(57)【要約】【課題】暗視野像の検出のスループットを向上、また、ノイズが抑制された高画質の暗視野像の検出を可能にした走査型透過電子顕微鏡を提供する。【解決手段】試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向と円周方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を入力し、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度信号を集計し、試料内の異なる材料の像を生成する画像処理ユニットとを有する。そして、画像処理ユニットは、分離された環状領域内の円周方向に分離された一部の領域の電子線強度信号を除去または集計しないノイズ除去モードを有する。【選択図】図３
2004259516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、
少なくとも顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、
前記複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を並列に入力し、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度信号を集計し、前記試料内の異なる材料の暗視野像を生成する画像処理ユニットとを有することを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１において、
前記電子線検出素子は、電子を光子に変換するシンチレータと、変換された光子を電気信号に変換する光電変換素子とを有し、光電変換素子により生成される電気信号が前記電子線強度信号として出力され、
前記複数の電子線検出素子のシンチレータ表面が、前記光軸に対して逆円錐状に配置されることを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【請求項３】
試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、
顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向と円周方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、
複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を入力し、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度信号を集計し、前記試料内の異なる材料の像を生成する画像処理ユニットとを有し、
前記画像処理ユニットは、前記分離された環状領域内の円周方向に分離された一部の領域の電子線強度信号を除去または集計しないノイズ除去モードを有することを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項３において、
前記電子線検出素子は、電子を光子に変換するシンチレータと、変換された光子を電気信号に変換する光電変換素子とを有し、光電変換素子により生成される電気信号が前記電子線強度信号として出力され、
前記複数の電子線検出素子のシンチレータ表面が、前記光軸に対して逆円錐状に配置されることを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項３において、
前記画像処理ユニットは、前記ノイズ除去モードにおいて、前記分離された環状領域内の円周方向に分離された複数の領域の電子線強度信号のうち、他の領域に比較してより高い電子線強度信号を有する一部の領域を検出し、当該検出された一部の領域の電子線強度信号を除去または集計しないことを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【請求項６】
試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、
顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向と円周方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、
複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を入力し、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度信号を集計し、前記試料内の異なる材料の像を生成する画像処理ユニットとを有することを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【請求項７】
試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、
顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向と円周方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、
複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を入力し、所定の領域に属する複数の電子線検出素子それぞれの電子線強度信号を集計して像を生成する画像処理ユニットとを有することを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察試料に電子を走査して透過する電子により試料の構造を検出する走査透過型電子顕微鏡に関し、特に、改良された暗視野像検出器により操作性を向上させ、またノイズを抑制した暗視野像を検出できる走査透過型電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ  ：  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）における暗視野像観察は、観察試料に電子線を走査しながら照射し、各走査位置で非弾性散乱した電子を環状の検出器により検出し、電子強度を画像化することにより行われる。図１は、走査透過型電子顕微鏡の原理図である。観察試料５に収束電子線１０を入射すると、試料の結晶構造に起因して弾性散乱した電子が光軸方向１４に透過又は回折し、更に、試料の原子核の熱振動により電子がエネルギーロスを生じて光軸方向に対して拡がる角度の方向１２に非弾性散乱する。光軸方向に透過する弾性散乱電子の数は、光軸近傍では非弾性散乱電子の数より遙かに多いが、光軸から半径方向に離れるに従い、弾性散乱電子の数が少なくなり、非弾性散乱電子の絶対数は小さいものの、その数は弾性散乱電子の数よりも多くなる。従って、光軸方向に設けられた検出器８はより多くの電子量による明視野像を検出し、環状の検出器７は少ない電子量による暗視野像を検出する。
【０００３】
弾性散乱電子により形成される電子スポットは、観察試料の結晶面の面方位に依存したスポット像になるのに対して、非弾性散乱電子は、試料の原子番号に依存した角度で散乱し、また試料密度に依存した強度になる。従って、収束電子線１０により試料上を走査することで、試料内の材料分布像や密度分布像を検出することが可能になる。
【０００４】
非弾性散乱電子の散乱角度が原子番号に依存することから、特定の材料の暗視野像を得るためには、取り込み角度β１，β２を有する環状検出器７に、当該特定の材料に対応する非弾性散乱電子のみを取り込み、その材料以外の材料に対応する非弾性散乱電子が取り込まれないようにする必要がある。そのため、従来の電子顕微鏡では、観察試料５と検出器７との間に設けられた散乱角度制御用レンズ（電磁レンズ）を調整する必要があり、異なる材料が混在する観察試料の材料分布像を得るためには、電子線の走査位置が変わるたびに電磁レンズの調整工程を繰り返す必要がある。その場合、電磁レンズを調整することにより光軸がずれてしまい、それに伴って校正作業を繰り返す必要があると共に、レンズ調整、校正工程の間に観察試料の位置がずれてしまうと、検出像を精度良く重ねることが困難になる。
【０００５】
このような煩雑さをなくすために、観察試料を透過または散乱した電子線をアバランシェ撮像素子やＣＣＤ撮像素子で受光し、それらの撮像素子の任意の形状における電子線強度を検出することが提案されている（例えば特許文献１）。または、環状検出器を同心円状に複数個設けて、異なる散乱角度の電子線強度を同時に検出可能にして異なる材料が混在する観察試料の暗視野像の検出を容易にすることも提案されている（例えば特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２８５９４７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平６−１３９９８８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１に記載された電子顕微鏡では、アバランシェ撮像素子に対して信号検出用電子線を所望の領域に走査し、電磁レンズの調整を行うことなく明視野像や複数の材料に対する暗視野像を一度に検出可能にしているが、アバランシェ撮像素子の所望の領域を特定するために信号検出用電子線を走査するための構造を設ける必要があり、コストアップにつながる。また、特許文献１の電子顕微鏡では、ＣＣＤ撮像素子の任意の領域の画素の信号を集計することで、電磁レンズの調整を行うことなく明視野像や複数材料の暗視野像を一度に検出可能にしている。しかし、ＣＣＤ撮像素子では、全ての画素情報を取り込むための転送時間が必要であり、電子線の高速走査に対応させることが困難な場合がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載された電子顕微鏡では、複数の同心円状の環状検出器を設ける必要があり、コストアップにつながる。
【００１０】
更に、観察試料の結晶面の方位に依存して明視野像を形成する弾性散乱電子によるスポット像が円盤形から任意の方向に傾いた円盤形に変形して、暗視野像検出用の環状検出器にその弾性散乱電子が照射されることがある。また、観察試料が多結晶の場合も、同様に弾性散乱電子が暗視野像を検出する環状検出領域に照射されることがある。弾性散乱電子の数は、暗視野像を形成する非弾性散乱電子の数よりも桁違いに多いので、暗視野像にノイズとして含まれることになる。
【００１１】
かかるノイズを除去するために、従来、観察試料の方向を結晶面が光軸に垂直になるように調整して、弾性散乱電子が環状検出器に照射されないようにしていたが、調整が煩雑であると共に、観察試料の方向を撮像したい望ましい方向とは異なる方向に変更して撮像する必要があり、所望の暗視野像を検出することができないという課題を有していた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、任意の位置の散乱電子強度を高速に取り込むことができる走査型透過電子顕微鏡を提供することにある。
【００１３】
更に、本発明の目的は、弾性散乱電子の影響を少なくし非弾性散乱電子による暗視野像を高精度に検出することができる走査型透過電子顕微鏡を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、少なくとも顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、前記複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を並列に入力し、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度信号を集計し、前記試料内の異なる材料の暗視野像を生成する画像処理ユニットとを有することを特徴とする。
【００１５】
上記の第１の側面によれば、半径方向に分離された複数の電子線検出素子が設けられ、画像処理ユニットがそれら電子線検出素子からの変換電気信号を並列に入力して、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度の信号を集計するので、電子線を高速に走査しながら各位置での異なる材料の像を同時に撮像することができ、高速撮像を可能にする。
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明の第２の側面は、試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向と円周方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を入力し、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度信号を集計し、前記試料内の異なる材料の像を生成する画像処理ユニットとを有し、前記画像処理ユニットは、前記分離された環状領域内の円周方向に分離された一部の領域の電子線強度信号を除去または集計しないノイズ除去モードを有することを特徴とする。
【００１７】
上記の第２の側面によれば、半径方向と共に円周方向に分離された複数の電子線検出素子が設けられ、画像処理ユニットが半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度の信号を、環状領域内の円周方向に分離された一部の領域の電子線強度の信号を除去して、集計する。従って、試料の結晶面の方向に依存して拡がる弾性散乱電子の影響を抑制して、感度の高い暗視野像を検出することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、本発明の保護範囲は、以下の実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【００１９】
図２は、本実施の形態における走査透過型電子顕微鏡の構成図である。内部が真空雰囲気に保たれたコラム２０内に、走査電子線を生成する電界放射電子銃１と、放射された電子線を円錐状に収束する収束レンズ２と、観察試料５の任意の位置に収束電子線を偏向して走査する走査偏向コイル３と、対物レンズ４と、観察試料５を透過した非弾性散乱電子１２の散乱角度を制御する散乱角度制御レンズ６と、その非弾性散乱電子１２を検出して、その電子線強度に対応する電気信号を生成する被弾性散乱電子検出器（環状検出器）７とを有する。電界放射型電子銃１は、干渉性が高く高輝度の電子線を発生するので、電流密度が高く且つビームサイズが小さい電子線を得ることができる。また、非弾性散乱電子１２は、観察試料５内の材料の原子番号に依存して様々な角度で散乱するので、それら複数の材料に対応した散乱電子の強度を個別に検出する必要がある。例えば、原子番号が小さい（軽い）原子に対する非弾性散乱電子の散乱角度は小さく、原子番号が大きい（重い）原子に対する散乱角度は大きい。従って、原子番号が大きい材料に対する非弾性散乱電子は、光軸に対してより外側に拡がって散乱する。
【００２０】
図３は、本実施の形態における環状の電子線検出器の構成を示す図である。図３（ａ）が断面図、図３（ｂ）が平面図である。本実施の形態の環状の電子検出器７は、光軸の周りの環状領域に配置され、平面図に示されるとおり、半径方向に分離された複数の電子線検出素子２２−２５を有する。そして、各電子線検出素子により電子線強度（電子量）から変換された電気信号２２Ｄ−２５Ｄが、Ａ／Ｄ変換器２８を介して、並列に画像処理ユニット３０に入力される。
【００２１】
各電子線検出素子は、照射された電子を光子に変換するシンチレータ２２Ａ−２５Ａと、その変換された光子を増幅するフォトマルチプライア２２Ｂ−２５Ｂと、増幅された光子を電気信号に光電変換する半導体光電変換素子２２Ｃ−２５Ｃとを積み重ねた構造を有する。半導体光電変換素子は、例えばフォトダイオードなどである。図３の例では、半径方向に分離された４つの環状電子線検出素子が、そのシンチレータ２２Ａ−２５Ａの電子受光面が逆円錐状になるように形成されている。このように逆円錐状に形成することで、観察試料で非弾性散乱されて所定の散乱角度で進行する電子を効率的に受光することができ、高い分解能で且つ高い強度の電子線を受光することができる。
【００２２】
図４は、本実施の形態における画像処理ユニットの構成を示す図である。画像処理ユニットには、複数の電子線検出素子からの電子線強度に対応して変換された電気信号２２Ｄ−２５Ｄが、図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換され、そのデジタル画像信号が並列に入力される。この並列入力に対応して、画像処理ユニットは、複数の電子線検出素子に対応して、入力バッファ３２Ａ−３５Ａとバッファメモリ３２Ｂ−３５Ｂとを有する。入力バッファには、上記の電気信号２２Ｄ−２５Ｄに対応する画像信号が入力され、電子線の走査タイミングに同期したドットクロックＤＣＬＫに同期して、入力される電気信号２２Ｄ−２５Ｄをそれぞれサンプリングし、その電気信号の画像データがそれぞれのバッファメモリ３２Ｂ−３５Ｂに格納される。この構成により、観察試料に含まれる複数の材料の原子番号に対応した非弾性散乱電子の強度に対応する画像データが、各バッファメモリ３２Ｂ−３５Ｂに同時に格納される。その時、散乱角度制御用レンズ６の設定を変更することなく、同時に複数材料の暗視野像を取得することができる。
【００２３】
観察試料に対して収束電子を走査することで、観察試料に含まれる異なる材料に対応する画像信号（電子線強度信号）が、各バッファメモリに格納される。つまり、各バッファメモリには、異なる材料または材料の組合せに対応した暗視野像の画像信号が格納されることになる。
【００２４】
更に、画像処理ユニットは、各バッファメモリに格納された暗視野像を画像制御信号３７に応じて合成する画像合成回路３６と、合成した画像を格納する画像メモリ３８とを有する。画像制御信号３７は、４つのバッファメモリ内の画像データのうちいずれかを選択したり、複数の画像データを選択して合成することを指示する信号であり、オペレータにより入力される。そして、画像合成回路３６は、画像制御信号３７がいずれかの画像データを選択することを指示する場合は、その選択した画像データをバッファメモリ３２Ｂ−３５Ｂから画像メモリ３８に転送し、図示しないモニタ画面に表示させる。或いは、画像合成回路３６は、画像制御信号３７がいずれか複数の画像データを選択して合成することを指示する場合は、その選択した複数の画像データをバッファメモリから読み出し、指定された合成を行って、合成画像信号を画像メモリ３８に格納する。
【００２５】
図５は、一例としての観察試料の断面図である。この試料は、半導体デバイスの高密度配線のビアホールの部分であり、シリコン酸化膜４０内にタンタルのバリア層４２と銅の配線層４４とが形成されてビアホールが形成され、その上に銅の配線層４５が更に形成されている。配線層４４，４５はしばしば同じメッキ工程により形成される。そして、フォーカスイオンビームなどによりビアホールの領域が薄く加工された観察試料が、顕微鏡内に設置され、図中の走査領域４６に収束電子線が走査される。
【００２６】
図６は、図５の試料に対して得られた暗視野像の例を示す図である。図中、（１）は散乱角度が５０−１５０ｍｒａｄに対応する環状検出素子２５により検出された画像信号の暗視野像であり、（２）（３）、（４）はそれぞれ散乱角度が１５０−２５０ｍｒａｄ、２５０−３５０ｍｒａｄ、３５０−４５０ｍｒａｄに対応する環状検出素子２４、２３，２２により検出された画像信号の暗視野像である。この暗視野像の例からわかるとおり、（１）のように散乱角度が小さい検出素子による暗視野像は、原子番号が小さい銅の部分がより明るく、（２）（３）のように散乱角度が大きい検出素子による暗視野像は、原子番号がより大きいタンタルの部分がより明るくなっている。（４）の例は散乱角度が大きすぎて、銅とタンタルのいずれも像も検出されていない。また、（２）の例では、銅とタンタルいずれも明るくなっているが、（３）の例では、銅よりもタンタルのほうがより明るく検出されていて、配線層４４とバリア層４２との境界がより鮮明に表れている。
【００２７】
このように、異なる電子線検出素子からの画像信号を適宜選択することにより、所望の材料についての暗視野像を得ることができる。更に、複数の電子線検出素子からの画像信号を適宜選択して、加算、減算、所定の階調以上の信号のみを取り出すなどの合成処理を行うことで、複数の材料の暗視野像を合成することができる。ある電子線検出素子からの画像信号から別の電子線検出素子の画像信号を減算したり、または複数の電子線検出素子からの画像信号を加算したりすることで、所望の画像に合成することができる。
【００２８】
また、散乱角度制御レンズ６を適宜調整することで、異なる材料の境界を顕在化させた暗視野像を単一の電子線検出素子からの画像信号から取得することも可能である。この場合は、複数の電子線検出素子から最適のものを選択することで最適の画像を取得できる。
【００２９】
いずれにしても、画像処理ユニット３０が、複数の電子線検出素子からの変換された電子線強度信号を並列に入力して、それぞれの画像信号をバッファメモリに格納するようにしたので、それらのバッファメモリ内の画像信号を適宜選択、合成して、最適の暗視野像を取得することができる。その場合、従来のように各散乱角度毎に散乱角度調整レンズを調整する必要がない。また高速に変換電気信号を取得できるので、観察試料に対して収束電子を高速に走査することができ、撮像のスループットを向上させることができる。そして、電子線検出素子の電子線受光面を逆円錐状に配置することで、解像度及び感度の高い暗視野像を検出することができる。
【００３０】
図７は、本実施の形態における別の電子線検出器の構成を示す図である。図７（ｂ）は平面図であり、図７（ａ）は平面図のＸ−Ｘに沿った断面図である。この電子線検出器は、平面図に示されるとおり、シンチレータとフォトマルチプライヤと半導体光電変換素子とからなる電子線検出素子５２−５５，６２−６５を、光軸に対して半径方向と円周方向に分離して設けている。即ち、図７（ｂ）内の六角形状がそれぞれの電子線検出素子のシンチレータを示している。各電子線検出素子５２−５５，６２−６５は、図３の例と同様に、シンチレータ５２Ａ−５５Ａ，６２Ａ−６５Ａと、フォトマルチプライヤ５２Ｂ−５５Ｂ，６２Ｂ−６５Ｂと、半導体光電変換素子５２Ｃ−５５Ｃ，６２Ｃ−６５Ｃとを重ねて柱状に形成されている。
【００３１】
そして、各電子線検出素子からの変換電気信号は、それぞれ図示しないＡ／Ｄ変換回路を介して画像信号として画像処理ユニットに並列に入力される。画像処理ユニットは、図４と同様に、各電子線検出素子からの画像信号を対応するバッファメモリに格納し、画像合成回路により適宜合成する。
【００３２】
画像処理ユニット内の画像合成回路は、例えば、半径方向と円周方向に分離された電子線検出素子からの画像信号のうち、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれに属する電子線検出素子の画像信号を、個別に加算することで、図３の電子線検出器と同様に、散乱角度の異なる非弾性散乱電子の強度を検出することができ、図６のような暗視野像を同時に検出することができる。
【００３３】
更に、同じ環状領域内に属する複数の電子線検出素子のうち、一部の電子線検出素子の画像信号を上記加算信号から除去することにより、所定のノイズを抑制することができる。
【００３４】
また、複数の電子線検出素子からの画像信号のうち、任意の領域の検出素子からの画像信号を選択して加算、減算などの集計をすることで、任意の領域の電子量による像を検出することもできる。
【００３５】
図７（ａ）の断面図では、シンチレータ５２Ａ−５５Ａ、６２Ａ−６５Ａの表面が水平方向に並ぶように各電子線検出素子が配列されている。更に、図３の検出器のように、シンチレータの表面が、光軸に対して逆円錐状に配列されるようにすることもできる。そのように配置することで、各シンチレータに入射される電子の量を増やすことができ、感度を高くすることができる。
【００３６】
図８は、観察試料の結晶方位が傾いた場合の弾性散乱電子のスポット像を示す図である。図８（ａ）は、試料の結晶方位が光軸に対して垂直になっている場合のスポット像７０を示す。このように、試料の結晶方位が光軸に対して垂直になっていれば、収束された電子線のうち弾性散乱により光軸方向に散乱する電子は、光軸の近傍に重なり合ってディスク状（円盤状）に拡がる。つまり、ある結晶面に垂直に収束電子線を照射すると、ディスク状に拡がったスポット像７０が生成される。従って、明視野像を形成するスポット像７０は、環状の電子線検出器７には照射されない。弾性散乱電子の量は、非弾性散乱電子に比べると遙かに多いが、図８（ａ）の例では、弾性散乱電子は電子線検出器７には照射されないので、弾性散乱電子によるノイズは発生しない。
【００３７】
一方、図８（ｂ）（ｃ）は、試料の結晶方位が光軸に対して傾いている場合のスポット像７２，７４を示す。試料が単結晶であっても光軸に対してその結晶方位が傾いていたり、試料が多結晶の場合は、結晶面方位が収束電子に対して傾いてしまい、試料内でエバルト球を切った状態で励起が起こり、図８（ｂ）（ｃ）に示されるように、弾性散乱電子によるディスク状のスポット像は、縦方向または斜め方向に長くなってしまう。このため、弾性散乱電子の一部が環状の電子線検出器７にも照射されてしまう。この場合、弾性散乱電子の量は、非弾性散乱電子に比べると遙かに多いので、弾性散乱電子の一部でも検出器７に照射されると、大きなノイズが発生することになる。つまり、検出器７の円周方向の一部の領域８０，８２から高い強度の電子線が検出され、それ以外の領域の非弾性散乱電子による信号がうち消されてしまう。
【００３８】
図９は、本実施の形態の電子線検出器を利用して得られた暗視野像の例を示す図である。この例は、ある環状領域に属する複数の電子線検出素子からの画像信号を加算して得られたものとする。図９（ａ）の暗視野像では、明るい領域９０と暗い領域９２とによりある像が形成されているが、明るい領域９０内の一部の領域９４が極めて明るくなっている。この極めて明るい領域９４は、弾性散乱電子によるノイズである。つまり、観察試料の一部の領域９４で、その結晶面方位が光軸に対して傾いており、このようなノイズが発生するのである。
【００３９】
一方、図９（ｂ）は、ある環状領域に属する複数の電子線検出素子からの画像信号のうち、円周方向の一部の領域の電子線検出素子からの画像信号をカットした場合の像である。円周方向に並べられた各電子線検出素子からの画像信号（電子線強度信号）をチェックし、極めて高い輝度（階調）を有する画像信号を出力している電子線検出素子の領域を検出し、その領域の画像信号を除去することで、図９（ｂ）に示されるとおり、極めて明るい画像９４を除去することができる。つまり、弾性散乱電子によるノイズを除去して、非弾性散乱電子のみによる暗視野像を検出することができる。
【００４０】
上記のような画像処理は、画像合成回路３６に供給される画像制御信号３７によりノイズ除去モードを指示することで、画像合成回路３６にて行われる。即ち、検出されている画像信号の輝度（階調）を円周方向に走査して、他の領域よりも高い輝度を有する画像信号を加算処理から除去することで、ノイズ除去処理を行うことができる。非弾性散乱電子は、環状領域にほぼ均一に散乱するので、円周方向の一部の領域の高い輝度を有する画像信号は、弾性散乱電子によるノイズであるとみなすことができるからである。
【００４１】
このように、図７に示した電子線検出器のように、光軸に対して半径方向に加えて円周方向についても分離して複数の電子線検出素子を設けることで、明視野像を形成する弾性散乱電子によるノイズを除去することができる。そのため、多結晶の観察試料に対してノイズカットされた暗視野像を検出することができる。更に、観察試料の観察領域の方向が結晶面方位と一致していなくても、ノイズカットされた画質のよい暗視野像を検出することができ、所望の観察領域の像を検出することができる。つまり、従来のように結晶面方位が光軸に垂直になるように観察試料の方向を調節する工程が不要になる。
【００４２】
以上、実施の形態例をまとめると以下の付記の通りである。
【００４３】
（付記１）試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、
少なくとも顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、
前記複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を並列に入力し、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度信号を集計し、前記試料内の異なる材料の暗視野像を生成する画像処理ユニットとを有することを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００４４】
（付記２）付記１において、
前記電子線検出素子は、電子を光子に変換するシンチレータと、変換された光子を電気信号に変換する光電変換素子とを有し、光電変換素子により生成される電気信号が前記電子線強度信号として出力されることを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００４５】
（付記３）付記１において、
前記電子線検出素子は、電子を光子に変換するシンチレータと、変換された光子を電気信号に変換する光電変換素子とを有し、光電変換素子により生成される電気信号が前記電子線強度信号として出力され、
前記複数の電子線検出素子のシンチレータ表面が、前記光軸に対して逆円錐状に配置されることを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００４６】
（付記４）付記１において、
更に、前記試料と電子検出器との間に設けられ、前記弾性散乱した電子の散乱角度を変更可能にする散乱角度制御レンズを有することを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００４７】
（付記５）試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、
顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向と円周方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、
複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を入力し、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度信号を集計し、前記試料内の異なる材料の像を生成する画像処理ユニットとを有し、
前記画像処理ユニットは、前記分離された環状領域内の円周方向に分離された一部の領域の電子線強度信号を除去または集計しないノイズ除去モードを有することを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００４８】
（付記６）付記５において、
前記電子線検出素子は、電子を光子に変換するシンチレータと、変換された光子を電気信号に変換する光電変換素子とを有し、光電変換素子により生成される電気信号が前記電子線強度信号として出力され、
前記複数の電子線検出素子のシンチレータ表面が、前記光軸に対して逆円錐状に配置されることを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００４９】
（付記７）付記５において、
前記複数の電子線検出素子からの電子線強度信号が並列に前記画像処理ユニットに入力されることを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００５０】
（付記８）付記５において、
前記画像処理ユニットは、前記ノイズ除去モードにおいて、前記分離された環状領域内の円周方向に分離された複数の領域の電子線強度信号のうち、他の領域に比較してより高い電子線強度信号を有する一部の領域を検出し、当該検出された一部の領域の電子線強度信号を除去または集計しないことを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００５１】
（付記９）試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、
顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向と円周方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、
複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を入力し、半径方向に分離された複数の環状領域それぞれの電子線強度信号を集計し、前記試料内の異なる材料の像を生成する画像処理ユニットとを有することを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００５２】
（付記１０）付記９において、
前記画像処理ユニットは、前記分離された環状領域内の円周方向に分離された複数の領域の電子線強度信号のうち、他の領域に比較してより高い電子線強度信号を有する一部の領域の電子線強度信号を除去または集計しないことを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００５３】
（付記１１）試料に電子線を走査し、当該試料により非弾性散乱した電子の強度を検出して暗視野像を検出する走査型透過電子顕微鏡において、
顕微鏡の光軸の周りの環状領域に配置され、半径方向と円周方向に分離された複数の電子線検出素子を有する電子検出器と、
複数の電子線検出素子からの電子線強度信号を入力し、所定の領域に属する複数の電子線検出素子それぞれの電子線強度信号を集計して像を生成する画像処理ユニットとを有することを特徴とする走査型透過電子顕微鏡。
【００５４】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、暗視野像の検出のスループットを向上させて走査型透過電子顕微鏡を提供し、また、ノイズが抑制された高画質の暗視野像の検出を可能にした走査型透過電子顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】走査透過型電子顕微鏡の原理図である。
【図２】本実施の形態における走査透過型電子顕微鏡の構成図である。
【図３】本実施の形態における環状の電子線検出器の構成を示す図である。
【図４】本実施の形態における画像処理ユニットの構成を示す図である。
【図５】一例としての観察試料の断面図である。
【図６】図５の試料に対して得られた暗視野像の例を示す図である。
【図７】本実施の形態における別の電子線検出器の構成を示す図である。
【図８】試料の結晶方位が傾いた場合の弾性散乱電子のスポット像を示す図である。
【図９】本実施の形態の電子線検出器を利用して得られた暗視野像の例を示す図である。
【符号の説明】
７：電子線検出器
２２−２５、５２−５５、６２−６５：電子線検出素子
３０：画像処理ユニット
【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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