(57)【要約】【課題】  分割検出器を用いなくても磁区構造画像を得る。【解決手段】  試料上の各観察点において、電子回折図形ＤｘｙをＣＣＤカメラで撮像する。取得した電子回折図形Ｄｘｙ毎に以下の（ａ）〜（ｃ）の処理を行って、１つの電子回折図形Ｄｘｙに対して１つの磁区構造画像データＭｘｙを求める。（ａ）電子回折図形上の所定範囲の像を、複数の部分像Ｓ１〜Ｓ４に分割する。（ｂ）部分像Ｓ１〜Ｓ４毎に、その部分像を構成する各画素の強度信号を加算して１つの画像強度信号を求める。（ｃ）部分像Ｓ１〜Ｓ４毎に求めた画像強度信号Ｉ１〜Ｉ４に基づいて１つの前記磁区構造画像データＭｘｙを求める。そして、電子回折図形Ｄｘｙ毎に求めた磁区構造画像データＭｘｙに基づいて磁区構造画像を得る。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の（１）〜（４）の手順で磁性体試料の磁区構造画像を得る磁区構造画像取得方法
（１）集束した電子線を試料上の観察点Ｐｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）に順に照射し、
（２）前記電子線照射によって試料後段に形成される電子回折図形を、前記観察点Ｐｘｙ毎に撮像し、
（３）撮像した電子回折図形Ｄｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）毎に以下の（ａ）〜（ｃ）の処理を行って、１つの電子回折図形Ｄｘｙに対して１つの磁区構造画像データＭｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）を求め、
（ａ）電子回折図形上の所定範囲の像を、複数の部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔに分割する
（ｂ）部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔ毎に、その部分像を構成する各画素の強度信号に基づいて１つの画像強度信号を求める
（ｃ）部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔ毎に求めた前記画像強度信号Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｔに基づいて１つの前記磁区構造画像データＭｘｙを求める
（４）電子回折図形Ｄｘｙ毎に求めた前記磁区構造画像データＭｘｙに基づいて磁区構造画像を得る。
【請求項２】
電子回折図形上の所定範囲の像を等分割して、複数の部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔを得ることを特徴とする請求項１記載の磁区構造画像取得方法。
【請求項３】
部分像を構成する各画素の強度信号を加算して前記画像強度信号を求めることを特徴とする請求項１記載の磁区構造画像取得方法。
【請求項４】
集束した電子線を試料上の観察点Ｐｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）に順に照射する機能を備えた走査透過電子顕微鏡において、
前記電子線照射によって試料後段に形成される電子回折図形を、前記観察点Ｐｘｙ毎に撮像する２次元検出器と、
前記２次元検出器で撮像された電子回折図形Ｄｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された電子回折図形Ｄｘｙ毎に以下の（ａ）〜（ｃ）の処理を行って、１つの電子回折図形Ｄｘｙに対して１つの磁区構造画像データＭｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）を求める磁区構造画像データ取得手段と、
（ａ）電子回折図形上の所定範囲の像を、複数の部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔに分割する
（ｂ）部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔ毎に、その部分像を構成する各画素の強度信号に基づいて１つの画像強度信号を求める
（ｃ）部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔ毎に求めた前記画像強度信号Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｔに基づいて１つの前記磁区構造画像データＭｘｙを求める
電子回折図形Ｄｘｙ毎に求められた前記磁区構造画像データＭｘｙに基づいて磁区構造画像を表示する表示手段
を備えたことを特徴とする走査透過電子顕微鏡。
【請求項５】
前記磁区構造画像データ取得手段は、電子回折図形上の所定範囲の像を等分割して、複数の部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔを得ることを特徴とする請求項４記載の走査透過電子顕微鏡。
【請求項６】
前記磁区構造画像データ取得手段は、部分像を構成する各画素の強度信号を加算して前記画像強度信号を求めることを特徴とする請求項４記載の走査透過電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査透過電子顕微鏡を用いた磁性体試料の磁区構造画像取得方法、および、その走査透過電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性体試料の磁区構造を観察する方法として、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いたＤＰＣ（Differential Phase Contrast）法がある。このＤＰＣ法による磁性体試料の磁区構造観察においては、細く集束された電子線を試料上の観察点に順次照射し、４分割または多分割された検出素子からなる分割検出器で電子回折図形を前記観察点毎に検出し、各検出素子の出力信号を演算処理して画像データを得、得られた観察点毎の画像データを表示手段に供給して磁性体試料の磁区構造画像を得ている。このようなＤＰＣ法について記載した特許文献として、特公平６−２４１０９号公報（特許文献１）がある。
【０００３】
【特許文献１】特公平６−２４１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように従来においては、磁性体試料の磁区構造画像を得るために、特殊な４分割等の分割検出器が別途必要となる。このような分割検出器は高価であり、また、それを配置するためのスペースを余計に設けなければならない。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目的は、分割検出器を用いなくても磁区構造画像を得ることができる磁区構造画像取得方法および走査透過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】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の磁区構造画像取得方法は、次の（１）〜（４）の手順で磁性体試料の磁区構造画像を得る。
（１）集束した電子線を試料上の観察点Ｐｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）に順に照射し、
（２）前記電子線照射によって試料後段に形成される電子回折図形を、前記観察点Ｐｘｙ毎に撮像し、
（３）撮像した電子回折図形Ｄｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）毎に以下の（ａ）〜（ｃ）の処理を行って、１つの電子回折図形Ｄｘｙに対して１つの磁区構造画像データＭｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）を求め、
（ａ）電子回折図形上の所定範囲の像を、複数の部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔに分割する
（ｂ）部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔ毎に、その部分像を構成する各画素の強度信号に基づいて１つの画像強度信号を求める
（ｃ）部分像Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｔ毎に求めた前記画像強度信号Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｔに基づいて１つの前記磁区構造画像データＭｘｙを求める
（４）電子回折図形Ｄｘｙ毎に求めた前記磁区構造画像データＭｘｙに基づいて磁区構造画像を得る。
【発明の効果】
【０００７】
したがって本発明によれば、分割検出器を用いなくても磁区構造画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
図１は本発明の磁区構造画像取得方法を説明するために示したもので、その画像取得を行うためのＳＴＥＭを示したものである。
【００１０】
図１において、１は顕微鏡の鏡筒であり、その内部は図示していない排気装置によって高真空に排気されている。そして、鏡筒１の内部には、上段側から順に、電子銃２、集束レンズ３、走査コイル４、対物レンズ５、中間レンズ６、投影レンズ７、ＣＣＤカメラ（２次元検出器）８が配置されている。
【００１１】
前記ＣＣＤカメラ８は、２次元に配列された多数の検出素子Ｃｉｊ（ｉ＝１，２，…，ｅ、ｊ＝１，２，…，ｆ）から構成される２次元検出器であり、従来のＳＴＥＭにおいて既に配置されているものである。本発明は、この既設のＣＣＤカメラ８で電子回折図形を撮像することを特徴としており、前記分割検出器を使用しない。
【００１２】
９は磁性体試料で、試料９は、対物レンズ５の前方磁界５ａと後方磁界５ｂの間に配置されている。
【００１３】
１０は中央制御装置であり、前記ＣＣＤカメラ８の出力信号は中央制御装置１０に供給されるように構成されている。そして、中央制御装置１０は、その内部に、画像メモリ１１と磁区構造画像データ取得手段１２と画像メモリ１３を備えている。また、中央制御装置１０は、表示手段１４と走査コイル駆動部１５に電気的に接続されている。なお、図中、Ｏは光軸を示している。
【００１４】
以上、図１のＳＴＥＭの装置構成を説明した。以下、その動作説明を行う。
【００１５】
磁性体試料９の磁区構造を観察する場合、中央制御装置１０は、電子線を試料上でｘｙ方向に面走査させるための偏向信号を走査コイル駆動部１５に送る。この偏向信号を受けた走査コイル駆動部１５は、走査コイル４に偏向電流を供給する。その結果、電子銃２から放出され、集束レンズ３と対物レンズ５の前方磁界５ａによって試料９上に細く集束された電子線ｅは、走査コイル４によって偏向されて、試料９上をｘｙ方向に面走査する。すなわち、電子線ｅは、図２に示すように、試料９上の観察点Ｐｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）を順に照射する。
【００１６】
こうして磁性体試料９上の各観察点に入射した電子線ｅは、試料９を透過するとき、試料の磁化方向に依存するローレンツ力を受けてｘｙ方向に偏向される。このため、対物レンズ５の後方磁界５ｂによって対物レンズ５の後焦点面Ｈに結像される各電子回折図形Ｄｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）は、各観察点Ｐｘｙにおける試料の磁化方向に応じてｘｙ方向に移動する。これに伴い、中間レンズ６と投影レンズ７によってＣＣＤカメラ８上に拡大投影される各電子回折図形Ｄｘｙは、各観察点Ｐｘｙにおける試料の磁化方向に応じてｘｙ方向に移動する。
【００１７】
前記ＣＣＤカメラ８は、このように移動する電子回折図形を観察点Ｐｘｙ毎に撮像する。そして、この撮像されたｍ×ｎ枚の電子回折図形Ｄｘｙは、観察点Ｐｘｙに対応して画像メモリ１１の所定場所に記憶される。
【００１８】
こうして電子回折図形Ｄｘｙが画像メモリ１１に記憶されると、磁区構造画像データ取得手段１２は、電子回折図形Ｄｘｙ毎に磁区構造画像データＭｘｙ（ｘ＝１，２，…，ｍ、ｙ＝１，２，…，ｎ）を求める。すなわち、磁区構造画像データ取得手段１２は、１つの電子回折図形Ｄｘｙに対して１つの磁区構造画像データＭｘｙを求める。その求め方を、以下の（ａ）〜（ｃ）の工程に分けて詳しく説明する。
（ａ）電子回折図形の分割
まず、磁区構造画像データ取得手段１２は、電子回折図形Ｄ１１の画像データを画像メモリ１１から読み出す。そして、磁区構造画像データ取得手段１２は、図３（ａ）に示すように、その電子回折図形Ｄ１１から所定範囲の一部の画像Ｋ（すなわち画像Ｋの画像データ）を抽出する。この画像Ｋは、電子回折図形Ｄ１１の中央部分の画像で、画像Ｋの中心Ｃは電子回折図形Ｄ１１の中心Ｃ'と一致している。画像Ｋの中には、電子回折図形Ｄ１１における透過スポットＷが含まれている。
【００１９】
次に、磁区構造画像データ取得手段１２は、図３（ｂ）に示すように、直交した２つの直線で画像Ｋを４等分割して、部分像Ｓ１〜Ｓ４（すなわち部分像Ｓ１〜Ｓ４の画像データ）を抽出する。この部分像Ｓ１〜Ｓ４は、前記４分割検出器の各検出素子で検出される電子回折図形にそれぞれ対応している。すなわち本発明では、磁区構造画像データ取得手段１２における部分像Ｓ１〜Ｓ４の抽出機能を、４分割検出器の代わりに用いている。
（ｂ）部分像Ｓ１〜Ｓ４毎に、１つの画像強度信号を求める
次に、磁区構造画像データ取得手段１２は、電子回折図形Ｄ１１から抽出した部分像Ｓ１〜Ｓ４毎に、その部分像を構成する各画素の信号強度に基づいて１つの画像強度信号を求める。すなわち、磁区構造画像データ取得手段１２は、前記画像メモリ１１から読み出した画像データに基づき、部分像Ｓ１を構成する各画素ａ，ｂ，ｃ，…（図３（ｂ）参照）の強度信号を加算（積算）して画像強度信号Ｉ１を求める。同様にして、部分像Ｓ２に対して画像強度信号Ｉ２が、部分像Ｓ３に対して画像強度信号Ｉ３が、部分像Ｓ４に対して画像強度信号Ｉ４がそれぞれ求められる。
（ｃ）Ｉ１〜Ｉ４に基づいて１つの磁区構造画像データＭ１１を求める
次に、磁区構造画像データ取得手段１２は、電子回折図形Ｄ１１の部分像Ｓ１〜Ｓ４について求めた前記画像強度信号Ｉ１〜Ｉ４に基づき、電子回折図形Ｄ１１に対して磁区構造画像データＭ１１を求める。すなわち、試料上の観察点Ｐ１１に対して磁区構造画像データＭ１１を求める。その際、磁区構造画像データ取得手段１２は、次式の演算を行って磁区構造画像データＭ１１を求める。
【００２０】
Ｍ１１＝（（Ｉ１＋Ｉ２）−（Ｉ３＋Ｉ４））／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）
この演算による求め方は、４分割検出器の各検出素子の出力信号を演算して磁区構造画像データを求める従来の方式に対応している。そして、こうして求められた磁区構造画像データＭ１１は、観察点Ｐ１１に対応して画像メモリ１３の所定場所に記憶される。
【００２１】
以上、電子回折図形Ｄ１１（観察点Ｐ１１）に関する磁区構造画像データＭ１１の求め方について説明したが、残りの電子回折図形Ｄ２１〜Ｄｍｎ（観察点Ｐ２１〜Ｐｍｎ）に対しても同様な処理が磁区構造画像データ取得手段１２において行われ、磁区構造画像データＭ２１〜Ｍｍｎが求められる。そして、それらの磁区構造画像データＭ２１〜Ｍｍｎは、観察点Ｐ２１〜Ｐｍｎに対応して画像メモリ１３の所定場所に記憶される。
【００２２】
なお、図４は、たとえば電子回折図形Ｄ１５に対する部分像Ｓ１〜Ｓ４の抽出処理を説明するために示したものであり、前記図３（ｂ）に対応させて示したものである。図４における部分像Ｓ１〜Ｓ４の大きさおよび位置は、図３（ｂ）の状態と同じである。しかし、図４における透過スポットＷの位置は、図３（ｂ）の位置と異なっている。これは、試料の磁化の方向がその２つの観察点Ｐ１５，Ｐ１１で異なるためである。
【００２３】
上記（ａ）〜（ｃ）のようにして、電子回折図形Ｄｘｙ（観察点Ｐｘｙ）に対して磁区構造画像データＭｘｙが求められると、中央制御装置１０は、その求められた全ての磁区構造画像データＭ１１，Ｍ２１，…，Ｍｍｎを画像メモリ１３から読み出して表示手段１４に送る。その結果、表示手段１４の画面上には、図５に示すような観察点Ｐ１１，Ｐ２１，…，Ｐｍｎに関する磁区構造画像が表示される。この画像上において、白黒のコントラストが磁区の違いを示しており、同じ磁区は同じ輝度で表示されている。
【００２４】
以上、本発明の一例を図１〜図５を用いて説明した。本発明によれば、特殊な分割検出器を使用しなくても、試料の磁区構造画像を得ることができる。そして、本発明によれば、電子回折図形の画像データ取得後、いつでもその電子回折図形の精妙な解析行うことができる。
【００２５】
なお、本発明は上記例に限定されるものではない。上記例では、電子回折図形から抽出した画像Ｋを４等分割したが、１つの直線で画像Ｋを２等分割したり、その他の数に等分割するようにしてもよい。そして、その分割により抽出された各部分像に対しては、上記処理が行われる。
【００２６】
また、上記例では、電子回折図形から抽出した画像Ｋを４等分割したが、電子回折図形から画像Ｋを抽出せずに、画像メモリ１１から読み出した電子回折図形自身を４等分割したりして部分像を得るようにしてもよい。
【００２７】
また、上記例では、磁区構造画像データを求めるのに演算式Ｍ１１＝（（Ｉ１＋Ｉ２）−（Ｉ３＋Ｉ４））／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）を用いたが、これに代えて、次の演算式を用いるようにしてもよい。
【００２８】
Ｍ１１＝（−（Ｉ１＋Ｉ２）＋（Ｉ３＋Ｉ４））／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）
そして、その演算式は、上述した画像Ｋの分割数や目的に応じて、随時変更するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の走査透過電子顕微鏡の一例を示したものである。
【図２】図１の装置の動作を説明するために示したものである。
【図３】図１の装置の動作を説明するために示したものである。
【図４】図１の装置の動作を説明するために示したものである。
【図５】磁区構造画像を示したものである。
【符号の説明】
【００３０】
１…鏡筒、２…電子銃、３…集束レンズ、４…走査コイル、５…対物レンズ、５ａ…前方磁界、５ｂ…後方磁界、６…中間レンズ、７…投影レンズ、８…ＣＣＤカメラ、９…磁性体試料、１０…中央制御装置、１１…画像メモリ、１２…磁区構造画像データ取得手段、１３…画像メモリ、１４…表示手段
【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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