｅｘｐ［−２π２α２（ＦＧ＋λ２ＣｓＧ３）２］
又はより一般的には、
Ｅｓ（Ｇ）＝ｅｘｐ［−２π２ｑ０２｜∇χ｜２］
ここで∇χは、Ｇに関するχの導関数（ナブラ）である。球面収差及び他の収差が存在しなければ、この包絡関数は、小さなαでは近似的に１であり、かつ、大雑把にはα＞１／（ＦＧ）のときに減少し始める。この関係は、図４から理解することができる。図４は、横方向距離ｖ＝｜ｖ｜＝１／Ｇによって離間される（試料Ｐの原子に衝突する）ビームがｍデフォーカスＦ＝ｖ／αで重なり始めることで、分解能の損失がα＞ｖ／Ｆ＝１／（ＦＧ）で起こることを示している。
・本発明の絞り板による空間コヒーレンス減衰包絡関数
本発明の絞り板が源の画像面（付近）に設けられる場合、Ｐ（Ｇ）は、ガウス分布の上部にＰ（Ｇ）がゼロに等しい範囲を有する。
Ｐ（Ｇ）＝Ａ（Ｇ）ｅｘｐ［−（１／２）（Ｇ／ｑ０）２］（ｑ０２２π）−１／２
ここで、Ａ（Ｇ）は本発明の絞り板を表すブロック関数（フィルタ関数）である。絞り板内の孔に対応する空間周波数ではＡ（Ｇ）＝１で、絞り板によって阻止される空間周波数ではＡ（Ｇ）＝０である。上述のコンボリューションはもはや解析的には計算できない。しかし依然としてＰ（Ｇ）のフーリエ変換Ｐ（ｕ）に関する結果を表すことはできる。導関数は以下のようになる。
∫ｄｑ｛ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ＋ｑ）］Ｐ（ｑ）｝
＝∫ｄｑ｛ｅｘｐ［２πｉ（χ（Ｇ）＋ｑ∇χ＋・・・）］Ｐ（ｑ）｝
＝ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ）］∫ｄｑ｛ｅｘｐ［２πｉｑ∇χ］Ｐ（ｑ）＋・・・｝
＝ｅｘｐ［２πｉχ（Ｇ）］Ｐ（∇χ）＋・・・
３つの点（・・・）はｑの高次の項を表す。これらは無視されて良い。積分は、本発明の絞り板によって生成される収束角の分布が、修正された空間コヒーレンス減衰包絡関数によってコントラスト伝達関数を減衰させることを示している。
Ｅｓ（Ｇ）＝Ｐ（∇χ）
本発明の絞り板の本質的な利点は、従来のガウス分布（図５Ａ）の場合よりも、より高い周波数をＰ（Ｇ）にもたらすことである。従ってフーリエ変換Ｐ（∇χ）は、図５Ｂで表されているように高い周波数Ｇで大きくなる。
この文脈では、以下のことがわかる。
−  図５Ａは、従来の絞り板（破線）と本発明によるパターニングされた絞り板（実線）の両方について、空間周波数Ｇの関数として源の画像Ｐ（Ｇ）を表している。
−  図５Ｂは、繰り返しになるが従来の絞り板（破線）と本発明によるパターニングされた絞り板（実線）の両方について、選ばれた高い周波数でのＰ（Ｇ）のフーリエ変換を示している。前者（破線）が非対称的にゼロになった後も長い間、後者（実線）は、ゼロよりもはるかに大きな値のままであることに留意して欲しい。
【００５４】
よって本発明の絞り板によるＥｓ（Ｇ）は、従来のＥｓ（Ｇ）よりも、高い周波数で減衰しにくい。これは空間分解能を改善する。
【実施例４】
【００５５】
パターニングされた絞り板の再構成アルゴリズム
以降では、結像過程が、従来操作を用いてモデル化される。ここで、ｙは測定された画像で、ｈは点拡がり関数のカーネルで、ｘは未知の「ちらつきのない」画像である。
ｙ＝ｈ＊ｘ  （１）
ベイズの項では、既知の画像ｙが与えられると求められるべき画像ｘの確率を表すことができる。
Ｐ（ｘ｜ｙ）＝ｅｘｐ（−｜ｙ−ｈ＊ｘ｜２／σ２）  （２）
典型的には、再構成されるべき画像に関する先験的知識は、項Ｐ（Ｒ（ｘ））によって次式のようにモデル化される。
Ｐ（ｘ｜ｙ）＝ｅｘｐ（−｜ｙ−ｈ＊ｘ｜２／σ２）・Ｐ（Ｒ（ｘ））  （３）
通常Ｒ（ｘ）は、所望の強度分布についての先験的確率を最大にするユーザー定義関数である。Ｒ（ｘ）についての一般的な選択は、次式のような既知の統計分散σｘを有する画像勾配にガウス関数的な挙動を与える先験的分布である。
Ｒ（ｘ）＝−｜∇ｘ｜２／σｘ２  （４）
よって再構成過程は、以下のような最尤画像ｘ＊を発見する段階で構成される。
ｘ＊＝ａｒｇｍｉｎ｛ｅｘｐ（−｜ｙ−ｈ＊ｘ｜２／σｘ２＋Ｒ（ｘ））｝  （５）
（５）の反復解はたとえば、勾配降下に基づく方法−たとえば擬ニュートン法又は他の先端数値最適化法−を用いて発見されて良い。（５）では、カーネルｈの先験的知識が仮定されることに留意して欲しい。そのような知識はたとえば、理論的光学モデル化又はシミュレーションからの点源応答の測定によって得ることができる。事前にはっきりとｈを認めることができない場合、その代わりに所謂ブラインド再構成問題において両変数ｘとｈを解けば良い。
ｘ＊、ｈ＊＝ａｒｇｍｉｎｘ、ｈ｛ｅｘｐ（−｜ｙ−ｈ＊ｘ｜２／σｘ２＋Ｒ（ｘ））｝  （６）
ｈは、結像される物体から本発明のパターニングされた絞り板までの距離（ワーキングディスタンス）に依存することにも留意して欲しい。所与のワーキングディスタンスについてカーネルｈｄを測定し、続いて（５）を解く再構成アルゴリズムを適用することで、距離ｄに位置する領域について明確な特徴部位を備える画像が得られる。局所的な明確さ自体は、とりわけ画像端部の応答強度及びそれに割り当てられる対応距離／深さ値から決定され得る。一連の距離についてｈｄを測定することによって、結像領域全体の表面形状を回復させる処理が用いられて良い。それに加えてカーネルｈが、たとえば測定、理論的知識、又はシミュレーションを用いて高分解能を有することを特徴とする場合、圧縮センシング法を用いて観測画像から超解像画像を回復することができる。この処理では、ｘとｙをシリアル化することによる行列とベクトルの積によって（１）のコンボリューション結像過程が表される一方で、カーネルｈを対応する行列演算子Ｈによって表される。その結果次式が得られる。
ｙ＝Ｄ．Ｈ．ｘ  （７）
ここでＤはダウンサンプリングされた行列演算子である（たとえばすべての他の画素をサンプリングする）。周知の圧縮センシング法では、再構成処理は、制約されたｌ１最小化問題と考えることができる。
ｍｉｎｘ｜｜ｘ｜｜１  （８）
このときｙ＝Ｄ．Ｈ．ｘである。
様々な方法が（８）を解くのに用いられて良い。様々な方法とはたとえば、線形プログラミング、基底探索脱ノイズ法（Ｂａｓｉｓ  Ｐｕｒｓｕｉｔ  Ｄｅ−ｎｏｉｓｉｎｇ）、直交一致探索（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ  Ｐｕｒｓｕｉｔ）法、及び繰り返しハード閾値処理（Ｉｔｅｒａｔｅｄ  Ｈａｒｄ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ）である。
【００５６】
［付記１］
試料を保持する試料ホルダ、
荷電粒子ビームを生成するビーム源、
前記試料へ照射するように前記ビームを案内する照射体、
前記照射に応じて前記試料から放出される放射線束を検出する検出器、
を有する荷電粒子顕微鏡であって、
当該照射体は、前記ビームが前記試料に衝突する前に前記ビームの幾何学形状を画定するための前記ビーム路中に開口領域を有する絞り板を有し、
前記開口領域が複数の孔の分布を有し、前記複数の孔の各々は、前記絞り板へ入射する前記ビームの直径よりも小さいことを特徴とする荷電粒子顕微鏡。
［付記２］
前記複数の孔の中には、孔のサイズ、孔の形状、及び孔の方位を含む群から選ばれた特性に関して相互に異なる少なくとも２つの孔が存在する。
［付記３］
前記分布が、該分布の重心に対して非等方性を示す。
［付記４］
当該絞り板が、前記ビーム路中に様々な異なる絞り板を設けるように選択的に起動可能な交換機構によって保持される。
［付記５］
前記交換機構が、
前記ビーム路内での様々なホルダ位置の位置設定を行うように動かされ得て、各々には絞り板が供され得る多数のホルダ位置を有するトレイと、
絞り板のライブラリと協働して、前記ライブラリから所与の絞り板を取り出し、かつ、前記所与の絞り板を前記ビーム路内に設置するグリッパを有する群から選ばれる。
［付記６］
前記交換機構には複数の絞り板の一団が供され、
前記複数の絞り板の一団の各々は、前記分布の各異なる実施例を有する。
［付記７］
試料ホルダ上に試料を供する段階、
ビーム源から照射体を介して前記試料へ照射するように荷電粒子ビームを案内する段階、
検出器を用いることによって前記照射に応じて前記試料から放出される放射線束を検出する段階、
前記試料に衝突する前に前記ビームの形状を画定するために前記ビーム路中に開口領域を有する絞り板を設ける段階を有する荷電粒子顕微鏡の使用方法であって、
前記開口領域が複数の孔の分布を有し、前記複数の孔の各々は、前記絞り板へ入射する前記ビームの直径よりも小さいことを特徴とする、方法。
［付記８］
前記絞り板が、前記試料上で前記ビームのオートフォーカス操作を実行するのに用いられる。
［付記９］
前記絞り板が、
前記ビームが衝突する前記部分の表面の幾何学形状プロファイルを推定する段階と、
すべての地点について基本的に均一な焦点状態を有する前記部分の画像を生成する段階
を有する群から選ばれる操作を実行するため、前記試料の少なくとも一部にわたって前記ビームを走査する間に用いられる。
［付記１０］
前記絞り板が、前記試料の画像の分解能を改善するのに用いられる。
［付記１１］
前記ビームの走査運動は、前記試料の疎な走査を実行するのに用いられ、
前記画像は、前記疎な走査中に収集される検出器データから構築される。
［付記１２］
前記顕微鏡が、前記試料を透過して検出器へ向かう荷電粒子束を検出する結像系を有する透過型顕微鏡で、
前記絞り板は画像の焦点を測定するのに用いられる。
【符号の説明】
【００５７】
４００  荷電粒子顕微鏡
４０２  粒子光学鏡筒
４０４  荷電粒子ビーム
４０４’  粒子光学軸
４０６  真空チャンバ
４０８  試料ホルダ
４１０  試料
４１２  電子源
４１４  レンズ
４１６  複合レンズ系
４１８  偏向ユニット
４２０  検出器
４２２  電源
４２４  制御装置
４２４’  制御ライン（バス）
４２６  表示装置
４２８  検出器
４３０  中央開口
５０  シート
５２  孔
５４  孔
５６  重心
２  真空筐体
４  荷電粒子ビーム源
６  電子光学照射体
Ｐ  試料
８  電子光学軸
１０  試料ホルダ
１２  設置装置（台）
１４  冷却装置
２２  解析装置
２４  結像系
２６  蛍光スクリーン
２８  矢印
３０  ビューポート
５０  制御装置
５０’  制御ライン（バス）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【外国語明細書】
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