(57)【要約】【課題】本発明は、電子顕微鏡の解像力を適正に評価する電子顕微鏡画像評価装置、及び電子顕微鏡の提供を目的とする。【解決手段】上記目的を達成するための一態様として、試料に電子ビームを走査することによって得られた画像の第１の領域について、前記電子ビームの中心部分を評価する評価手法に基づいて、第１の解像性能を求め、前記画像の前記第１の領域より大きな第２の領域について、前記電子ビームの中心部分の外側である周辺部分を評価する評価手法に基づいて、第２の解像性能を求める電子顕微鏡画像評価装置、及びコンピュータープログラムを提案する。【選択図】  図７
2011134622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームの走査に基づいて取得された画像データが記憶された記憶媒体より、当該画像データを読み出すことが可能なコンピューターに、当該画像データの解像性能を演算させるコンピュータープログラムであって、
当該プログラムは、前記コンピューターに、前記画像データ上に設定される第１の領域について、前記電子ビームの中心部分の解像能力を演算する演算式に基づいて、第１の解像指標値を算出させ、前記画像の前記第１の領域より大きな第２の領域について、前記電子ビームの中心部分の外側である周囲部分の解像能力を演算する演算式に基づいて、第２の解像指標値を算出させることを特徴とするコンピュータープログラム。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の解像指標値を、前記電子ビームの試料面におけるビーム中心を原点とする２次元電流密度分布Ｊ(ｘ，ｙ)に基づいて算出されるものであって、電流密度がビーム中心に対して比ρ（ρは１未満の正の定数）まで減衰する範囲の直径ＤρJmax、若しくは当該ＤρJmaxに定係数を乗じた値とし、
前記第２の解像指標値を、
2011134622.tif 000015
に基づいて求められるΔＸ、或いは当該ΔＸに定係数を乗じた値とすることを特徴とするコンピュータープログラム。
【請求項３】
請求項２において、
前記プログラムは、前記コンピューターに前記画像データの第３の解像指標値として、
2011134622.tif 000016
に基づいて求められＤpsd、或いは当該Ｄpsdに定係数を乗じた値を、
2011134622.tif 000017
という条件のもとに算出させることを特徴とするコンピュータープログラム。
【請求項４】
電子顕微鏡によって取得された画像データの解像指標値を算出する演算部を備えた電子顕微鏡画像評価装置において、
前記演算部は、前記画像データ上で設定される第１の領域について、前記電子ビームの中心部分の解像能力を演算する演算式に基づいて、第１の解像指標値を算出し、前記画像の前記第１の領域より大きな第２の領域について、前記電子ビームの中心部分の外側である周囲部分の解像能力を演算する演算式に基づいて、第２の解像指標値を算出することを特徴とする電子顕微鏡画像評価装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１の領域、及び第２の領域を設定する操作部を備えたことを特徴とする電子顕微鏡画像評価装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記算出された第１の解像指標値、及び第２の解像指標値に関する情報を表示する表示装置を備えたことを特徴とする電子顕微鏡画像評価装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記第１の解像指標値、及び第２の解像指標値に関する情報を、当該解像指標値に応じた長さのスケールバーとして、前記表示装置に表示することを特徴とする電子顕微鏡画像評価装置。
【請求項８】
請求項６において、
前記表示装置には、前記画像データが、前記第１の解像指標値、及び第２の解像指標値に関する情報と併せて表示されることを特徴とする電子顕微鏡画像評価装置。
【請求項９】
請求項４において、
前記電子顕微鏡画像評価装置を備えたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項１０】
請求項９において、
前記第１の領域、及び第２の領域に対して選択的に輝度、及びコントラストの調整を行うことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項１１】
電子ビームの走査に基づいて取得された画像データが記憶された記憶媒体より、当該画像データを読み出すことが可能なコンピューターに、当該画像データの解像性能を演算させるコンピュータープログラムであって、
当該プログラムは、前記コンピューターに、前記画像データ上に設定される第１の領域について、第１の画像鮮鋭度評価値を算出させ、前記画像データ上に設定される第２の領域について、第２の画像鮮鋭度評価値を算出させることを特徴とするコンピュータープログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子顕微鏡装置に係り、特に電子顕微鏡によって取得された画像の評価を行うための画像評価装置、及び電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡装置において、観察対象を画像化する際に、取得される画像がどの程度の精細さを持ちうるかという評価指標は極めて重要である。従来、解像特性の評価指標として、しばしば「分解能」という術語が用いられているが、実情として広く用いられている「分解能」にはいろいろ曖昧な要素が含まれており、最終的には目視評価に頼るべきものとして、明確な規定をせずに用いられる場合が多い。
【０００３】
たとえば、電子顕微鏡装置によって、観察対象の像を人が見て、ａナノメートル以上の構造が画像に反映されていると判断される場合に、分解能はａナノメートルと見なすことになる。そのとき定量的にａナノメートルという評価値が、画像データと数値的にどのように対応するべきものなのかという問題は、充分に明らかにされていない。
【０００４】
走査型電子顕微鏡装置の分解能を電子光学系の設定パラメーターから、設計指標として推定する方法としては、分解能が電子ビームの径によって決まるものと仮定して、何らかの仮定の下でビーム径を推定する方法として、非特許文献１に開示された方法がある。
【０００５】
また、特許文献１には、電子ビームを、ナイフエッジ部材を横切るように走査させることで得られる波形に基づいて、ビーム径を求める手法が説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１９０７８８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ludwig Reimer著、Scanning Electron Microscopy, 2nd. ed.，Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1998、32頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や非特許文献１に説明されているように、色々な顕微鏡画像の評価のための試みが為されてきたが、電子顕微鏡画像を定量的に評価するにはいずれも十分なものではなかった。
【０００９】
その理由として、ビーム径の推定方法の適否の問題に加えて、そもそも恣意的に定義されたビーム径と、得られる顕微鏡画像の鮮鋭度との定量的な関連性も曖昧に捉えられており、既存の分解能推定方法は、定量性という観点から見ると、オーダーの見積り程度にしか利用できない雑駁な目安を与えるに過ぎないことが挙げられる。
【００１０】
すなわち現状では、電子顕微鏡にとって最も重要な性能指標であるはずの解像特性が曖昧に扱われており、設計指標としての推定や表示もできないし、装置性能を評価する側でも、評価者や観察対象によって評価が一定しないという問題が普遍的に存在する。
【００１１】
現実に電子顕微鏡内で形成される電子ビームは、単純ではない電流密度の分布を持ちうるので、そのことを考慮すると、実際には解像特性を表す一意的な指標として「分解能」が決まるという考え方には理論的に無理がある。
【００１２】
このことを端的に示すために、図１に擬似的に作成した一連の画像の例を示す。これは観察対象試料面上において理想的な点領域、円内領域、半平面領域から一定の信号電子生成があるものと想定して、これを走査型電子顕微鏡において２通りの試料面上電流密度分布を持つビーム（Ａ）と（Ｂ）によって観察することを想定し、人工的に試料モデルデータとビーム電流密度分布モデルデータの２次元の畳込み計算によって形成した擬似画像データ、およびそれらの中心を過ぎる直線部分の輝度プロファイルを示した図である。
【００１３】
ここでは試料にビームが入射した際の電子の内部拡散に起因する観察像の不鮮明化の影響を省いて考える。２通りのビームを比較すると、たとえば２ナノメートルの理想円試料を観察した場合に、得られる画像はほとんど同等である。しかし２０ナノメートル、５０ナノメートルの理想円の縁や、長く伸びた明暗境界線を観察対象とする場合には、縁部相当位置における輝度の急峻さは、（Ａ）と（Ｂ）とで全く異なる。したがって目視分解能の評価値は、観察対象が持つ表面構造の細かさ・粗さに依存して、同じビームの下でも違いが生じる。
【００１４】
また電子ビームの電流密度分布から解像力の指標値をひとつだけ決定しても、そのような数値は情報的に偏していて解像特性を表す指標として十全なものとはなり得ないし、その評価値の抽出方法を明確に規定しない限り、実際上は有意の情報と言えないことが分かる。
【００１５】
以下に、電子顕微鏡の解像力を適正に評価することを目的とした電子顕微鏡画像評価装置、及び電子顕微鏡について説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するための一態様として、試料に電子ビームを走査することによって得られた画像の第１の領域について、前記電子ビームの中心部分を評価する評価手法に基づいて、第１の解像性能を求め、前記画像の前記第１の領域より大きな第２の領域について、前記電子ビームの中心部分の外側である周辺部分を評価する評価手法に基づいて、第２の解像性能を求める電子顕微鏡画像評価装置、及びコンピュータープログラムを提案する。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成によれば、不偏的な評価基準に基づいて、電子顕微鏡によって得られた画像の評価を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】走査型電子顕微鏡で理想的な点試料，円試料、及び境界を観察する場合を想定して作成した擬似画像データを例示する図。
【図２】電子ビームの電流密度分布の捉え方を表した図。
【図３】解像特性の理想的な指標となる点分解能と境界区分能の定義の例、およびRayleigh分解能の定義を示した図。
【図４】点分解能Ｄ0.5Jmax，境界区分能ΔＸ，仮想ビーム径Ｄpsdの試料面位置（ｚ）依存性の計算結果の例を示した図。
【図５】Ｄpsdを最小にする最適試料面位置Ｚoptの開き角αap依存性の計算例を説明する。
【図６】点分解能，境界区分能，仮想ビーム径の開き角依存性の計算例を説明する。
【図７】電子顕微鏡装置の一例を示す図。
【図８】電子顕微鏡装置の画像表示例を示す図。
【図９】電子顕微鏡装置の画像表示例を示す図。
【図１０】電子顕微鏡装置による解像度評価値の導出工程を説明するフローチャート。
【図１１】電子顕微鏡装置の画像表示例を示す図。
【図１２】電子顕微鏡装置による解像度評価値の導出工程を説明するフローチャート。
【図１３】複数の電子顕微鏡を有する観察システムの一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に説明する実施例は、主として電子顕微鏡装置を用いて取得した観察像に不鮮明さが含まれていた場合に、その不鮮明さを、適切に解釈するための情報を提供する装置、及び取得された画像を評価するコンピューターに、当該情報を提供させるコンピュータープログラム、及び当該コンピュータープログラムを記憶する記憶媒体に関するものである。
【００２０】
走査型電子顕微鏡装置の解像特性を十全かつ曖昧さのない形で評価するための前提として、電子ビームの電流密度分布が与えられた場合に、その分布のどのような特徴が、解像特性とどのように関係するかという問題に関する概念整理と、それに基づく施策が必要である。
【００２１】
まず考察の前提として、試料面における電子ビームの２次元電流密度分布を図２のように捉えることにする。ここでは光軸に関して回転対称なビームを考え、中心位置において電流密度が最大であることを想定し、離軸距離に対して少なくとも電流密度が半減するまで、電流密度は単調に減少するものと仮定する。この電流密度が半減するまでの範囲内を、ビームの中心部分と呼び、の外側の部分をビームの周辺部分と呼ぶことにする。周辺部分の存在を常に想定することが、適正な解像特性の議論のために重要となる。
【００２２】
図１に示した擬似画像テストによれば、同じ電子ビームを用いていても、得られる像の鮮鋭度は観察対象が含む構造の様々な細かさに依存して、様々な結果を生じることになる。しかし実用上は、できるだけ少数の評価指標によって、総体的な解像特性の情報を表現できることが望ましい。そこで様々な細かさということを包括する両極限の概念として、一方では理想的な点、もう一方では無限に続く境界線（もしくは等価的に、無限に大きい試料の縁）という対象を考え、これに応じた「点分解能」と「境界区分能」を図３のように定義することができる。前者は細かい対象を観察した場合の像の細かさに対応し、後者は比較的大きな対象を観察した場合の像のくっきり感に対応する。
【００２３】
点分解能は、理想的な点試料を観察した場合に像の輝度が半減する範囲の直径である。これはビーム電流分布から見て、図２に示したビーム中心部分の直径に一致するものであるが、これをＤ0.5Jmaxと書く。点分解能は、細かい構造が細かく見えるという本来の狭義の分解能にあたる量である。点分解能はビーム中心部分の太さに対応するので、ビーム電流分布において、その中心部分の太さが点分解能を決めていると言える。
【００２４】
既存の理想的な分解能定義の考え方として、Rayleigh分解能というものもあり、これは近接した理想的な２点が分離した点として見えるという観点から規準を設けたものであるが（図３下部）、これは上に定義した点分解能と実質的に極めて近い概念であり、点分解能とRayleigh分解能は、ほぼ比例関係にあることが、計算実験から確認される（後出、図４）。
【００２５】
境界区分能は、理想的に信号電子生成率の水準が段差を持つ境界線を観察した場合の境界における輝度変化率を、両側の領域の輝度水準にまで外挿した距離である。これは、ビームの電流密度分布をＪ(ｘ，ｙ)とすると、
【００２６】
【数１】
2011134622.tif 000003
と表される。分子はビーム電流量全体を表し、分母はビームの中心が境界線をよぎるときの像信号の輝度傾斜を表す。このように境界区分能はビームの電流分布全体にわたる積分によって定義されるので、ビームの中心部分だけでなく、ビームの周辺部分の分布の様子からも影響を受けることが分かる。
【００２７】
なお、境界区分能にやや類似した既存の概念として、エッジ法（ナイフエッジ法）がある。これは試料端の観察像の信号強度プロファイル段差構造全体からビームのスポット径にあたる量を評価する方法である。しかしこれはビームが様々な電流密度分布を持ちうるという想定の下で、画像における境界部分の局所的な輝度傾斜を、狭義の分解能（点分解能）とは別の指標として評価するという観点を含んでおらず、そのような用途には利用されていない。
【００２８】
再び図１を大局的に見ると、点分解能はビームの拡がりに対して相対的に充分に細かい極限の構造を観察する際の画像鮮鋭度に対応し、境界区分能はビームの拡がりに対して相対的に充分に大きい極限の構造（の縁部）を観察する際の画像鮮鋭度に対応する。現実のあらゆる尺度の構造を観察する際の画像鮮鋭度は、点分解能と境界区分能を両極として、その中間にすべて包含されるものとして捉えられる。
【００２９】
上述の考察から、走査型電子顕微鏡の解像特性は、電子ビームの試料面上における電流密度分布から決まる点分解能と境界区分能の２つの指標を抑えることによって包括的に評価できることが明らかになったが、電子光学系のフォーカス（等価的に、最適試料面位置）やビーム開き角の最適条件は、別々の挙動を示す２つの解像力指標を同時に見ても一意的には決められない。点分解能と境界区分能の両方の性質を合理的に包含した、ひとつの評価指標を定義することが、光学系の最適条件の決定と最適条件における解像特性の評価のために不可欠である。そこで、総合的な解像力を表す合理的な評価指標として「仮想ビーム径」Ｄpsdを、次のように定義する。
【００３０】
【数２】
2011134622.tif 000004
ただし、ここで、
【００３１】
【数３】
2011134622.tif 000005
は、ビームの中心部分に含まれる電流の比率である。この仮想ビーム径は、大まかに言うと、ビーム中心部分の径Ｄ0.5Jmaxを基調として、周辺部分にも電流が分布している影響を、中心部分電流比率γ0.5Jmaxによって加味した解像力の評価指標である。
【００３２】
上記の仮想ビーム径の含意をさらに具体的に示すと、仮想ビーム径Ｄpsdから定係数π／４を除いた、
【００３３】
【数４】
2011134622.tif 000006
は、
【００３４】
【数５】
2011134622.tif 000007
を満たす。左辺では仮想的な直径Ｄpsd-nの円領域、右辺では直径Ｄ0.5Jmaxの円領域を想定して、両辺の分子は円内電流量に対応し、分母は円領域の面積を表す。つまりビームの全電流を直径Ｄpsd-nの円内に平均化し再分配した仮想ビームを想定した場合に、その電流密度は、元々のビーム中心部分の平均電流密度に等しいという意味を持つ。
【００３５】
Ｄpsdの定義式（２）に加えてある補正係数には、ある程度の任意性はあるが、ここでは、境界区分能との数値比較に都合のよいようにπ／４と設定してある。すなわち、ビームが直径ｄの範囲内だけに均一な電流密度Ｊconstを持ち、その外部でゼロになっている場合（すなわちビームの周辺部分が少ない極限）、そのビームによる境界区分能は、
【００３６】
【数６】
2011134622.tif 000008
となるので、式（２）のように係数を付けて仮想ビーム径Ｄpsdを定義しておくと、一般のビーム電流分布の下ではＤpsd≦ΔＸである。
【００３７】
一方、他方ＤpsdのＤ0.5Jmaxとの関係を見ると、現実的な条件下で形成される電子ビームでは概ねγ0.5Jmax≦０.５なのでＤpsd≧（π√２／４）Ｄ0.5Jmax≒１.１１×Ｄ0.5Jmaxであり、Ｄ0.5Jmax以上の値を取る。従ってＤpsdはＤ0.5JmaxとΔＸの中間的な挙動を示し、両者を同時に考慮して解像特性の最適条件（ｚ面位置や開き角）を決めるための合理的な指標になる。
【００３８】
なお、ここでは電流密度が中心から半分（０.５倍）まで減少する径に着目したが、この規準には多少の任意性があり、一般にρ倍（０＜ρ＜１）と設定して、点分解能をＤρJmax、仮想ビーム径を、
【００３９】
【数７】
2011134622.tif 000009
のように定義してもよい。
【００４０】
光軸に関して回転対称な走査型電子顕微鏡の電子光学系、もしくは非点調整が施された電子光学系において形成される電子ビームの電流密度分布Ｊ(ｘ，ｙ)は、電子光学系の基礎パラメーターにあたる、
（１）光源像径Ｒo
（２）球面収差係数Ｃs
（３）色収差係数Ｃc
（４）ビーム電子の試料表面へのランディング電圧ＶＬ
（５）ビームが含む電子のエネルギー分布幅ΔＥ
（６）ビームの開き角αap
およびガウス焦点面を規準とした試料表面の位置（ｚ座標）という７つの数値から算出することが可能である。基礎パラメーター（１）−（６）は、装置使用者が装置上で光学系に対して設定する諸パラメーターから、設計情報に基づいて算出することが可能である。Ｊ(ｘ，ｙ)の算出方法は想定するビーム形成のモデルにも依存するが、たとえばW. Slowko、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー誌、１９号、７７３−７３８頁などに、そのようなモデル計算の例が見られる。上記の７つの数値からビーム電流密度分布Ｊ(ｘ，ｙ)が求まれば、そこから点分解能，境界区分能，仮想ビーム径を推定計算することができる。
【００４１】
図４は、上記のような方法で計算した、軸対象な光学系における点分解能Ｄ0.5Jmax，境界区分能ΔＸ，仮想ビーム径Ｄpsdをそれぞれ１／２倍した値のｚ座標依存性（ガウス焦点面、すなわち無収差極限の焦点面をｚ＝０とする）の計算例を、幾何光学的軌道群と重ねて示したものである。点分解能Ｄ0.5Jmaxと境界区分能ΔＸはｚ依存性の挙動が異なり、それぞれを最小にする位置も異なること、仮想ビーム径Ｄpsdが両者の中間的な挙動を示し、Ｄpsdを最小にする条件を、点分解能と境界区分能の両方を同時に考慮した最適条件と見なせることが分かる。
【００４２】
またこのような計算を、光学系のパラメーターをいろいろ変更して行った結果を踏まえて、最小のＤdspを与える最適試料面位置ｚ＝Ｚoptを推定する式をあらかじめ決めておくことも可能である。Ｚoptは開き角αapに依存するが、その依存性は、たとえば次のように近似できる（図５）。
【００４３】
【数８ａ】
2011134622.tif 000010
【００４４】
【数８ｂ】
2011134622.tif 000011
【００４５】
【数８ｃ】
2011134622.tif 000012
【００４６】
【数８ｄ】
2011134622.tif 000013
ここでλはランディング電圧ＶＬに依存して決まる電子波の波長で、
【００４７】
【数９】
2011134622.tif 000014
と与えられる（非相対論近似）。ｈはプランク定数、ｍは電子質量、ｅは電荷素量である。
【００４８】
式（８）を前提として、開き角を変更したときにそれぞれの開き角における最適な試料面位置を選ぶという条件下で、点分解能，境界区分能，仮想ビーム径の開き角に対する依存性を算出することができる。このような計算結果の例を図６に示すが、開き角依存性も、点分解能と境界区分能では全く挙動が異なること、仮想ビーム径が両者の中間的な挙動を示し、仮想ビーム径が最小の条件が、総体的な解像特性が良好な条件となることが見てとれる。このような知見、特に点分解能が開き角に対して単調減少するという特性の例は、従来知られていないものである。
【００４９】
上述の考察を踏まえると、まず理論的に、設定された光学条件の下で、どのような解像特性が予想されるかという情報の十全な推定を、点分解能，境界区分能，仮想ビーム径の３つの解像力指標値を算出することによって与えることができるようになる。電子顕微鏡において、その使用状態を決めている光学系の設定パラメーターからこれらの数値を推定算出する手段が備えられていれば、実際に得られた試料像の含む情報が、どの程度まで対象試料の情報を忠実に含むかという判断の助けになり、使用者にとって取得した画像を解釈する上で有用な参考情報となる。
【００５０】
また、上記の考察は、結果的に得られた画像の鮮鋭度評価についても見直しを促す。画像データから「分解能」としてひとつの評価値を算出する方法は従来から存在するが、そのような評価値は、画像の総体的な鮮鋭度に対する実質的な意味が曖昧で、不十分な情報しか与えない。画像データから鮮鋭度を評価する場合、ビームに対して相対的に細かい構造を含む部分からは点分解能に近い画像鮮鋭度の情報が、ビームに対して相対的に大きな構造を含む部分からは境界区分能に近い画像鮮鋭度の情報を抽出でき、両者は本質的に異なっているはずである。電子顕微鏡において、標準的な試料を対象として取得した画像データからこれらを区別して評価する手段が備えられていれば、解像特性の十全な確認が可能となる。
【００５１】
上述のような構成によれば、走査型電子顕微鏡の使用時に、情報的に偏することのない総合的な解像特性を、随時使用者が適正に確認し、得られた像の適切な解釈のために利用することができる。また得られた画像の鮮鋭度評価において、限定的でない包括的な鮮鋭度情報を抽出できる。
【００５２】
電子ビームの試料面における電流密度分布が、光学系の基礎パラメーターから計算されることは既に言及したが、それらの基礎パラメーターは、原理的には走査型電子顕微鏡において使用者が具体的に設定する光学系の装置的パラメーター、すなわち電子銃パラメーター（電子源電位，電子引出し電圧など），電子レンズ系パラメーター（励磁電流値など），ステージ制御系パラメーター（電子のランディング電圧など）から、装置設計情報に基づいて算出できるものであり、そのような計算結果を数表の形で装置に記憶させておくことも可能である。さらに式（８）のような推定式によって最適試料面位置も算出できるので、そこから試料面における電子ビームの電流密度分布Ｊ(ｘ，ｙ)を算出できる。そこで図７のような構成を持つ走査型電子顕微鏡において、装置制御部１０に、これらの装置パラメーターから上述のような手続きによって電子ビームの電流密度分布Ｊ(ｘ，ｙ)を算出し、そこから先に述べたような定義に基づいて、第１の解像力指標値として点分解能ＤρJmax、第２の解像力指標値として境界区分能ΔＸ、第３の総合的な解像力指標値として仮想ビーム径Ｄpsdの推定値を算出する機能を備えておく。このような演算式は、装置制御部１０（コンピューター）に内蔵された記憶媒体、或いは当該コンピューターがアクセス可能な記憶媒体に記憶されている。装置制御部１０は図示しない演算部を備えており、解像度指標値を所定のプログラムに基づいて、算出する。
【００５３】
電子顕微鏡の使用時に、試料観察像と同時に、これらの推定値を表示系１１に表示させておく。顕微鏡装置の使用者が、その使用時点での解像特性の推定値を知りうることは有用である。解像力を表すこれらの推定値は、画像の全体もしくは一部が不鮮明と思われる場合に、その不鮮明さが試料そのものの情報を反映した不鮮明さなのか、装置の解像特性に依存した不鮮明さなのかを判断し、さらに後者の場合に主に点分解能に関わるのか、境界区分能に関わるのかという判断をするために有用な情報となる。
【００５４】
なお、本実施例では装置制御部６を、電子顕微鏡を評価する画像評価装置とする例を説明しているが、これに限られることはなく、例えば画像データの読み取りが可能な他のコンピューターに、当該画像評価を行わせるようにしても良い。図１３は、複数の走査電子顕微鏡１３０１〜１３０３がネットワークに接続された電子顕微鏡システムの一例を説明する図である。当該ネットワークには、画像評価装置１３０４と、記憶媒体１３０５が接続されており、当該画像評価装置１３０４は、ネットワークを経由して伝送される画像データを評価するためのプログラムが記憶、或いは読み取り可能に構成されている。当該コンピュータープログラムは、後述するような画像上の領域指定に基づいて、解像度の評価値を算出するようにプログラムされている。記憶媒体１３０５は、算出された評価値を画像と関連付けて記憶する。
【００５５】
各解像力指標値の具体的な算出方法は、たとえば点分解能としては、電流密度がビーム中心から半減する範囲の直径Ｄ0.5Jmax、境界区分能としては式（１）、仮想ビーム径Ｄpsdとしては式（２）を用いるようにしておけばよい。
【００５６】
また電流密度の減衰規準を０.５ではなく一般的にρ（０＜ρ＜１）として、点分解能としてＤρ0.5Jmaxとして式（７）、仮想ビーム径Ｄpsdとして式（７）を代わりに採用してもよい。またこれらそれぞれに適当な定係数を付けて再定義した値を採用し、数値尺度を用途に合わせて変更してもよい。
【００５７】
推定した点分解能，境界区分能，仮想ビーム径を、数値として表示するだけでなく、表示画像上やその近くにそれぞれをスケールバーの形で表示するという表示の実施形態もあり得る。図８と図９に表示形態の例を示し、図１０に機能フロー図を示す。図ではＰ−Ｒeso.が点分解能、Ｂ−Ｒeso.が境界区分能、Ｄpsdが仮想ビーム径を表しており、それぞれスケールバーと数値による表示を行っている。図８は、点分解能と境界区分能の差が小さい例であって、そのことは、表示画像の局所的な鮮鋭度が、見えている粒子の寸法にあまり依存しない様子と対応している。図９のは点分解能と境界区分能の差が大きい例であるが、このような各解像力指標値が表示されることによって、この画像では画像中に見える細かい粒子の部分の鮮鋭度と、比較的大きい粒子の縁部の鮮鋭度（不鮮明に見える）の違いを、そのまま実際の試料の構造を反映したものと解釈してはいけないことが判る。仮想ビーム径Ｄpsdは、総合評価値として捉えればよい。図８と図９の違いは開き角αapの違いによって生じるものであり、このように装置のそのときの使用状態における点分解能，境界区分能，仮想ビーム径の推定値が画像とともに常に表示されていれば、得られている画像の局所的な鮮鋭度および全体的な鮮鋭度に対して電子ビーム自身の解像特性がどのように影響しているかを使用者が正しく推測でき、画像の適切な解釈が可能となる。また、このような電子ビームの画像への影響の仕方を使用者が意識して、ある程度、目的に応じた使用条件の設定変更を行うことなども可能となる。
【００５８】
このように、電子顕微鏡の使用時に、画面表示によって解像力指標を使用者にその場で知らしめることにも意義があるが、画像データを保存する場合、やはり画像取得時の点分解能，境界区分能，仮想ビーム径の推定値を画像データと対応させる形で保存する機能があれば、後から画像データを見る際にも、有用な参照情報として画像の解釈に利用できる。
【００５９】
仮想ビーム径は、総合的な解像力指標値として有用であるが、劣化代替形態として、これを省く実施形態もあり得る。点分解能と境界区分能の２つの解像力指標値が表示されていれば、それだけでも画像の解釈においてかなり有用である。
【００６０】
また、低倍観察において、スケールバーを各解像力指標値そのものに相当する長さで画面上に表示すると、表示線が短くなりすぎる場合、各解像力指標値の定数倍（たとえば１０倍など）の長さに相当するスケールバーを表示する実施形態もあり得る。
【００６１】
以上は、装置の使用条件から推定される解像特性を像の解釈に活用するための施策であるが、このような概念を踏まえると、結果的に得られた画像データの画像鮮鋭度を評価する際にも、新たな施策を導入することが有用である。すなわち「分解能」の評価値は一般にひとつで済むものではなく、同時に複数の評価値を抽出する手段が必要である。常に全く同じ寸法の対象しか観察しないという使用法を採らない限り、少なくとも点分解能もしくはそれに近い性質を持った評価値、および境界区分能もしくはそれに近い性質を持った評価値の２つの評価値の抽出は必要である。その他、現実的な要請に合わせて、評価値を増やしてもよい。
【００６２】
図１１に、画像データから２つの評価値を抽出する際の表示画面の形態の例を、図１２に機能フロー図を示す。ここでは点分解能に近い数値を評価するための、比較的細かい粒子が映っている領域と、境界区分能に近い数値を評価するための、比較的大きな粒子が映っている領域を、画面を見ながら使用者が画面上のカーソルを動かして選択できるようにしてある。それぞれの領域を使用者が指定してから、それぞれの画像データ領域に対して、鮮鋭度評価計算（たとえばジャーナル・オブ・エレクトロン・マイクロスコーピー誌、５６号、１４５−１５１ページ、２００７年に見られるような方法による）を行った結果が、表示画面右側に表示される。このような画像データの評価手段を電子顕微鏡が備えていることにより、得られた観察像の画像鮮鋭度情報の包括的な確認が可能となる。
【００６３】
使用者が画像データの評価領域を指定する代わりに、画像データの処理によって、点分解能評価に適した細かい構造を含んだ領域と、境界区分能評価に適した大きな構造の端部を含んだ領域を自動的に選択抽出させて、各画像解像度評価値を表示させるという実施形態もあり得る。
【００６４】
本実施例では、点分解能に関する評価値を求めるための第１の領域と、境界区分解能に関する評価値を求めるための第２の領域とを、手動、或いは自動で抽出する手法について説明したが、この場合に、第１の領域を小領域、第２の領域を大領域と設定すべく、画像の画素数に所定の制約を設けることで、第１と第２の領域の大きさが逆転しないように、或いは第１の領域と第２の領域の大きさが所定の条件を満たすように構成することも可能である。例えば、前者の場合であれば、図１１に例示するようなＧＵＩ（Graphical User Interface）画面上に、第１の領域≧第２の領域とならないような禁則条件を設けておくようにすると良い。後者も同様であり、第１の領域，第２の領域がそれぞれ所定の大きさより大きく、或いは小さくならないような禁則条件を設けておくと良い。
【００６５】
また自動で評価対象物を抽出する場合には、所定の輝度、或いは所定値以上の輝度を持つ画素が、所定数集合している領域を、第１の領域、或いは第２の領域として抽出するようなプログラムを適用することが考えられる。
【００６６】
点分解能と境界区分能を画像データから適正に評価するためには、理想的な点試料、および理想的な境界に近い構造を表面に持つ試料を用いた方がよい（図３参照）。このような目的のために準備した専用試料を試料室に常設しておいて、必要に応じて実画像データによる点分解能および境界区分能の確認ができれば、装置の解像状態の確実な確認の手段として有用である。
【００６７】
なお、いろいろな尺度の構造を含んだ試料表面を観察する場合、画像全体に対してコントラスト・ブライトネス調整を施すと、細かい構造の部分は相対的に輝度コントラストを確保し難い（暗くなる）という現象がある。この問題を回避するためには、鮮鋭度を評価するための複数の領域が指定された後で、それぞれの領域内部においてコントラスト・ブライトネスが適正になるような調整を施し、別々の画像データを取得して、そこからそれぞれの鮮鋭度評価値を算出するような機能があれば、さらに評価値の信頼性が増す。
【００６８】
より具体的には、選択された複数領域について、選択的に輝度とコントラストを評価し、輝度とコントラストが所定の条件を満たすように装置条件の調整を行った上で、解像度評価値を各領域について求めるようなシーケンスによって、解像度評価を行うようにしても良い。
【００６９】
なお、上述した例では、点分解能や境界区分解能を、ビームのプローブ径に関する値として「ｎｍ」やスケールバーで表す表現形態を説明したが、これに限られることはなく、例えば大きさの程度に応じた識別情報として表示するようにしても良い。例えば、１.０ｎｍ〜２.０ｎｍであれば、“Ａ”、２.０ｎｍ〜３.０ｎｍであれば、“Ｂ”のように、ランクを付するようにしても良いし、数字ではなく視覚的に電流密度分布波形を表示するようにしても良い。また、ある一定以上の条件を満たしたとき（例えば所定分解能より分解能が悪化したとき）に、選択的にエラー表示を行うようにしても良いし、ある基準に照らして、良否のみを表示するようにしても良い。
【００７０】
本例では、２以上の解像度に関連する情報を表示可能とすることで、使用者にビームの電流密度分布に関する情報を知らしめることが可能となる。
【符号の説明】
【００７１】
１  電子銃
２  電子ビーム
３  試料
４  電子レンズ系
５  電子銃制御電源系
６  装置制御部
７  表示系
８  操作部
９  データ保存部
１０  検出系
１１  ステージ
１２  ステージ制御系
１３  信号電子
１４  光学系
【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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