(57)【要約】【課題】計算の高速化を図ることができる収差計算装置を提供する。【解決手段】本発明に係る収差計算装置１００は、ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルをフィッティングして、フィッティング関数のフィッティングパラメーターを求めるフィッティング部４８と、前記フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める演算部４９と、を含む。【選択図】図１
2015215970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルをフィッティングして、フィッティング関数のフィッティングパラメーターを求めるフィッティング部と、
前記フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める演算部と、
を含む、収差計算装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記フィッティング関数は、コントラスト伝達関数を含む関数である、収差計算装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記フィッティング部は、前記ラインプロファイルの谷の領域を中心にフィッティングする、収差計算装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記フィッティング部は、前記ディフラクトグラムの強度値に反比例または前記強度値の二乗に反比例する重みを付けて最小二乗法でフィッティングする、収差計算装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記フィッティング部は、互いに方位角の異なる複数の前記ラインプロファイルの各々について前記フィッティングパラメーターを求め、
前記演算部は、前記フィッティング部で求められた複数の前記フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める、収差計算装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記ディフラクトグラムに対して周方向にフィルターをかける画像処理部を含む、収差計算装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記画像処理部は、前記ディフラクトグラムを極座標に変換し、極座標に変換された前記ディフラクトグラムに異方的なフィルター関数をコンボリューションする、収差計算装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記画像処理部は、前記ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点で前記ディフラクトグラムを規格化して極座標に変換する、収差計算装置。
【請求項９】
ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルをフィッティングして、フィッティング関数のフィッティングパラメーターを求めるフィッティング工程と、
前記フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める演算工程と、
を含む、収差計算方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記フィッティング関数は、コントラスト伝達関数を含む関数である、収差計算方法。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記フィッティング工程では、前記ラインプロファイルの谷の領域を中心にフィッティ
ングする、収差計算方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記フィッティング工程では、前記ディフラクトグラムの強度値に反比例または前記強度値の二乗に反比例する重みを付けて最小二乗法でフィッティングする、収差計算方法。
【請求項１３】
請求項９ないし１２のいずれか１項において、
前記フィッティング工程では、互いに方位角の異なる複数の前記ラインプロファイルの各々について前記フィッティングパラメーターを求め、
前記演算工程では、前記フィッティング工程で求められた複数の前記フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める、収差計算方法。
【請求項１４】
請求項９ないし１３のいずれか１項において、
前記ディフラクトグラムに対して周方向にフィルターをかける画像処理工程を含む、収差計算方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記画像処理工程では、前記ディフラクトグラムを極座標に変換し、極座標に変換された前記ディフラクトグラムに異方的なフィルター関数をコンボリューションする、収差計算方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記画像処理工程では、前記ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点で前記ディフラクトグラムを規格化して極座標に変換する、収差計算方法。
【請求項１７】
ディフラクトグラムまたは回折図形に対して周方向にフィルターをかける画像処理部を含む、画像処理装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記画像処理部は、前記ディフラクトグラムまたは前記回折図形を極座標表示に変換し、極座標に変換された前記ディフラクトグラムまたは極座標に変換された前記回折図形に異方的なフィルター関数をコンボリューションする、画像処理装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記画像処理部は、前記ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点で前記ディフラクトグラムを規格化して極座標に変換する、画像処理装置。
【請求項２０】
ディフラクトグラムまたは回折図形に対して周方向にフィルターをかける画像処理工程を含む、画像処理方法。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記画像処理工程では、前記ディフラクトグラムまたは前記回折図形を極座標表示に変換し、極座標に変換された前記ディフラクトグラムまたは極座標に変換された前記回折図形に異方的なフィルター関数をコンボリューションする、画像処理方法。
【請求項２２】
請求項２１において、
前記画像処理工程では、前記ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点で前記ディフラクトグラムを規格化して極座標に変換する、画像処理方法。
【請求項２３】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の収差計算装置を含む、電子顕微鏡。
【請求項２４】
請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の画像処理装置を含む、電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収差計算装置、収差計算方法、画像処理装置、画像処理方法、および電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡におけるディフォーカスおよび二回非点を検出する手段として、アモルファス像のフーリエ変換強度であるディフラクトグラムが用いられている。このディフラクトグラムを基に、ディフォーカスおよび二回非点を定量的に計測する技術は、収差補正等を行ううえで重要である。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、ディフラクトグラムの２次元パターンフィッティングにより、ディフォーカスおよび二回非点を求める手法が開示されている。具体的には、まず、ディフラクトグラムの前処理として、バックグラウンドの除去およびエンベローブ関数の補完を行う。その後、二値化したディフラクトグラムをデータベースと比較することで、大まかなディフォーカスおよび二回非点を計測する。次に、蛇行したパス上の共分散を類似度として用いることで、ディフラクトグラムの実験データとシミュレーションとのパターンフィッティングを行う。ディフォーカスおよび二回非点（ｘおよびｙ）の３つのパラメーターを変えながらパターンフィッティングを行うことで、これらの値を求める。
【０００４】
また、例えば、非特許文献２には、テンプレートマッチングにより、ディフォーカスおよび二回非点を求める手法が開示されている。具体的には、前処理として、ｐｅｒｉｏｄｇｒａｍ  ａｖｅｒａｇｉｎｇによりＳＮ比を向上させた後、対数を取ることでバックグラウンドを低減し、さらに２次ガウシアン微分フィルターを掛けて強度を反転させる。ディフラクトグラムを極座標変換した後、テンプレートマッチングを用いて３次元のパラメーター空間に変換し、そこで最大値検出を行う。このようにして最大値の位置を求め、空間周波数に対する楕円率をプロットすることで、ディフォーカスおよび二回非点を計測する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｊ．  Ｂａｒｔｈｅｌ，  Ａ．  Ｔｈｕｓｔ，  Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  １１１，  ｐ．２７−４６  （２０１０）
【非特許文献２】Ｍ．  Ｖｕｌｏｖｉｃ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  １１６，  ｐ．１１５−１３４  （２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した非特許文献１では、ディフラクトグラムに対して２次元でのパターンフィッティングが行われており、また、上述した非特許文献２では、ディフラクトグラムを極座標変換した後、３次元空間に変換している。このように、非特許文献１および非特許文献２の手法では、高次元での計算が含まれていることから、特に画像サイズを大きくした場合などに、計算速度が遅くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、計算の高速化を図ることができる収差計算装置、収差計算方法、画像処理装置、および画像処理方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様
に係る目的の１つは、上記収差計算装置、または上記画像処理装置を含む電子顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る収差計算装置は、
ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルをフィッティングして、フィッティング関数のフィッティングパラメーターを求めるフィッティング部と、
前記フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める演算部と、
を含む。
【０００９】
このような収差計算装置では、ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルをフィッティングして得られるフィッティング関数のフィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める。そのため、例えばディフォーカス量および二回非点を求めるために高次元の計算を行う場合と比べて、計算量を少なくすることができ、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求めるための計算の高速化を図ることができる。
【００１０】
（２）本発明に係る収差計算装置において、
前記フィッティング関数は、コントラスト伝達関数を含む関数であってもよい。
【００１１】
このような収差計算装置では、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求めるための計算の高速化を図ることができる。
【００１２】
（３）本発明に係る収差計算装置において、
前記フィッティング部は、前記ラインプロファイルの谷の領域を中心にフィッティングしてもよい。
【００１３】
ディフォーカスおよび二回非点を求めるために利用されるフィッティングパラメーターは、主にラインプロファイルの谷の領域でのプロファイルに依存する。そのため、このような収差計算装置では、ラインプロファイルの谷の領域を中心にフィッティングすることにより、フィッティングパラメーターを精度よく求めることができる。
【００１４】
（４）本発明に係る収差計算装置において、
前記フィッティング部は、前記ディフラクトグラムの強度値に反比例または前記強度値の二乗に反比例する重みを付けて最小二乗法でフィッティングしてもよい。
【００１５】
このような収差計算装置では、ディフラクトグラムの谷の領域を中心にフィッティングすることができ、フィッティングパラメーターを精度よく求めることができる。
【００１６】
（５）本発明に係る収差計算装置において、
前記フィッティング部は、互いに方位角の異なる複数の前記ラインプロファイルの各々について前記フィッティングパラメーターを求め、
前記演算部は、前記フィッティング部で求められた複数の前記フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求めてもよい。
【００１７】
このような収差計算装置では、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を精度よく求めることができる。
【００１８】
（６）本発明に係る収差計算装置において、
前記ディフラクトグラムに対して周方向にフィルターをかける画像処理部を含んでいてもよい。
【００１９】
このような収差計算方法では、例えばディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかける場合と比べてリングの位置が動径方向にずれることを抑制しつつ、ディフラクトグラムのＳＮ比を向上させることができる。
【００２０】
（７）本発明に係る収差計算装置において、
前記画像処理部は、前記ディフラクトグラムを極座標に変換し、極座標に変換された前記ディフラクトグラムに異方的なフィルター関数をコンボリューションしてもよい。
【００２１】
このような収差計算装置では、ディフラクトグラムに対して周方向にフィルターをかけることができる。
【００２２】
（８）本発明に係る収差計算装置において、
前記画像処理部は、前記ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点で前記ディフラクトグラムを規格化して極座標変換してもよい。
【００２３】
このような収差計算装置では、例えば、リングが同心楕円状のディフラクトグラムであっても、リングの周方向にフィルターをかけることができ、ディフラクトグラムのＳＮ比を効率よく向上させることができる。
【００２４】
（９）本発明に係る収差計算方法は、
ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルをフィッティングして、フィッティング関数のフィッティングパラメーターを求めるフィッティング工程と、
前記フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める演算工程と、
を含む。
【００２５】
このような収差計算方法では、ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルをフィッティングして得られたフィッティング関数のフィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める。そのため、例えばディフォーカス量および二回非点を求めるために高次元の計算を行う場合と比べて、計算量を少なくすることができ、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求めるための計算の高速化を図ることができる。
【００２６】
（１０）本発明に係る収差計算方法において、
前記フィッティング関数は、コントラスト伝達関数を含む関数であってもよい。
【００２７】
このような収差計算方法では、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求めるための計算の高速化を図ることができる。
【００２８】
（１１）本発明に係る収差計算方法において、
前記フィッティング工程では、前記ラインプロファイルの谷の領域を中心にフィッティングしてもよい。
【００２９】
このような収差計算方法では、ラインプロファイルの谷の領域を中心にフィッティングすることにより、フィッティングパラメーターを精度よく求めることができる。
【００３０】
（１２）本発明に係る収差計算方法において、
前記フィッティング工程では、前記ディフラクトグラムの強度値に反比例または前記強度値の二乗に反比例する重みを付けて最小二乗法でフィッティングしてもよい。
【００３１】
このような収差計算方法では、ディフラクトグラムの谷の領域を中心にフィッティングすることができ、フィッティングパラメーターを精度よく求めることができる。
【００３２】
（１３）本発明に係る収差計算方法において、
前記フィッティング工程では、互いに方位角の異なる複数の前記ラインプロファイルの各々について前記フィッティングパラメーターを求め、
前記演算工程では、前記フィッティング工程で求められた複数の前記フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求めてもよい。
【００３３】
このような収差計算方法では、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を精度よく求めることができる。
【００３４】
（１４）本発明に係る収差計算方法において、
前記ディフラクトグラムに対して周方向にフィルターをかける画像処理工程を含んでいてもよい。
【００３５】
このような収差計算方法では、例えばディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかける場合と比べてリングの位置が動径方向にずれることを抑制しつつ、ディフラクトグラムのＳＮ比を向上させることができる。
【００３６】
（１５）本発明に係る収差計算方法において、
前記画像処理工程では、前記ディフラクトグラムを極座標に変換し、極座標に変換された前記ディフラクトグラムに異方的なフィルター関数をコンボリューションしてもよい。
【００３７】
このような収差計算方法では、ディフラクトグラムに対して周方向にフィルターをかけることができ、例えばディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかける場合と比べて、リングの位置が動径方向にずれることを抑制することができる。
【００３８】
（１６）本発明に係る収差計算方法において、
前記画像処理工程では、前記ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点で前記ディフラクトグラムを規格化して極座標に変換してもよい。
【００３９】
このような収差計算方法では、例えば、リングが同心楕円状のディフラクトグラムであっても、リングの周方向にフィルターをかけることができ、ディフラクトグラムのＳＮ比を効率よく向上させることができる。
【００４０】
（１７）本発明に係る画像処理装置は、
ディフラクトグラムまたは回折図形に対して周方向にフィルターをかける画像処理部を含む。
【００４１】
例えば、ディフラクトグラムのＳＮ比を上げるために、ディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかけた場合、ディフラクトグラムのリングがぼけてしまう場合がある。これにより、例えば、リングの位置が動径方向にずれてしまう場合がある。
【００４２】
このような画像処理装置では、画像処理部によって、ディフラクトグラムまたは回折図形に対して周方向にフィルターをかけるため、例えばディフラクトグラムまたは回折図形
に対して等方的なフィルターをかける場合と比べて、リングの位置が動径方向にずれることを抑制することができる。さらに、例えばディフラクトグラムまたは回折図形に対して等方的なフィルターをかける場合、リングがぼかされてコントラストが下がってしまう場合がある。これに対して、ディフラクトグラムまたは回折図形に対して周方向にフィルターをかける場合、強度が同程度の領域同士でぼかすため、高いコントラストを維持することができる。したがって、このような画像処理装置では、リングの位置が動径方向にずれることを抑制しつつ、ディフラクトグラムのＳＮ比または回折図形のＳＮ比を向上させることができる。
【００４３】
（１８）本発明に係る画像処理装置において、
前記画像処理部は、前記ディフラクトグラムまたは前記回折図形を極座標表示に変換し、極座標に変換された前記ディフラクトグラムまたは極座標に変換された前記回折図形に異方的なフィルター関数をコンボリューションしてもよい。
【００４４】
このような画像処理装置では、ディフラクトグラムまたは回折図形に対して周方向にフィルターをかけることができ、例えばディフラクトグラムまたは回折図形に対して等方的なフィルターをかける場合と比べて、リングの位置が動径方向にずれることを抑制することができる。
【００４５】
（１９）本発明に係る画像処理装置において、
前記画像処理部は、前記ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点で前記ディフラクトグラムを規格化して極座標に変換してもよい。
【００４６】
このような画像処理装置では、例えば、リングが同心楕円状のディフラクトグラムまたはリングが同心楕円状の回折図形であっても、リングの周方向にフィルターをかけることができ、ディフラクトグラムのＳＮ比または回折図形のＳＮ比を効率よく向上させることができる。
【００４７】
（２０）本発明に係る画像処理方法は、
ディフラクトグラムまたは回折図形に対して周方向にフィルターをかける画像処理工程を含む。
【００４８】
このような画像処理方法では、例えばディフラクトグラムまたは回折図形に対して等方的なフィルターをかける場合と比べて、リングの位置が動径方向にずれることを抑制しつつ、ディフラクトグラムのＳＮ比または回折図形のＳＮ比を向上させることができる。
【００４９】
（２１）本発明に係る画像処理方法において、
前記画像処理工程では、前記ディフラクトグラムまたは前記回折図形を極座標表示に変換し、極座標に変換された前記ディフラクトグラムまたは極座標に変換された前記回折図形に異方的なフィルター関数をコンボリューションしてもよい。
【００５０】
このような画像処理方法では、ディフラクトグラムまたは回折図形に対して周方向にフィルターをかけることができ、例えばディフラクトグラムまたは回折図形に対して等方的なフィルターをかける場合と比べて、リングの位置が動径方向にずれることを抑制することができる。
【００５１】
（２２）本発明に係る画像処理方法において、
前記画像処理工程では、前記ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点で前記ディフラクトグラムを規格化して極座標に変換してもよい。
【００５２】
このような画像処理方法では、例えば、リングが同心楕円状のディフラクトグラムまたはリングが同心楕円状の回折図形であっても、リングの周方向にフィルターをかけることができ、ディフラクトグラムのＳＮ比または回折図形のＳＮ比を効率よく向上させることができる。
【００５３】
（２３）本発明に係る電子顕微鏡は、
本発明に係る収差計算装置を含む。
【００５４】
このような電子顕微鏡では、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方の計算の高速化を図ることができる収差計算装置を含むことができる。
【００５５】
（２４）本発明に係る電子顕微鏡は、
本発明に係る画像処理装置を含む。
【００５６】
このような電子顕微鏡では、リングの位置が動径方向にずれることを抑制しつつ、ディフラクトグラムのＳＮ比または回折図形のＳＮ比を向上させることができる画像処理装置を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態に係る収差計算装置を含む電子顕微鏡の構成を示す図。
【図２】ディフラクトグラムの一例を示す図。
【図３】極座標に変換されたディフラクトグラムの一例を示す図。
【図４】異方的なフィルター関数の一例を示す図。
【図５】横軸方向にフィルターがかけられた極座標表示のディフラクトグラムの一例を示す図。
【図６】横軸方向にフィルターがかけられた極座標表示のディフラクトグラムを、直交座標表示に変換したディフラクトグラムの一例を示す図。
【図７】ディフラクトグラムの中心から動径方向に延出するラインを示す図。
【図８】ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイル、およびフィッティング関数の一例を示すグラフ。
【図９】第１実施形態に係る収差計算装置を用いた収差計算方法の一例を示すフローチャート。
【図１０】リングが同心楕円状のディフラクトグラムの一例を示す図。
【図１１】リングが同心楕円状のディフラクトグラムを極座標に変換したものの一例を示す図。
【図１２】二回非点で規格化されたディフラクトグラムを極座標に変換したものの一例を示す図。
【図１３】リングが同心楕円状のディフラクトグラムの一例を示す図。
【図１４】同心楕円状のリングの周方向にフィルターがかけられたディフラクトグラムの一例を示す図。
【図１５】等方的なフィルターがかけられたディフラクトグラムの一例を示す図。
【図１６】第１実施形態の変形例に係る収差計算装置を用いた収差計算方法の一例を示すフローチャート。
【図１７】第２実施形態に係る電子顕微鏡の構成を模式的に示す図。
【図１８】第３実施形態に係る画像処理装置を含む電子顕微鏡の構成を模式的に示す図。
【図１９】回折図形の一例を示す図。
【図２０】第３実施形態に係る画像処理装置を用いた画像処理方法の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００５９】
１．  第１実施形態
１．１．  収差計算装置および電子顕微鏡
まず、第１実施形態に係る収差計算装置および電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る収差計算装置４を含む電子顕微鏡１００の構成を模式的に示す図である。
【００６０】
電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子顕微鏡本体２と、収差計算装置４と、を含む。
【００６１】
電子顕微鏡１００は、例えば、透過電子顕微鏡である。透過電子顕微鏡とは、試料Ｓを透過した電子で結像して、透過電子顕微鏡像を得る装置である。なお、透過電子顕微鏡像は、明視野像や、暗視野像、回折図形（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｐａｔｔｅｒｎ）などを含む。
【００６２】
（１）  電子顕微鏡本体
まず、電子顕微鏡本体２について説明する。電子顕微鏡本体２は、電子線源１０と、集束レンズ１２と、対物レンズ１４と、試料ステージ１６と、中間レンズ１８と、投影レンズ２０と、撮像部２２と、収差補正装置３０と、収差補正装置制御部３２と、を含む。
【００６３】
電子線源１０は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源１０は、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線ＥＢを放出する。電子線源１０としては、例えば、電子銃を用いることができる。電子線源１０として用いられる電子銃は特に限定されず、例えば熱電子放出型や、熱電界放出型、冷陰極電界放出型などの電子銃を用いることができる。
【００６４】
集束レンズ１２は、電子線源１０の後段（電子線ＥＢの下流側）に配置されている。集束レンズ１２は、電子線源１０で発生した電子線ＥＢを集束して試料Ｓに照射するためのレンズである。集束レンズ１２は、図示はしないが、複数のレンズを含んで構成されていてもよい。
【００６５】
対物レンズ１４は、集束レンズ１２の後段に配置されている。対物レンズ１４は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢで結像するための初段のレンズである。対物レンズ１４は、図示はしないが、上部磁極（ポールピースの上極）、および下部磁極（ポールピースの下極）を有している。対物レンズ１４では、上部磁極と下部磁極との間に磁場を発生させて電子線ＥＢを集束させる。
【００６６】
試料ステージ１６は、試料Ｓを保持する。図示の例では、試料ステージ１６は、試料ホルダー１７を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１６は、例えば、対物レンズ１４の上部磁極と下部磁極との間に試料Ｓを位置させる。試料ステージ１６は、試料ホルダー１７を移動および静止させることにより、試料Ｓの位置決めを行うことができる。試料ステージ１６は、試料Ｓを水平方向（電子線ＥＢの進行方向に対して直交する方向）や鉛直方向（電子線ＥＢの進行方向に沿う方向）に移動させることができる。試料ステージ１６は、さらに、試料Ｓを傾斜させることができる。
【００６７】
試料ステージ１６は、図示の例では、対物レンズ１４のポールピース（図示せず）の横から試料Ｓを挿入するサイドエントリーステージである。なお、図示はしないが、試料ス
テージ１６は、対物レンズ１４のポールピースの上方から試料Ｓを挿入するトップエントリーステージであってもよい。
【００６８】
中間レンズ１８は、対物レンズ１４の後段に配置されている。投影レンズ２０は、中間レンズ１８の後段に配置されている。中間レンズ１８および投影レンズ２０は、対物レンズ１４によって結像された像をさらに拡大し、撮像部２２に結像させる。電子顕微鏡１００では、対物レンズ１４、中間レンズ１８、および投影レンズ２０によって、結像レンズ系が構成されている。
【００６９】
撮像部２２は、結像レンズ系によって結像された透過電子顕微鏡像を撮像する。撮像部２２は、例えば、ＣＣＤカメラ等のデジタルカメラである。撮像部２２は、撮像した透過電子顕微鏡像の情報を収差計算装置４に出力する。
【００７０】
収差補正装置３０は、対物レンズ１４の後段に配置されている。より具体的には、収差補正装置３０は、対物レンズ１４と中間レンズ１８との間に配置されている。収差補正装置３０は、対物レンズ１４の収差を補正するための装置である。収差補正装置３０は、所定の磁場を発生させることにより、対物レンズ１４の球面収差やスター収差等の高次の収差を補正する。例えば、収差補正装置３０は、負の球面収差を作り出し、対物レンズ１４の正の球面収差を打ち消すことで対物レンズ１４の球面収差を補正する。収差補正装置３０は、収差補正装置制御部３２によって制御される。
【００７１】
収差補正装置制御部３２は、収差計算装置４で求められたディフォーカス量および二回非点の情報に基づいて、収差補正装置３０を制御する。例えば、収差補正装置制御部３２は、複数のディフラクトグラムから得られたディフォーカス量および二回非点の情報から、ディフラクトグラムタブロー法等を用いて、高次の収差を補正するための制御信号を生成し、収差補正装置３０に送る。収差補正装置３０は、この制御信号を受けて、所定の磁場を発生させて高次の収差を補正する。
【００７２】
電子顕微鏡本体２は、図示の例では、除振機２４を介して架台２６上に設置されている。
【００７３】
（２）収差計算装置
次に、収差計算装置４について説明する。収差計算装置４は、電子顕微鏡本体２で撮像された透過電子顕微鏡像からディフラクトグラムを作成し、作成されたディフラクトグラムからディフォーカス量および二回非点を求める。ここで、ディフラクトグラムとは、アモルファス試料の高倍率像をフーリエ変換して得られた図形をいう。収差計算装置４は、処理部４０と、操作部５０と、表示部５２と、記憶部５４と、情報記憶媒体５６と、を含む。
【００７４】
操作部５０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部４０に送る処理を行う。操作部５０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。
【００７５】
表示部５２は、処理部４０によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部５２は、例えば、処理部４０で作成されたディフラクトグラムを表示することができる。また、表示部５２は、例えば、処理部４０で求められたディフォーカス量や二回非点の情報を表示することができる。
【００７６】
記憶部５４は、処理部４０のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。記憶部５４は、処理部４０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラ
ムやデータ等を記憶している。また、記憶部５４は、処理部４０の作業領域として用いられ、処理部４０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。
【００７７】
情報記憶媒体５６（コンピューターにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。処理部４０は、情報記憶媒体５６に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。情報記憶媒体５６には、処理部４０の各部としてコンピューターを機能させるためのプログラムを記憶することができる。
【００７８】
処理部４０は、記憶部５４に記憶されているプログラムに従って、各種の計算処理を行う。処理部４０は、記憶部５４に記憶されているプログラムを実行することで、以下に説明する、ディフラクトグラム作成部４２、画像処理部４４、ラインプロファイル取得部４６、フィッティング部４８、演算部４９として機能する。処理部４０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。なお、処理部４０の少なくとも一部をハードウェア（専用回路）で実現してもよい。処理部４０は、ディフラクトグラム作成部４２と、画像処理部４４と、ラインプロファイル取得部４６と、フィッティング部４８と、演算部４９と、を含む。
【００７９】
ディフラクトグラム作成部４２は、電子顕微鏡本体２で撮像された試料Ｓの透過電子顕微鏡像（明視野像）をフーリエ変換して、ディフラクトグラムを作成する。ここで、試料Ｓはアモルファス試料であるものとする。試料Ｓの透過電子顕微鏡像の情報は、撮像部２２から収差計算装置４（ディフラクトグラム作成部４２）に出力される。図２は、ディフラクトグラム作成部４２で作成されたディフラクトグラムの一例を示す図である。図２に示すように、ディフラクトグラムには、ディフラクトグラムの中心を中心とする同心円状のリング（ディフラクトグラムの明暗（強度の大小）によって作られる環状の模様）が見られる。
【００８０】
画像処理部４４は、ディフラクトグラム作成部４２で作成されたディフラクトグラムに対して、円周方向にフィルター（ローパスフィルター）をかける処理を行う。これにより、ディフラクトグラムのＳＮ比を向上させることができる。ここで、円周方向とは、円周に沿った方向をいう。以下、画像処理部４４の処理について詳細に説明する。
【００８１】
画像処理部４４は、ディフラクトグラム作成部４２で作成されたディフラクトグラム（直交座標系）を、極座標に変換する。図３は、極座標に変換されたディフラクトグラムの一例を示す図である。図３に示す極座標に変換されたディフラクトグラムでは、横軸が方位角（偏角）θに対応し、縦軸がディフラクトグラムの中心からの距離ｒに対応する。図２に示す直交座標表示のディフラクトグラムの円状のリングは、図３に示す極座標表示のディフラクトグラムでは、横軸に沿って直線状に伸びた帯状のラインとなる。そのため、直交座標表示のディフラクトグラムの同心円状のリングは、極座標表示のディフラクトグラムでは、当該帯状のラインが縦軸に沿って並んだ状態となる。
【００８２】
画像処理部４４は、極座標に変換されたディフラクトグラムに、横軸方向に伸びた異方的なフィルター関数をコンボリューションする。図４は、横軸方向に伸びた異方的なフィルター関数の一例を示す図である。極座標に変換されたディフラクトグラムに、図４に示すような横軸方向に伸びた異方的なフィルター関数をコンボリューションすることで、極座標に変換されたディフラクトグラムに対して横軸方向にローパスフィルターをかけることができる。図５は、横軸方向にフィルターがかけられた極座標表示のディフラクトグラ
ムの一例を示す図である。極座標表示のディフラクトグラムに対して横軸方向にフィルターをかけることは、直交座標表示のディフラクトグラムに対して円周方向にフィルターをかけることに対応する。
【００８３】
画像処理部４４は、横軸方向にフィルターがかけられた極座標表示のディフラクトグラムを、もとの表示（直交座標表示）に戻す処理を行う。図６は、横軸方向にフィルターがかけられた極座標表示のディフラクトグラムを、直交座標表示に変換したディフラクトグラムの一例を示す図である。図６に示すように、上記の画像処理部４４の処理によってディフラクトグラムに対して、円周方向にフィルターをかけることができる。
【００８４】
ラインプロファイル取得部４６は、画像処理部４４で円周方向にフィルターがかけられたディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルを取得する。図７は、ディフラクトグラムの中心から動径方向に延出するラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３を示す図である。ラインプロファイル取得部４６は、図７に示すように、ディフラクトグラムの中心から動径方向に延出するラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３を引き、ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３上のプロファイル（強度プロファイル、動径方向の位置とその位置での強度の情報）を取得する。すなわち、ラインプロファイル取得部４６は、互いに方位角（偏角）θが異なる複数のラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３上のプロファイル（ラインプロファイル）を取得する。
【００８５】
なお、ここでは、ラインプロファイル取得部４６が互いに方位角が異なる３つのラインプロファイル（ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３）を取得する場合について説明したが、ラインプロファイル取得部４６は互いに方位角が異なる３つ以上のラインプロファイルを取得してもよい。
【００８６】
また、直交座標表示のディフラクトグラムにおいて、中心から動径方向に延出するライン上のプロファイルを取得することは、極座標表示のディフラクトグラムにおいて、縦軸に平行な線上のプロファイルを取得することに等しい。そのため、ラインプロファイル取得部４６は、極座標表示のディフラクトグラムに、縦軸に平行なラインを引き、当該ライン上のプロファイルを取ってもよい。
【００８７】
フィッティング部４８は、ラインプロファイル取得部４６で取得されたディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルをフィッティングして、フィッティング関数のフィッティングパラメーターを求める。図８は、ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルＥ、およびフィッティング関数Ｆの一例を示すグラフである。なお、図８に示すグラフの横軸は位置であり縦軸は強度である。また、図８に示すラインプロファイルＥおよびフィッティング関数Ｆにおいて、実線部分はフィッティングに用いられた部分であり、破線部分はフィッティングに用いられなかった部分である。
【００８８】
フィッティング部４８は、ラインプロファイルを非線形最小二乗法でフィッティングする。フィッティング関数としては、コントラスト伝達関数（ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を含む関数を用いる。
【００８９】
ここで、コントラスト伝達関数について説明する。コントラスト伝達関数は、試料が持つ各周波数成分がそれぞれどのような重みで像に寄与するのかを表したものである。試料が弱位相物体近似で表される場合、ディフォーカスおよび球面収差に依存したｓｉｎ型の関数で表される。また、空間干渉性や時間干渉性の欠如により高周波情報が欠落する様子は、エンベローブ関数として表され、ｓｉｎ型の関数に掛け合わされる。電子顕微鏡のレンズ等が像のコントラストに及ぼす影響は、このコントラスト伝達関数によって表される。
【００９０】
具体的には、フィッティング関数は、例えば、下記式（１）で表される。
【００９１】
【数１】
2015215970.tif 000003
【００９２】
なお、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｄｆはフィッティングパラメーター、πは円周率、λは電子線の波長、ｘは位置を表している。式（１）に示すようにフィッティング関数は、例えば、コントラスト伝達関数と、バックグラウンドに対応する項と、を含む。
【００９３】
なお、フィッティング関数は、式（１）に限定されない。例えば、フィッティング関数として以下の式を用いることができる。
【００９４】
【数２】
2015215970.tif 000004
【００９５】
なお、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，ｄｆは、フィッティングパラメーターである。
【００９６】
フィッティング部４８は、ラインプロファイルＥをフィッティングして、フィッティング関数のフィッティングパラメーターｄｆを求める。フィッティングパラメーターｄｆは、演算部４９において、ディフォーカスおよび二回非点を求めるために利用される。
【００９７】
ここで、図８に示すラインプロファイルＥにおいて、プロファイルの山になっている領域は、試料の散乱情報などの多数の不確定要素が含まれているため、正しい関数でフィッティングすることは困難である。そのため、フィッティング部４８は、ラインプロファイルＥの谷の領域を中心にフィッティングする。具体的には、フィッティング部４８は、例えば、ディフラクトグラムの強度値に反比例またはディフラクトグラムの強度値の二乗に反比例する重みを付けて最小二乗法でフィッティングする。これにより、ラインプロファイルＥの谷の領域を中心にフィッティングすることができる。なお、ラインプロファイルＥの谷の領域を中心にフィッティングすることができれば、重み付け最小二乗法の重みは上記した強度値に反比例または強度値の二乗に反比例する重みに限定されない。図８に示すラインプロファイルＥにおいて、ラインプロファイルＥの谷の領域とは、極小値を持つ位置とその近傍を含む領域であり、ラインプロファイルＥの山の領域とは、極大値を持つ位置とその近傍を含む領域である。
【００９８】
なお、フィッティング部４８は、フィッティングを行う前に、ラインプロファイルから、バックグラウンドを差し引く処理を行ってもよい。
【００９９】
フィッティング部４８は、上述した手順で、互いに方位角が異なる複数のラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３上のプロファイル（ラインプロファイル）の各々について、フィッティングパラメーターｄｆを求める。図示の例では、フィッティング部４８は、互いに方位角が異なる３つのラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３の各々についてフィッティングパラメーターｄｆを求め
るため、３つのフィッティングパラメーターｄｆが求められる。
【０１００】
演算部４９は、フィッティング部４８で求められた複数のフィッティングパラメーターｄｆに基づいて、ディフォーカス量および二回非点を求める。
【０１０１】
ここで、方位角θでのフィッティングパラメーターｄｆθと、ディフォーカス量Ｏ２および二回非点Ａ２ａｍｐ（強度），Ａ２ａｚｍ（方位角）は、下記式（２）の関係で表される。
【０１０２】
【数３】
2015215970.tif 000005
【０１０３】
演算部４９は、フィッティング部４８で求められた複数のフィッティングパラメーターｄｆθ（３つのフィッティングパラメーターｄｆ）から、式（２）を用いて、ディフォーカス量Ｏ２および二回非点Ａ２ａｍｐ，Ａ２ａｚｍを求める。
【０１０４】
処理部４０は、演算部４９で求められたディフォーカス量Ｏ２および二回非点Ａ２ａｍｐ，Ａ２ａｚｍの情報を、収差補正装置制御部３２に送る処理を行う。また、処理部４０は、演算部４９で求められたディフォーカス量Ｏ２および二回非点Ａ２ａｍｐ，Ａ２ａｚｍの情報を、表示部５２に表示させる処理を行ってもよい。
【０１０５】
なお、収差計算装置４は、画像処理部４４を有していなくてもよい。すなわち、ラインプロファイル取得部４６は、ディフラクトグラム作成部４２で生成されたディフラクトグラムから、直接、ラインプロファイルを取得してもよい。
【０１０６】
収差計算装置４および電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１０７】
収差計算装置４では、フィッティング部４８はディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルをフィッティングしてフィッティング関数のフィッティングパラメーターを求め、演算部４９は当該フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める。そのため、収差計算装置４では、例えば、高次元の計算を行うことなく、ディフォーカス量および二回非点を求めることができる。したがって、収差計算装置４では、例えばディフォーカス量および二回非点を求めるために高次元の計算を行う場合と比べて、計算量を少なくすることができ、ディフォーカス量および二回非点を求めるための計算の高速化を図ることができる。
【０１０８】
収差計算装置４では、フィッティング部４８は、ラインプロファイルの谷の領域を中心にフィッティングする。ディフォーカスおよび二回非点の計測に利用するフィッティングパラメーターｄｆは、主にラインプロファイルの谷の領域でのプロファイルに依存する。そのため、収差計算装置４では、プロファイルの谷の領域を中心にフィッティングすることで、フィッティングパラメーターｄｆを精度よく求めることができる。したがって、収差計算装置４では、ディフォーカス量および二回非点を精度よく求めることができる。
【０１０９】
収差計算装置４では、フィッティング部４８は、ディフラクトグラムの強度値に反比例または強度値の二乗に反比例する重みを付けて最小二乗法でフィッティングする。これにより、ディフラクトグラムの谷の領域を中心にフィッティングすることができ、フィッティングパラメーターｄｆを精度よく求めることができる。
【０１１０】
収差計算装置４では、フィッティング部４８は、互いに方位角の異なる複数のラインプ
ロファイルの各々についてフィッティングパラメーターを求め、演算部４９は、フィッティング部４８で求められた複数のフィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める。そのため、収差計算装置４では、ディフォーカス量および二回非点を、より精度よく求めることができる。
【０１１１】
収差計算装置４では、画像処理部４４は、ディフラクトグラムに対して円周方向にフィルターをかける。例えば、ディフラクトグラムのＳＮ比を上げるために、ディフラクトグラムに対して等方的なフィルター（例えば等方的なローパスフィルター）をかけた場合、ディフラクトグラムの同心円状のリングがぼけてしまう場合がある。リングがぼけることにより、例えば、リングの位置が動径方向にずれてしまい、ディフラクトグラムの中心から動径方向にラインプロファイルをとった場合に、プロファイルが変わってしまう。
【０１１２】
これに対して、収差計算装置４では、ディフラクトグラムに対して円周方向にフィルターをかけるため、例えばディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかける場合と比べて、リングの位置が動径方向にずれることを抑制することができる。さらに、例えばディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかける場合、リングがぼかされてコントラストが下がってしまう場合がある。これに対して、ディフラクトグラムに対して周方向にフィルターをかける場合、強度が同程度の領域同士でぼかすため、高いコントラストを維持することができる。したがって、収差計算装置４では、リングの位置が動径方向にずれることを抑制しつつ、ディフラクトグラムのＳＮ比を向上させることができる。したがって、収差計算装置４では、ディフォーカス量および二回非点を精度よく求めることができる。
【０１１３】
収差計算装置４では、画像処理部４４は、ディフラクトグラムを極座標に変換し、極座標に変換されたディフラクトグラムに異方的なフィルター関数をコンボリューションする。これにより、ディフラクトグラムに対して円周方向にフィルターをかけることができ、例えばディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかける場合と比べて、リングの位置が動径方向にずれることを抑制することができる。
【０１１４】
上記のように、収差計算装置４は、ディフォーカス量および二回非点を求めるための計算の高速化、高精度化を図ることができるため、装置の安定度を判断するための指標の１つとして、ディフォーカス量や二回非点の経時変化を測定することができる。また、収差計算装置４では、ディフォーカス量および二回非点を求めるための計算の高速化、高精度化を図ることができるため、例えば、ディフラクトグラムタブロー法による高次収差計測の高速化、高精度化を図ることができる。
【０１１５】
電子顕微鏡１００では、収差計算装置４を含むため、ディフォーカス量および二回非点を求めるための計算の高速化、高精度化を図ることができる。したがって、電子顕微鏡１００では、例えば、収差補正の高速化、高精度化を図ることができる。
【０１１６】
１．２．  収差計算方法
次に、第１実施形態に係る収差計算装置４を用いた収差計算方法について図面を参照しながら説明する。図９は、第１実施形態に係る収差計算装置４を用いた収差計算方法の一例を示すフローチャートである。
【０１１７】
まず、収差計算装置４は、電子顕微鏡本体２で撮像されたアモルファス試料Ｓの透過電子顕微鏡像を取得する（ステップＳ１００）。具体的には、収差計算装置４は、撮像部２２から出力された出力信号（透過電子顕微鏡像の情報）を受けて透過電子顕微鏡像を取得する。透過電子顕微鏡像の情報は、例えば、記憶部５４に記憶される。
【０１１８】
次に、ディフラクトグラム作成部４２は、アモルファス試料Ｓの透過電子顕微鏡像をフーリエ変換してディフラクトグラム（図２参照）を作成する（ステップＳ１０２）。
【０１１９】
次に、画像処理部４４は、ディフラクトグラム作成部４２で作成されたディフラクトグラムに対して円周方向にフィルターをかける処理を行う（ステップＳ１０４，Ｓ１０６）。
【０１２０】
具体的には、画像処理部４４は、まず、ディフラクトグラム（直交座標系）を極座標に変換する（図３参照、ステップＳ１０４）。
【０１２１】
次に、画像処理部４４は、極座標に変換されたディフラクトグラムに、図４で示す横軸方向に伸びた異方的なフィルター関数をコンボリューションする（ステップＳ１０６）。これにより、極座標表示のディフラクトグラムに対して横軸方向にフィルターをかけることができる（図５参照）。次に、画像処理部４４は、横軸方向にフィルターがかけられた極座標表示のディフラクトグラムを、直交座標表示のディフラクトグラムに戻す処理を行う（図６参照）。
【０１２２】
次に、ラインプロファイル取得部４６は、ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルを取得する（ステップＳ１０８）。ラインプロファイル取得部４６は、互いに方位角θが異なる複数（３つ）のラインプロファイル（ラインＬ１上のプロファイル、ラインＬ２上のプロファイル、ラインＬ３上のプロファイル、図７参照）を取得する。
【０１２３】
次に、フィッティング部４８は、ラインプロファイル取得部４６で取得されたラインプロファイルをフィッティングして、フィッティング関数のフィッティングパラメーターｄｆを求める（ステップＳ１１０）。フィッティング部４８は、複数のラインプロファイルの各々について、フィッティングパラメーターｄｆを求める。なお、フィッティング関数は、コントラスト伝達関数を含む関数である。フィッティング部４８は、例えば、ディフラクトグラムの強度値に反比例（または強度値の二乗に反比例）する重みを付けた最小二乗法でフィッティングする。
【０１２４】
次に、演算部４９は、フィッティング部４８で求められた複数（３つ）のフィッティングパラメーターｄｆに基づいて、ディフォーカス量および二回非点を求める（ステップＳ１１２）。演算部４９は、式（２）を用いて、フィッティング部４８で求められた複数のフィッティングパラメーターｄｆからディフォーカス量および二回非点を算出する。
【０１２５】
以上の処理により、ディフォーカス量および二回非点を求めることができる。
【０１２６】
収差計算装置４を用いた収差計算方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１２７】
収差計算装置４を用いた収差計算方法では、ディフラクトグラムの動径方向のラインプロファイルをフィッティングしてフィッティング関数のフィッティングパラメーターを求める工程（フィッティング工程）と、当該フィッティングパラメーターに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める工程（演算工程）と、を含む。したがって、例えばディフォーカス量および二回非点を求めるために高次元の計算を行う場合と比べて、計算量を少なくすることができ、ディフォーカス量および二回非点を求めるための計算の高速化を図ることができる。
【０１２８】
収差計算装置４を用いた収差計算方法では、フィッティング工程において、ラインプロファイルの谷の領域を中心にフィッティングする。そのため、ディフォーカス量および二回非点の計測に必要なフィッティングパラメーターｄｆを精度よく求めることができ、デ
ィフォーカス量および二回非点を精度よく求めることができる。
【０１２９】
収差計算装置４を用いた収差計算方法では、フィッティング工程において、ディフラクトグラムの強度値に反比例または強度値の二乗に反比例する重みを付けて最小二乗法でフィッティングする。これにより、ディフラクトグラムの谷の領域を中心にフィッティングすることができ、フィッティングパラメーターｄｆを精度よく求めることができる。
【０１３０】
収差計算装置４を用いた収差計算方法では、フィッティング工程において、互いに方位角の異なる複数のラインプロファイルの各々についてフィッティングパラメーターｄｆを求め、演算工程では、フィッティング工程で求められた複数のフィッティングパラメーターｄｆに基づいて、ディフォーカス量および二回非点の少なくとも一方を求める。そのため、ディフォーカス量および二回非点を、より精度よく求めることができる。
【０１３１】
収差計算装置４を用いた収差計算方法では、画像処理工程において、ディフラクトグラムに対して円周方向にフィルターをかける。そのため、例えばディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかける場合と比べてリングの位置が動径方向にずれることを抑制しつつ、ディフラクトグラムのＳＮ比を向上させることができる。
【０１３２】
収差計算装置４を用いた収差計算方法では、画像処理工程において、ディフラクトグラムを極座標に変換し、極座標に変換されたディフラクトグラムに異方的なフィルター関数をコンボリューションする。これにより、ディフラクトグラムに対して円周方向にフィルターをかけることができ、例えばディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかける場合と比べて、リングの位置が動径方向にずれることを抑制することができる。
【０１３３】
１．３．  収差計算装置の変形例
次に、第１実施形態に係る収差計算装置の変形例について説明する。本変形例に係る収差計算装置の構成は、上述した図１に示す第１実施形態に係る収差計算装置４と同様である。以下では、第１実施形態に係る収差計算装置４との相違点について説明する。
【０１３４】
上述した第１実施形態に係る収差計算装置４では、画像処理部４４は、ディフラクトグラムを極座標に変換し、極座標に変換されたディフラクトグラムに異方的なフィルター関数をコンボリューションすることで、ディフラクトグラムに対して円周方向にフィルターをかけていた。
【０１３５】
これに対して、本変形例に係る収差計算装置４では、画像処理部４４は、ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点でディフラクトグラムを規格化して極座標に変換する。画像処理部４４は、例えば、ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点でディフラクトグラムを規格化した後に、ディフラクトグラムを極座標に変換し、極座標に変換されたディフラクトグラムに異方的なフィルター関数をコンボリューションすることで、ディフラクトグラムに対して周方向にフィルターをかけることができる。
【０１３６】
ここで、ディフラクトグラムに対して周方向にフィルターをかけるとは、ディフラクトグラムのリングの形状に沿ってフィルターをかけることをいう。したがって、例えば、画像処理部４４は、リングが円状（同心円状）のディフラクトグラムの場合には、円周方向（円周に沿った方向）にフィルターをかけ、リングが楕円状（同心楕円状）のディフラクトグラムの場合には、楕円の周方向（楕円に沿った方向）にフィルターをかけることができる。なお、同心楕円とは、中心を共有する２つ以上の楕円をいう。
【０１３７】
以下、本変形例に係る画像処理部４４の処理について詳細に説明する。図１０は、リングが同心楕円状のディフラクトグラムの一例を示す図である。図１１は、リングが同心楕
円状のディフラクトグラムを極座標に変換したものの一例を示す図である。
【０１３８】
二回非点が存在する場合、ディフラクトグラムは、図１０に示すように、リングが同心楕円を描く。そのため、リングが同心楕円状のディフラクトグラムを極座標に変換すると、図１１に示すように、帯状のラインが横軸に沿って直線状に伸びずに、波打つような状態となる。そのため、リングが同心楕円状のディフラクトグラムを極座標に変換し異方的なフィルター関数（例えば図４に示すフィルター関数）をコンボリューションすると、二回非点成分に円筒対称収差成分が加わり、動径方向のプロファイルが変化して計測精度が下がる場合がある。
【０１３９】
これに対して、本変形例に係る画像処理部４４では、ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点でディフラクトグラムを規格化して極座標変換する処理を行う。これにより、リングが同心楕円状のディフラクトグラムを、リングが同心円状のディフラクトグラムとすることができる。画像処理部４４は、この二回非点で規格化されたディフラクトグラムを極座標に変換することで、図１２に示すように、帯状のラインが波を打たずに横軸に沿って直線状に伸びた状態にすることができる。したがって、画像処理部４４では、極座標に変換し異方的なフィルター関数をコンボリューションしても、二回非点成分に円筒対称収差成分が加わり動径方向のプロファイルが変化して計測精度が下がることを防ぐことができる。以下、画像処理部４４の処理についてより詳細に説明する。
【０１４０】
画像処理部４４は、ディフラクトグラム作成部４２で作成されたリングが同心楕円状のディフラクトグラムに対して、等方的なフィルター関数をコンボリューションする。これにより、ディフラクトグラムのＳＮ比を向上させることができる。
【０１４１】
画像処理部４４は、等方的なフィルター関数をコンボリューションされたディフラクトグラムのラインプロファイルを取得し、ファーストゼロを求める。ラインプロファイルは、ディフラクトグラムの中心から動径方向に延出するラインを引き、当該ライン上のプロファイルをとることにより取得することができる。なお、ファーストゼロとは、コントラスト伝達関数が、最初にゼロの軸と交わる波数をいう。図８に示す例では、プロファイルの最初の谷（極小値）の波数がファーストゼロの波数である。
【０１４２】
画像処理部４４は、求めたファーストゼロの波数からディフォーカスおよび二回非点を求め、リングが同心楕円状のディフラクトグラムに対して、二回非点による真円からの変化分を規格化する。言い換えると、画像処理部４４は、ディフラクトグラムの動径方向を二回非点で規格化する。すなわち、画像処理部４４は、リングが同心楕円状のディフラクトグラムに対して、リングが同心円状となるように二回非点を用いて規格化する。これにより、ディフラクトグラムの同心楕円状のリングを、同心円状とすることができる。
【０１４３】
画像処理部４４は、規格化されたディフラクトグラムを極座標に変換し、極座標に変換されたディフラクトグラムに異方的なフィルター関数（例えば図４に示すフィルター関数）をコンボリューションする。そして、画像処理部４４は、フィルターがかけられた極座標表示のディフラクトグラムを、直交座標表示に戻す処理を行う。以上の処理により、リングが同心楕円状のディフラクトグラムに対して、楕円に沿った方向にフィルターをかけることができる。
【０１４４】
なお、画像処理部４４は、二回非点でのディフラクトグラムの規格化と、極座標への変換を同時に行ってもよい。これにより、上述のように、二回非点でのディフラクトグラムの規格化と極座標への変換を別々に行う場合と比べて、計算を効率よく行うことができる。
【０１４５】
本変形例に係る収差計算装置４の演算部４９では、画像処理部４４における規格化でリングを伸縮させた分を考慮して、フィッティングパラメーターｄｆを求める。
【０１４６】
本変形例では、画像処理部４４は、ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点でディフラクトグラムを規格化して極座標変換する。そのため、例えば、リングが同心楕円状のディフラクトグラムであっても、リングの周方向にフィルターをかけることができ、ディフラクトグラムのＳＮ比を効率よく向上させることができる。
【０１４７】
図１３は、リングが同心楕円状のディフラクトグラムの一例を示す図である。図１４は、同心楕円状のリングの周方向にフィルターがかけられたディフラクトグラムの一例を示す図である。図１５は、等方的なフィルターがかけられたディフラクトグラムの一例を示す図である。
【０１４８】
本変形例では、上述のように画像処理部４４によって、図１３に示すようなリングが同心楕円状のディフラクトグラムに対して、図１４に示すように、楕円に沿った方向にフィルターをかけることができる。
【０１４９】
また、図１４に示す楕円に沿った方向にフィルターをかけたディフラクトグラムは、図１５に示す等方的なローパスフィルターをかけたディフラクトグラムと比べて、動径方向においてリングのぼけが小さい。そのため、図１４に示す楕円に沿った方向にフィルターをかけたディフラクトグラムは、図１５に示す等方的なローパスフィルターをかけたディフラクトグラムと比べて、リングの位置が動径方向にずれることを抑制することができる。
【０１５０】
次に、本変形例に係る収差計算装置を用いた収差計算方法について、図面を参照しながら説明する。図１６は、本変形例に係る収差計算装置を用いた収差計算方法の一例を示すフローチャートである。以下、図１６に示すフローチャートにおいて、図９に示すフローチャートのステップと同様の処理を行うステップについては、同じ符号を付してその説明を省略する。
【０１５１】
ディフラクトグラム作成部４２でリングが同心楕円状のディフラクトグラムが作成された後（ステップＳ１０２の後）に、画像処理部４４は、当該ディフラクトグラムに等方的なフィルター関数をコンボリューションする（ステップＳ２００）。
【０１５２】
次に、画像処理部４４は、等方的なフィルター関数がコンボリューションされたディフラクトグラムのラインプロファイルを取得する（ステップＳ２０２）。
【０１５３】
次に、画像処理部４４は、ラインプロファイルからファーストゼロの値を求め、ディフォーカス量および二回非点を求める（ステップＳ２０４）。
【０１５４】
次に、画像処理部４４は、リングが同心楕円状のディフラクトグラムを求めた二回非点で規格化して、ディフラクトグラムのリングを同心円状にする（ステップＳ２０６）。
【０１５５】
以降のステップＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１２は、上述した図９と同様であるが、ステップＳ１１０では、演算部４９は、画像処理部４４における規格化でリングが伸縮した分を考慮して、フィッティングパラメーターｄｆを求める。
【０１５６】
以上の処理により、ディフォーカス量および二回非点を求めることができる。
【０１５７】
なお、画像処理部４４は、二回非点でのディフラクトグラムの規格化（ステップＳ２０
６）と、極座標への変換（ステップＳ１０４）を同時に行ってもよい。
【０１５８】
本変形例では、画像処理工程において、ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点で前記ディフラクトグラムを規格化して極座標変換する。そのため、例えば、リングが同心楕円状のディフラクトグラムであっても、リングの周方向にフィルターをかけることができ、ディフラクトグラムのＳＮ比を効率よく向上させることができる。
【０１５９】
２．  第２実施形態
次に、第２実施形態に係る電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１７は、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００の構成を模式的に示す図である。以下、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００において、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６０】
上述した電子顕微鏡１００は、図１に示すように、収差補正装置３０および収差補正装置制御部３２を備えており、収差補正装置制御部３２は、収差計算装置４で求められたディフォーカス量および二回非点に基づいて収差補正装置３０を制御して、高次の収差（例えば球面収差）を補正していた。
【０１６１】
これに対して、電子顕微鏡２００では、図１７に示すように、非点補正装置２１０および非点補正装置制御部２１２を備えており、非点補正装置制御部２１２は、収差計算装置４で求められた二回非点に基づいて非点補正装置２１０を制御し、二回非点を補正する。
【０１６２】
非点補正装置２１０は、対物レンズ１４の後段に配置されている。より具体的には、非点補正装置２１０は、対物レンズ１４と中間レンズ１８との間に配置されている。非点補正装置２１０は、例えば、光軸に対して対称に置かれた４個の電磁コイルからなる四極子を有し、直行する２方向の焦点距離を変えることにより対物レンズ１４の二回非点を補正する。
【０１６３】
非点補正装置制御部２１２は、収差計算装置４から出力された出力信号（二回非点の情報）を受け付け、二回非点の情報から二回非点を打ち消すための制御信号を生成する。非点補正装置制御部２１２は、生成した制御信号を非点補正装置２１０に出力する。
【０１６４】
なお、収差計算装置４は、求めたディフォーカス量の情報を対物レンズ制御部（図示せず）に出力し、対物レンズ制御部はこのディフォーカス量の情報に基づいて対物レンズ１４を制御してディフォーカス量を調整してもよい。また、収差計算装置４は、求めたディフォーカス量の情報を試料ステージ１６に出力し、試料ステージ１６は、このディフォーカス量の情報に基づいて試料Ｓの高さを変えてディフォーカス量を調整してもよい。
【０１６５】
電子顕微鏡２００では、収差計算装置４を含むため、ディフォーカス量および二回非点を求めるための計算の高速化、高精度化を図ることができる。したがって、電子顕微鏡２００では、例えば、非点補正の高速化、高精度化を図ることができる。
【０１６６】
３．  第３実施形態
３．１．  画像処理装置および電子顕微鏡
次に、第３実施形態に係る画像処理装置および電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１８は、第３実施形態に係る画像処理装置６を含む電子顕微鏡３００の構成を模式的に示す図である。以下、第３実施形態に係る電子顕微鏡３００において、上述した第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６７】
電子顕微鏡３００は、図１８に示すように、電子顕微鏡本体２と、画像処理装置６と、を含む。
【０１６８】
画像処理装置６の処理部４０は、記憶部５４に記憶されているプログラムを実行することで、ディフラクトグラム作成部４２、画像処理部３４４、として機能する。処理部４０は、ディフラクトグラム作成部４２と、画像処理部３４４と、を含む。
【０１６９】
ここで、第１実施形態に係る収差計算装置４では、画像処理部４４は、ディフラクトグラム作成部４２で生成されたディフラクトグラムに対して、円周方向にフィルターをかけていた。
【０１７０】
これに対して、第３実施形態に係る画像処理装置６では、画像処理部３４４は、ディフラクトグラムに加えて、さらに回折図形に対して、円周方向にフィルターをかけることができる。
【０１７１】
画像処理部３４４は、電子顕微鏡本体２で撮像された回折図形に対して、円周方向にフィルターをかける。回折図形の情報は、電子顕微鏡本体２の撮像部２２から出力され、画像処理部４４は、この回折図形の情報を受けて、当該回折図形に対して円周方向にフィルターをかける処理を行う。具体的には、画像処理部４４は、回折図形を極座標に変換し、極座標に変換された回折図形に異方的なフィルター関数をコンボリューションする。これにより、回折図形に対して円周方向のフィルターをかけることができる。
【０１７２】
図１９は、回折図形の一例を示す図である。画像処理部３４４によって、図１９に示すようなデバイ・シェラー  リング（Ｄｅｂｙｅ−Ｓｃｈｅｒｒｅｒ  ｒｉｎｇ）や、ハローリング（ｈａｌｏ  ｒｉｎｇ）に対して、円周方向にフィルターをかけることで、リングの位置が動径方向にずれることを抑制しつつ、ＳＮ比を向上させることができる。
【０１７３】
なお、デバイ・シェラー  リングとは、多結晶試料に電子線を照射して得られる、ブラック反射による物質に固有の環状の回折図形である。また、ハローリングとは、非晶質試料に電子線を照射して得られる、非晶質試料の等方的であり周期性がない原子配列を反映したぼけた環状の回折図形である。
【０１７４】
画像処理部３４４は、例えば、円周方向にフィルターがかけられたディフラクトグラムや、円周方向にフィルターがかけられた回折図形を、表示部５２に表示させる制御を行う。
【０１７５】
画像処理装置６は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１７６】
画像処理装置６では、画像処理部３４４は、ディフラクトグラムまたは回折図形に対して円周方向にフィルターをかける。そのため、例えばディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかける場合と比べて、リング（例えばディフラクトグラムにおける同心円状のリングや、デバイ・シェラー  リング、ハローリング等）の位置が動径方向にずれることを抑制することができる。さらに、例えばディフラクトグラムまたは回折図形に対して等方的なフィルターをかける場合、リングがぼかされてコントラストが下がってしまう場合がある。これに対して、ディフラクトグラムまたは回折図形に対して周方向にフィルターをかける場合、強度が同程度の領域同士でぼかすため、高いコントラストを維持することができる。したがって、画像処理装置６では、例えばディフラクトグラムに対して等方的なフィルターをかける場合と比べてリングの位置が動径方向にずれることを抑制しつつ、ディフラクトグラムのＳＮ比を向上させることができる。
【０１７７】
画像処理装置６では、画像処理部４４は、ディフラクトグラムまたは回折図形を極座標に変換し、極座標に変換されたディフラクトグラムまたは回折図形に異方的なフィルター関数をコンボリューションする。これにより、ディフラクトグラムまたは回折図形に対して円周方向にフィルターをかけることができる。
【０１７８】
なお、第１実施形態に係る収差計算装置４の構成部材について適用される変形例は、第３実施形態に係る画像処理装置６についても同様に適用される。
【０１７９】
例えば、リングが同心楕円状のディフラクトグラムに対して、画像処理部３４４は、ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点でディフラクトグラムを規格化して極座標に変換する処理を行ってもよい。なお、画像処理部３４４は、極座標に変換されたディフラクトグラムを、もとの表示に戻す際に、二回非点成分を反映させる。以上の処理により、リングが同心楕円状のディフラクトグラムに対して、楕円に沿った方向にフィルターをかけることができる。
【０１８０】
画像処理装置６では、画像処理部３４４は、ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点でディフラクトグラムを規格化して極座標に変換する。そのため、例えば、リングが同心楕円状のディフラクトグラムであっても、リングの周方向にフィルターをかけることができ、ディフラクトグラムのＳＮ比を効率よく向上させることができる。
【０１８１】
３．２．  画像処理方法
次に、第３実施形態に係る画像処理装置６を用いた画像処理方法について図面を参照しながら説明する。図２０は、第３実施形態に係る画像処理装置６を用いた画像処理方法の一例を示すフローチャートである。ここでは、第３実施形態に係る画像処理装置６を用いた画像処理方法の一例としてディフラクトグラムに対して、円周方向にフィルターをかける例について説明する。
【０１８２】
画像処理装置６を用いた画像処理方法は、電子顕微鏡本体２で撮像されたアモルファス試料Ｓの透過電子顕微鏡像を取得する工程（ステップＳ１００）と、ディフラクトグラム作成部４２が取得したアモルファス試料Ｓの透過電子顕微鏡像をフーリエ変換してディフラクトグラムを作成する工程（ステップＳ１０２）と、画像処理部４４が、ディフラクトグラムを極座標に変換する（ステップＳ１０４）と、画像処理部４４が、極座標に変換されたディフラクトグラムに異方的なフィルター関数をコンボリューションする工程（ステップＳ１０６）と、を含む。
【０１８３】
なお、画像処理装置６を用いた画像処理方法における各ステップＳ１００、Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６は、図９に示す収差計算装置４を用いた収差計算方法のステップＳ１００、Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６と同様であり、その説明を省略する。
【０１８４】
また、画像処理装置６を用いた画像処理方法において回折図形に対して円周方向にフィルターをかける場合には、ステップＳ１００において透過電子顕微鏡像として回折図形を取得し、ディフラクトグラムを作成する工程（ステップＳ１０２）を行わない点を除いて、上述したディフラクトグラムに対して円周方向にフィルターをかける場合と同様である。
【０１８５】
画像処理装置６を用いた画像処理方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１８６】
画像処理装置６を用いた収差計算方法では、画像処理工程において、ディフラクトグラムまたは回折図形に対して円周方向にフィルターをかける。そのため、例えばディフラク
トグラムまたは回折図形に対して等方的なフィルターをかける場合と比べて、リングの位置が動径方向にずれることを抑制することができる。したがって、リングの位置が動径方向にずれることを抑制しつつ、ディフラクトグラムのＳＮ比を向上させることができる。
【０１８７】
画像処理装置６を用いた収差計算方法では、画像処理工程において、ディフラクトグラムまたは回折図形を極座標に変換し、極座標に変換されたディフラクトグラムまたは回折図形に異方的なフィルター関数をコンボリューションする。これにより、ディフラクトグラムまたは回折図形に対して円周方向にフィルターをかけることができる。
【０１８８】
なお、第１実施形態に係る収差計算装置４を用いた収差計算方法について適用される変形例は、第３実施形態に係る画像処理装置６を用いた画像処理方法についても同様に適用される。すなわち、例えば、画像処理工程では、ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点で前記ディフラクトグラムを規格化して極座標に変換してもよい。なお、極座標に変換されたディフラクトグラムを、もとの表示に戻す際に、二回非点成分を反映させる。
【０１８９】
画像処理装置６を用いた画像処理方法では、画像処理部３４４は、ディフラクトグラムの二回非点を求め、当該二回非点でディフラクトグラムを規格化して極座標に変換する。そのため、例えば、リングが同心楕円状のディフラクトグラムであっても、リングの周方向にフィルターをかけることができ、ディフラクトグラムのＳＮ比を効率よく向上させることができる。
【０１９０】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１９１】
２…電子顕微鏡本体、４…収差計算装置、６…画像処理装置、１０…電子線源、１２…集束レンズ、１４…対物レンズ、１６…試料ステージ、１７…試料ホルダー、１８…中間レンズ、２０…投影レンズ、２２…撮像部、２４…除振機、２６…架台、３０…収差補正装置、３２…収差補正装置制御部、４０…処理部、４２…ディフラクトグラム作成部、４４…画像処理部、４６…ラインプロファイル取得部、４８…フィッティング部、４９…演算部、５０…操作部、５２…表示部、５４…記憶部、５６…情報記憶媒体、１００，２００…電子顕微鏡、２１０…非点補正装置、２１２…非点補正装置制御部、３００…電子顕微鏡、３４４…画像処理部
【図１】
2015215970.tif 000006
【図９】
2015215970.tif 000007
【図１６】
2015215970.tif 000008
【図１７】
2015215970.tif 000009
【図１８】
2015215970.tif 000010
【図２０】
2015215970.tif 000011
【図２】
2015215970.tif 000012
【図３】
2015215970.tif 000013
【図４】
2015215970.tif 000014
【図５】
2015215970.tif 000015
【図６】
2015215970.tif 000016
【図７】
2015215970.tif 000017
【図８】
2015215970.tif 000018
【図１０】
2015215970.tif 000019
【図１１】
2015215970.tif 000020
【図１２】
2015215970.tif 000021
【図１３】
2015215970.tif 000022
【図１４】
2015215970.tif 000023
【図１５】
2015215970.tif 000024
【図１９】
2015215970.tif 000025