(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと、
照射電子線を傾斜する偏向コイルと、
試料透過像を撮像する撮像手段と、
試料の支持膜に焦点が合うように前記対物レンズを設定した状態で前記撮像手段により前記支持膜と当該支持膜上に配置された試料を含む領域を撮像した第１の試料透過像と、その後、前記対物レンズの設定を維持したまま前記偏向コイルによって照射電子線を傾斜させた状態で、前記領域を前記撮像手段により撮像した第２の試料透過像との間における前記試料の移動量を求める手段と、
前記試料の移動量と前記照射電子線の傾斜角より前記試料の高さを計算する手段と
を備えることを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項２】
対物レンズと、
光軸に対して試料を傾斜する試料傾斜機構と、
試料透過像を撮像する撮像手段と、
試料の支持膜に焦点が合うように前記対物レンズを設定した状態で前記撮像手段により前記支持膜と当該支持膜上に配置された試料を含む領域を撮像した第１の試料透過像と、その後、前記対物レンズの設定を維持したまま前記試料傾斜機構により試料を傾斜させた状態で、前記領域を前記撮像手段により撮像した第２の試料透過像との間における前記試料の移動量を求める手段と、
前記試料の移動量と試料の傾斜角より前記試料の高さを計算する手段と
を備えることを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１又は２記載の透過型電子顕微鏡において、前記２つの試料透過像間の移動量は、前記２つの試料透過像を各々フーリエ変換した画像より得られる位相相関のピーク位置に基づいて求めることを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１又は２記載の透過型電子顕微鏡において、前記２つの試料透過像間の移動量は、前記２つの試料透過像を各々フーリエ変換し、フーリエ変換後の位相成分のデータを差し引きして得た合成位相画像を逆フーリエ変換して求めた相関強度画像のピーク位置から求めることを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の透過型電子顕微鏡において、試料の高さを表示する機能を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項記載の透過型電子顕微鏡において、試料の高さ毎に画像の色を変えて表示する機能を有することを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項記載の透過型電子顕微鏡において、試料の高さを入力する手段と、入力した試料の高さでの画像を表示する手段とを備えることを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１項記載の透過型電子顕微鏡において、試料の高さを入力する手段と、入力した試料の高さに対物レンズの焦点を合わせる手段とを備えることを特徴とする透過型電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型電子顕微鏡に関し、特に試料の高さの測長及び画像表示機能を有する透過型電子顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過型電子顕微鏡は、試料の内部を透過した電子線を結像させて２次元画像を形成するもので、試料の内部構造を観察するのに利用される。また、透過波と回折波を用いて格子像を観察するのにも利用される。従来の透過型電子顕微鏡は２次元画像を用いて観察記録を行うため、高さ方向の情報は欠如していた。また高さが異なる試料の高さの分布は、ある程度は等厚干渉縞で知ることはできるが定量的な測定はできなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
透過型電子顕微鏡像では試料の高さ方向（光軸方向）の測長は出来なかった。これは透過型電子顕微鏡像は２次元画像であるため、濃淡の違いはあっても高さ方向の情報は得られないためである。
本発明は、このような透過型電子顕微鏡の現状に鑑み、透過型電子顕微鏡における観察像を用いて試料の高さ方向の測長を行い、試料の高さ位置情報を含む画像表示あるいは所望の試料高さ位置における画像表示を行うことのできる透過型電子顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一例の透過型電子顕微鏡は、照射電子線を偏向するコイルと、対物レンズと、対物レンズの励磁電源及びその制御部と、透過像を撮影・記録するカメラ機構と、異なった電子線の傾斜角における夫々の画像より透過像の移動量又は透過像の一部の像の移動量を計算する手段と、計算された移動量より試料の高さを計算する手段と、試料位置毎の画像を抽出する手段とを備える。
【０００５】
図２に示す試料断面図を用いて、上記した構成を有する透過型電子顕微鏡の動作を説明する。照射電子線を傾斜角ゼロで試料に照射し、試料の支持膜４７に対物レンズの焦点が合っている透過像をＭ×Ｎの画素数で記憶装置にf1(m,n)として記録する。次に、照射電子線を傾斜角αで試料に照射した透過像をＭ×Ｎの画素数で記憶装置にf2(m,n)として記録する。但し、どちらも自然画像とし、ｍ＝０，１，２，…，Ｍ−１；ｎ＝０，１，２，…，Ｎ−１である。
【０００６】
透過像f1(m,n)，f2(m,n)の離散フーリエ画像F1(m,n)，F2(m,n)はそれぞれ次の〔数１〕、〔数２〕で定義される。ここで、ｕ＝０，１，２，…，Ｍ−１；ｖ＝０，１，２，…，Ｎ−１であり、A(u,v)，B(u,v)は振幅スペクトル、θ(u,v)，φ(u,v)は位相スペクトルである。
【０００７】
【数１】
0004275786.tif 000002
【０００８】
【数２】
0004275786.tif 000003
位相相関では、２つの画像間で像の平行移動があった場合には相関のピークの位置が移動量だけずれる。以下に移動量の導出方法を説明する。まず、原画像f2(m,n)がｍ方向にｒ′だけ移動したとして、f4(m,n)＝f2(m+r',n)とする。前記〔数２〕を〔数３〕のように変形する。
【０００９】
【数３】
0004275786.tif 000004
振幅スペクトルB(u,v)を定数とすることにより、画像のコントラストに依存しない位相画像となる。f4の位相画像F'4 (u,v)は、次の〔数４〕となる。
【００１０】
【数４】
0004275786.tif 000005
位相画像F'1(u,v)にF'2(u,v)の複素共役を乗ずることによって、次の〔数５〕で表される合成画像H14(u,v)が得られる。
【００１１】
【数５】
0004275786.tif 000006
相関強度画像G14(r,s)は、合成画像H14(u,v)を逆フーリエ変換することによって次の〔数６〕となる。
【００１２】
【数６】
0004275786.tif 000007
【００１３】
上記〔数６〕より、２つの画像間でｍ方向に位置ずれ量ｒ′が存在する場合、相関強度画像のピークの位置は−ｒ′だけずれる。例えば、図３に示すように、２つの画像６１，６２間でｍ方向に２pixelのずれがあると、合成位相画像６３は２周期の波になる。これを逆フーリエ変換すると相関強度画像６４となり、中心から２pixelずれた位置にピーク６５が発生する。図２に断面を示すような試料では、支持膜４７に焦点が合っていれば、高さ方向に試料位置ずれのない試料は、照射電子線を傾斜したときの透過像と傾斜してないときの透過像で相関計算した場合、相関強度画像の中心にピークが発生する。
【００１４】
次に、高さ方向にΔｚの試料位置ずれがある試料は、相関強度画像の中心よりΔG(pixel)の位置にピークが発生する。このΔG(pixel)は検出器の受光面での移動量に相当し、ΔGを試料面上の移動量Δｘに変換する。検出器の受光面の径Ｌ、受光面上での透過型電子顕微鏡の倍率Ｍ、検出器の受光面の画素数ＬｍとするとΔｘは、次の〔数７〕で計算される。
【００１５】
【数７】
0004275786.tif 000008
Δｘは、２つ画像間の試料面上での移動量となる。但し、これには球面収差による像の移動量δが入っており、試料の高さに起因して生じる移動量は、Δｘからδを引いたものである。試料面上でのδは、球面収差Ｃｓと偏向角αにより次の〔数８〕のように表される。
【００１６】
【数８】
0004275786.tif 000009
以上より、試料の高さに起因して生ずる像の移動量ΔXｔは〔数９〕で表される。
【００１７】
【数９】
0004275786.tif 000010
ここで、像の移動量ΔXtと試料の高さ位置Δｚの間には、次の〔数１０〕の関係がある。この関係を用いることにより、像の移動量ΔXtから試料の高さΔｚを計算することができる。
【００１８】
【数１０】
0004275786.tif 000011
【００１９】
次に、試料の高さΔｚの位置に焦点を合わす場合には、Δｚをデフォーカス量として対物電流補正値ΔＩを計算する。ΔｚとΔＩの間には、Cを定数として次の〔数１１〕の関係がある。従って、〔数１１〕の関係で求まる対物電流補正値ΔＩを対物電流値に加算することで、試料の高さ位置Δｚに焦点を合わせることができる。
【００２０】
【数１１】
0004275786.tif 000012
同様に試料の支持膜に焦点を合わすときは、支持膜のみの画像領域を切り取り、上記方法を用いてΔｚを計算し、補正する対物電流値ΔＩ算出して焦点を合わすこともできる。
【００２１】
すなわち、本発明による透過型電子顕微鏡は、照射電子線を傾斜する偏向コイルと、試料透過像を撮像する撮像手段と、異なる電子線傾斜角における２つの試料透過像の間の移動量を求める手段と、前記移動量より試料の高さを計算する手段とを備えることを特徴とする。ここで２つの試料透過像の間の移動量を求めるにあたって、試料透過像の一部分の移動量を求めてもよい。その場合には、移動量を求めた試料の一部分の高さが計算される。
【００２２】
本発明による透過型電子顕微鏡は、また、光軸に対して試料を傾斜する機構と、試料透過像を撮像する撮像手段と、異なる試料傾斜角における２つの試料透過像の間の移動量を求める手段と、前記移動量より試料の高さを計算する手段とを備えることを特徴とする。
２つの試料透過像間の移動量は、２つの試料透過像を各々フーリエ変換した画像より得られる位相相関のピーク位置に基づいて求める。また、２つの試料透過像間の移動量は、２つの試料透過像を各々フーリエ変換し、フーリエ変換後の位相成分のデータを差し引きして得た合成位相画像を逆フーリエ変換して求めた相関強度画像のピーク位置から求めることができる。
【００２３】
本発明による透過型電子顕微鏡は、試料の高さを、数字や色によって表示する機能を有することができる。また、試料の高さ毎に画像の色を変えて表示する機能を有することができる。
本発明による透過型電子顕微鏡は、また、試料の高さを入力する手段と、入力した試料の高さでの画像を表示する手段とを備えることができる。あるいは、試料の高さを入力する手段と、入力した試料の高さに対物レンズの焦点を合わせる手段とを備えることができる。
【００２４】
【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を説明する。
図１は、本発明による透過型電子顕微鏡の一例の概略機能ブロック図である。なお、偏向コイルの段数は問わないが、ここでは一般的な２段の偏向コイルを用いた場合について述べる。
【００２５】
電子銃１から放出されて加速された電子線は第１照射レンズ２及び第２照射レンズ３によって集束され、第１偏向コイル４及び第２偏向コイル５で偏向され、試料機構４５に保持された試料に照射され、対物レンズ６で結像される。試料を透過した電子線は、第１中間レンズ７及び第２中間レンズ８によって拡大された後、第１投射レンズ９及び第２投射レンズ１０で更に拡大されてシンチレータ３３上に試料の透過像が形成される。シンチレータ３３で光像に変換された試料の透過電子像は、ＴＶカメラ（撮像装置）１１によって撮像される。ＴＶカメラ１１からの映像信号はＴＶカメラ制御部４３、画像取り込みインターフェース４４を介してマイクロプロセッサ３０に取り込まれ、処理された後、ＣＲＴコントローラ３４で制御されるＣＲＴ３５に表示される。マイクロプロセッサ３０は、ＤＡＣ２１〜２９を介して、電子顕微鏡の各レンズ２〜１０に給電する励磁電源１２〜２０を制御する。また、マイクロプロセッサ３０には、バスを介してハードディスク等の記憶装置３１、演算装置３２、倍率切替用ロータリーエンコーダ３９、入力用ロータリーエンコーダ４０、キーボード３８、ＲＡＭ４１、ＲＯＭ４２等が接続されている。ロータリーエンコーダ３９，４０はＩ／Ｆを介してバスに接続されている。
【００２６】
次に、図４のフローチャートを参照して、図１に示した透過型電子顕微鏡を用いて試料の高さ情報を獲得する方法の一例、及びその高さ位置に対物レンズの焦点を合わせる方法の一例について説明する。
まず、ステップ１１においては、倍率Ｍを入力するため、倍率切替用ロータリーエンコーダ３９を回して発生したパルス波をＩ／Ｆ３６に入力してデジタル信号に変換する。マイクロプロセッサ３０は、Ｉ／Ｆ３６から入力されたデジタル信号を、ＲＯＭ４２に予め設定されている倍率表示データを参照して該当する倍率をＣＲＴコントローラ３４を用いてＣＲＴ３５上に表示させる。同時に、ＲＯＭ４２に予め記憶している第１照射レンズ２、第２照射レンズ３、対物レンズ６、第１中間レンズ７、第２中間レンズ８、第１投射レンズ９、第２投射レンズ１０のレンズデータを各ＤＡＣ２１，２２，２５〜２９に出力してレンズ系のデータをアナログ信号に変換する。各ＤＡＣ２１，２２，２５〜２９は励磁電源１２，１３，１６〜２０にアナログ信号を出力して、各レンズ系２，３，６〜１０のレンズコイルに電流を出力させる。
【００２７】
次のステップ１２においては、ＴＶカメラ制御部４３を用いてシンチレータ３３に投射された透過電子像をＴＶカメラ１１で取込み、画像取込みインターフェース４４より記憶装置３１に拡大像を透過像１として名前を付けて記憶させる。次に、ＣＲＴコントローラ３４に画像データを出力してＣＲＴ３５上に画像表示を行う。
【００２８】
次に、ステップ１３に進み、図５に示すように、ＣＲＴ３５に表示された画像上で試料の支持膜４７にあたる領域４８を指定する。この領域４８は任意の位置でかつ任意の画素でかまわないが、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で計算を行うため、一般的な画素数である６４×６４、１２８×１２８、２５６×２５６画素が選択できるようにするのが好ましい。ここでは、支持膜４７のみ領域指定するため６４×６４の画素数を設定する。
【００２９】
図６は、対物レンズの焦点が試料面にあっている場合と合っていない場合のレイダイヤグラムを示したものである。図６（ａ）は対物レンズ６の焦点が試料面５５に合っている場合を表し、この場合には、照射電子線５２を傾斜角ゼロで試料に照射したときと、照射角αで試料に照射したときとで、対物レンズ５０によって像面５１で観察される試料の透過電子線像は移動しない。しかし、対物レンズ６の焦点が試料面５５に合っていない場合には、図６（ｂ）に示すように、試料の透過電子線像は像面５１から離れた仮想像面５３に結像することになるため、試料に照射する電子線５２を傾斜角ゼロの状態から傾斜角αに傾斜すると、像面５１で観察される試料の透過電子線像はΔXtだけ移動する。この像の移動量ΔXtを測定すると、焦点位置５４からのデフォーカス量Δｆを計算することができる。
【００３０】
すなわち、図１の例に即して言うと、対物レンズの焦点が支持膜４７に合っていない場合、試料に照射する電子線の傾斜を行うとＴＶカメラ１１で撮像される試料の透過電子線像は移動する。そして、像の移動量からデフォーカス量Δｆが計算できる。従って、このデフォーカス量Δｆを対物レンズの補正電流値ΔＩに変換し、対物レンズの電流値に補正を加えることにより正焦点とすることができる。
【００３１】
そこで、図４のステップ１４においては、図７に示すように、２段の偏向コイル４，５により電子線を傾斜して偏向角αとなる偏向データを、ＲＯＭ４２からＤＡＣ２３，２４に出力して偏向コイルデータをアナログ信号に変換する。ＤＡＣ２３，２４より励磁電源１４，１５にアナログ信号を出力して偏向コイル４，５に電流を出力させることで、傾斜角αで試料に電子線を照射する。このときの試料透過電子線像をＴＶカメラ制御部４３を用いてＴＶカメラ１１から取り込み、画像取込みインターフェース４４からＲＡＭ４１に透過像２として一時的に記憶させる。
【００３２】
ステップ１５においては、演算装置３２で透過像１と透過像２の像移動量を計算する。移動量がゼロでない場合には、ステップ１６からステップ１７に進み、移動量よりデフォーカス量を計算し、それを正焦点に必要な対物レンズの補正電流値ΔＩに変換する。続くステップ１８において、補正電流値ΔＩをＤＡＣ２５に出力してレンズデータをアナログ信号に変換する。ＤＡＣ２５より励磁電源１６にアナログ信号を出力して対物レンズ６のレンズコイルに電流を出力させる。次に、ステップ１４に戻って、再度、電子線を傾斜した透過像をＲＡＭ４２に透過像２として記憶する。ステップ１５で透過像１と透過像２の移動量を計算し、移動量が０とならない場合は、再びステップ１６からステップ１８の処理を行って対物レンズの電流補正を行い、正焦点となるように制御した後、ステップ１９に進み、支持膜に焦点を合わせた透過像をＴＶカメラ１１で取り込み、透過像３として記憶装置３１に記憶する。
【００３３】
図８は、対物レンズの焦点が試料面に合っている場合に、試料面とその上方の試料位置を結像する電子線のレイダイヤグラムを示したものである。図８（ａ）は試料面５５の結像状態を表し、図８（ｂ）は試料面５５の上方の試料位置Δｚの結像状態を表す。
図８（ａ）の場合には、前述のように、照射電子線５２を傾斜角ゼロで試料に照射したときと、照射角αで試料に照射したときとで、像面５１で観察される像に移動は生じない。しかし、図８（ｂ）に示すように、試料面５５の上方の試料位置Δｚは、対物レンズ５０によって観察像面５１とは異なる仮想像面５３に結像されることになるため、試料に照射する電子線５２を傾斜角ゼロの状態から傾斜角αに傾斜すると、像面５１で観察される試料の透過電子線像はΔXtだけ移動する。この像の移動量ΔXtを測定すると、前記〔数１０〕により試料の高さ位置Δｚを計算することができる。
【００３４】
本発明では、図８（ｂ）に図示した関係を利用して試料４６の高さを測定する。そのために、ステップ２０において、ＣＲＴ３５に表示された透過像３の中で試料４６に相関する領域を、図５に示すように領域４９のように設定する。このとき試料４６を指定するための画素数は２５６×２５６に設定する。この画素領域より試料が大きい場合は倍率を下げる。倍率を変える際には、ロータリーエンコーダ３９あるいはキーボード３８を用いて倍率入力を行い、再度支持膜４７の焦点合わせを行う。
【００３５】
次に、ステップ２１に進み、偏向コイル４，５を制御して試料４６に照射する電子線を角度αだけ傾斜させ、そのときの試料透過電子線像（図９参照）を透過像４としてＲＡＭ４２に記憶させる。次のステップ２２では、演算装置３２で透過像３と透過像４の像移動量を計算し、続くステップ２３において移動量より試料の高さ位置Δｚを計算する。この計算結果をＣＲＴコントローラ３４に出力して、ＣＲＴ３５の表示画面内に高さ位置Δｚを数値表示することもできる。
【００３６】
次のステップ２４においては、試料位置Δｚ（この例の場合は、試料４６の上面）に焦点を合わせるために、先に求められた高さ位置Δｚをデフォーカス量として対物レンズ電流の補正値ΔＩを計算する。そして、その補正電流値ΔＩをＤＡＣ２５に出力して、レンズデータをアナログ信号に変換する。アナログ信号に変換されたレンズデータはＤＡＣ２５より励磁電源１６に出力され、対物レンズ６のレンズコイルに流す電流を変化させて試料の高さ位置Δｚに焦点を合わせる。こうして、試料の高さ位置Δｚに焦点が合った試料像をＴＶカメラ１１で撮像し、ＣＲＴ３５に表示することができる。
【００３７】
次に、図１０のフローチャートを参照して、試料に照射する電子線を傾斜させる前後で撮像した２枚の試料透過像をフーリエ変換した画像の位相相関強度をもとに、試料の高さ情報を取得する方法の一例について説明する。ここでは、図１１に示すように複数（図示した例の場合は３つ）の異なる高さ位置７１，７２，７３を有する試料７０の透過像を処理して、高さ情報を含む試料画像を表示する方法を例にとって説明する。
【００３８】
まず、ステップ３１で倍率Ｍを入力し、前述のように透過型電子顕微鏡の各レンズ系２，３，６〜１０のレンズコイルに流す電流をその倍率にあったように設定する。その後のステップ３２〜ステップ３８の処理では、支持膜４７に焦点が合うように対物レンズの電流値を設定する。
そのために、ステップ３２において、ＴＶカメラ制御部４３を用いてシンチレータ３３に投射された試料の透過電子像をＴＶカメラ１１で取込み、画像取込みインターフェース４４より記憶装置３１に拡大像を透過像１として名前を付けて記憶させるとともに、ＣＲＴ３５上に画像表示を行う。次のステップ３３では、図５で説明したのと同様にして、ＣＲＴ３５に表示された画像上で試料の支持膜４７にあたる領域４８を指定する。次にステップ３４において、偏向コイル４，５より偏向角αとなるように照射電子線を傾斜させ、このときの試料透過電子線像をＲＡＭ４１に透過像２として一時的に記憶させる。
【００３９】
次のステップ３５では、透過像１をフーリエ変換したフーリエ画像の位相画像に、透過像２をフーリエ変換したフーリエ画像の位相画像の複素共役を乗じて得られる合成位相画像を逆フーリエ変換して、２つの位相画像の相関強度を計算する。ステップ３６では、相関強度画像のピークが相関強度画像の中心にあるかどうかを判定する。対物レンズ６の焦点が支持膜４７に合っていれば、ピークは相関強度画像の中心に現れ、合っていなければ相関強度画像の中心から外れた位置にピークが現れる。ピークが相関強度画像の中心にない場合には、ステップ３７に進み、ピークの中心からのずれ量に基づいてデフォーカス量を計算し、それを対物レンズ６の補正電流値に変換する。次に、ステップ３８で補正電流値をレンズ制御部に出力して対物レンズのコイル電流値を変化させ、ステップ３４に戻る。
【００４０】
こうして対物レンズ６の焦点を支持膜４７に合わせたのちステップ３９に進み、試料を照射する電子線の照射角度をゼロに戻した状態で支持膜４７に焦点が合った状態で試料の透過電子像を取り込み、透過像３として記憶する。次に、ステップ４０において試料の領域指定を行う。試料の領域指定は、ＣＲＴ３５に表示された透過像３の中で試料４６に相関する領域を、図５で説明したのと同様にして指定する。このとき試料像の全体を指定してもよいし、試料像の中で関心のある部分のみを指定してもよい。次のステップ４１では、偏向コイル４，５を用いて電子線を傾斜角αだけ傾斜させ、ＴＶカメラ１１で撮像された試料の電子線透過像をＲＡＭ４１に透過像４として記憶させる。
【００４１】
次のステップ４２では、図１２に示すように、演算装置３２で透過像３（８１）と透過像４（８２）を各々フーリエ変換し、フーリエ変換後の位相成分のデータを差し引きして合成位相画像８３を得、その合成位相画像８３を逆フーリエ変換することで相関強度画像８４を発生する。この相関強度画像８４は、必要ならＣＲＴコントローラ２７に出力してＣＲＴ３５上に画像表示する。この時、図１２に示すように、高さが異なる位置を有する試料７０は、試料に照射する電子線を傾斜させた透過像４（８２）における像移動量が試料の高さ位置毎に異なるため、相関強度画像８４には各移動量に対応するＡ，Ｂ，Ｃの３つのピークが生じる。
【００４２】
次のステップ４３においては、相関強度画像８４に発生したピークを分離し、各ピークに対応する画像を得る。この処理は、図１３に模式的に示すようにして行われる。まず、相関強度画像８４に現れたＡ，Ｂ，ＣのピークのうちＢ，Ｃのピークをマスクしてフーリエ変換して振幅成分を加算して逆フーリエ変換を行うと、ピークＡに相当する距離だけ移動した画像８６ａが計算できる。同様に、相関強度画像８４に発生したピークＢに相当する画像８６ｂ、ピークＣに相当する画像８６ｃを得る。
【００４３】
そして、次のステップ４４では、ピークＡ，Ｂ，Ｃに相当する画像にそれぞれ異なる色を割り当て、異なる色で着色された複数の部分画像８６ａ，８６ｂ，８６ｃを図１４に示すように重ね合わせる。重ね合わせた画像８７は、図１５に示すように、試料位置の高さの表示８８とともにＣＲＴ３５に表示される。このように、相関強度画像８４に現れたピークＡ，Ｂ，Ｃに各々対応する画像をグラフィック表示により表示色を変えて量ねて表示することにより、試料の高さ位置分布が分かる画像表示ができる。この試料位置毎の画像をＣＲＴ３５上に画像表示を行ったり記憶装置３１に画像の記憶を行うこともできる。
【００４４】
図１５の表示例では、試料の高さが３段階で色の種類もわずかに３種類であるため、全ての表示色と高さの数値とを一対一に対応づけて表示したが、表示色と高さの対応関係の表示は、例えば図１６に示すように、表示色の色調あるいは濃淡を小さなステップで連続的に変化させて表示色例として表示し、その横に代表的な高さのみを対応させて示すような表示８９であってもよい。
【００４５】
図１７は、相関強度画像８４の各ピークＡ，Ｂ，Ｃを分離して得られた画像８６ａ，８６ｂ，８６ｃを重ね合わせずに、別々に表示する表示例を示す。この場合にも、同時に各画像８６ａ，８６ｂ，８６ｃの高さ位置を数値表示する表示部９０を設けるのが望ましい。このような表示法によると、固有の高さを有する試料の判別が行え、更に観察視野における分布を容易に知ることができる。
【００４６】
また、本発明の透過電子顕微鏡によると、最初に試料支持膜４７に対物レンズ６の焦点を合わせておき、その後ロータリーエンコーダ４０やキーボード３８から試料の高さの入力を行うことで、その高さを対物レンズの補正電流値に変換し、対物レンズの電流値に補正を加えることにより、所望の試料高さ位置に正確に焦点を合わせることができる。そのとき得られた透過像を表示することで、入力した試料高さ位置における試料の画像が表示される。
【００４７】
ここでは、偏向コイル４，５を用いて試料に照射される電子線を傾斜させ、そのとき像面で移動する試料透過電子線像の移動量を測定して高さ方向の試料位置Δｚを測長した。しかし、電子顕微鏡に備わっている試料傾斜機構４５を用いて試料を光軸に対して角度αだけ傾斜させたときの像移動量を測定しても同様に高さ方向の測長を行うことができる。この場合には、球面収差による像移動量δを考慮する必要はない。
【００４８】
対物レンズの焦点を試料支持膜に合わせた状態で、試料を角度αだけ傾斜させたときに電子顕微鏡の像面で観察される試料像がΔｘだけ移動したとすると、その移動した試料像の試料支持膜からの高さΔｚは、次の〔数１２〕で計算される。
【００４９】
【数１２】
0004275786.tif 000013
【００５０】
以上説明したように、本発明の透過型電子顕微鏡を用いることで、次に挙げるような機能を実現することができる。
（１）試料位置毎の高さ（光軸方向）を測定することができる。
（２）試料の異なる高さ（光軸方向）毎の画像を抽出することができる。
（３）所定の試料位置の高さ（光軸方向）で焦点合わせができる。
（４）試料の高さ（光軸方向）分布のグラフィック表示が行える。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によると、電子顕微鏡の光軸方向の測長、試料位置毎の画像の抽出、所定の試料位置での焦点合わせが可能となり、透過型電子顕微鏡における観察性・操作性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による透過型電子顕微鏡の一例の概略機能ブロック図。
【図２】試料の断面模式図。
【図３】画像相関の例を示す説明図。
【図４】透過型電子顕微鏡を用いて試料の高さ情報を獲得する方法の一例を説明するフローチャート
【図５】照射電子線を傾斜しない時の試料透過電子線像の模式図。
【図６】透過型電子顕微鏡のレイダイアグラムを示す図。
【図７】２段の偏向コイルによって電子線を傾斜する方法の説明図。
【図８】透過型電子顕微鏡のレイダイアグラムを示す図。
【図９】試料に照射する電子線を傾斜した時の試料透過電子線像の模式図。
【図１０】２枚の試料透過像の位相相関強度をもとに試料の高さ情報を取得する方法の一例を説明するフローチャート。
【図１１】複数の高さ位置を有する試料の断面模式図。
【図１２】画像相関の例を示す説明図。
【図１３】相関強度画像のピーク毎に画像を抽出する方法の説明図。
【図１４】異なる高さ位置毎の透過像を重ね合わせて表示する方法の説明図。
【図１５】本発明による試料透過画像の表示例を示す図。
【図１６】表示色と高さの対応関係の表示例を示す図。
【図１７】本発明による試料透過画像の他の表示例を示す図。
【符号の説明】
１：電子銃、２：第１照射レンズ、３：第２照射レンズ、４：第１偏向コイル、５：第２偏向コイル、６：対物レンズ、７、第１中間レンズ、８：第２中間レンズ、９：第１投射レンズ、１０：第２投射レンズ、１１：ＴＶカメラ、１２〜２０：励磁電源、２１〜２９：ＤＡＣ、３０：マイクロプロッセサ、３１：記憶装置、３２：演算装置、３３：シンチレータ、３４：ＣＲＴコントローラ、３５：ＣＲＴ、３６〜３７：Ｉ／Ｆ、３８：キーボード、３９：倍率切替用ロータリーエンコーダ、４０：入力用ロータリーエンコーダ、４１：ＲＡＭ、４２：ＲＯＭ、４３：ＴＶカメラ制御部、４４：画像取込みインターフェース、４５：試料傾斜機構、４６：試料、４７：試料支持膜、４８〜４９：相関領域、４９：試料面、５０：対物レンズ、５１：像面、５２電子線、５３：仮想像面、５４：焦点位置、５５：試料面、６３：合成位相画像、６４：相関強度画像、６５：ピーク、７０：試料、７１，７２，７３：異なる高さ位置、８１：透過像３、８２：透過像４、８３：合成位相画像、８４：相関強度画像、８５ａ：ピークＡに相当する相関強度画像、８５ｂ：ピークＢに相当する相関強度画像、８５ｃ：ピークＣに相当する相関強度画像、８６ａ：ピークＡに相当する画像、８６ｂ：ピークＢに相当する画像、８６ｃ：ピークＣに相当する画像、８７：重ね合わせた画像、８８：試料の高さ位置の表示、８９：表示色と高さの対応関係の表示例、９０：高さ表示部
【図１】
0004275786.tif 000014
【図２】
0004275786.tif 000015
【図３】
0004275786.tif 000016
【図４】
0004275786.tif 000017
【図５】
0004275786.tif 000018
【図６】
0004275786.tif 000019
【図７】
0004275786.tif 000020
【図８】
0004275786.tif 000021
【図９】
0004275786.tif 000022
【図１０】
0004275786.tif 000023
【図１１】
0004275786.tif 000024
【図１２】
0004275786.tif 000025
【図１３】
0004275786.tif 000026
【図１４】
0004275786.tif 000027
【図１５】
0004275786.tif 000028
【図１６】
0004275786.tif 000029
【図１７】
0004275786.tif 000030