JP2017010877A - 電子顕微鏡および試料ステージのキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影画像の歪みの影響が低減された試料ステージのキャリブレーションデータを生成することができる電子顕微鏡を提供する。【解決手段】電子顕微鏡１００は、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にある２つの位置を求め、画像上の画像座標と試料ステージ１４上のステージ座標との間の座標変換を行うための第１座標変換行列を用いて、２つの位置のうちの一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるためのステージ座標上での移動量を算出するステージ移動量算出部３４と、ステージ移動量算出部３４で算出されたステージ座標上での移動量だけ目標物を移動させる前後の画像に基づいて、画像座標とステージ座標との間の座標変換を行うための第２座標変換行列を求めるキャリブレーション部３６と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、電子顕微鏡および試料ステージのキャリブレーション方法に関する。

透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子顕微鏡は、様々な分野で試料の微細な構造を観察するために用いられている。このような電子顕微鏡では、試料は試料ステージに保持されている。試料ステージは、試料を高精度に移動させることができる（例えば特許文献１参照）。

このような電子顕微鏡の機能（ソフトウェア）の１つとして、低倍率の撮影画像上で自動あるいは手動で指定された位置へ試料ステージや偏向器で自動移動して高倍率の撮影を行うことができる機能が知られている。この機能を用いるためには、撮影画像上での画像座標と試料ステージ上でのステージ座標とを対応させるための試料ステージのキャリブレーションデータ（座標変換行列）を作っておく必要がある。通常、キャリブレーションデータは、計算量等の関係から、１つだけ作成される。

特開２００４−８７１４１号公報

試料ステージのキャリブレーションデータの作成方法は、例えば、以下の通りである。まず、試料中の目標物を試料ステージのＸ軸方向に所定の移動量だけ移動させる前後の画像を取得し、これらの画像から目標物の画像上での移動量を求める。次に、目標物を試料ステージのＹ軸方向に所定の移動量だけ移動させる前後の画像を取得し、これらの画像から目標物の画像上での移動量を求める。そして、Ｘ軸方向に移動させる前後の画像から求められた画像上での移動量とこのときの試料ステージ上での移動量（所定の移動量）、およびＹ軸方向に移動させる前後の画像から求められた画像上での移動量とこのときの試料ステージ上での移動量（所定の移動量）から座標変換行列を求める。

しかしながら、低倍率のＴＥＭの撮影画像には、Ｓ字歪みがある場合が多い。図１６は、撮影画像上に生じるＳ字歪みを模式的に示す図である。図１６に示すように、Ｓ字歪みは、撮影画像をＳ字状に歪ませる歪みであり、撮影画像の中心に関して点対称な歪みである。

このように撮影画像にＳ字歪みがある場合、上記の手法によりキャリブレーションデータを作成すると、Ｓ字歪みの影響によりキャリブレーションデータの精度が悪くなる場合があった。

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、撮影画像の歪みの影響が低減された試料ステージのキャリブレーションデータを生成することができる電子顕微鏡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、撮影画像の歪みの影響が低減された試料ステージのキャリブレーションデータを生成することができる試料ステージのキャリブレーション方法を提供することにある。

（１）本発明に係る電子顕微鏡は、
試料ステージに保持された試料に電子線を照射して、画像を得る電子顕微鏡であって、
画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にある２つの位置を求め、画像上の画像座標と前記試料ステージ上のステージ座標との間の座標変換を行うための第１座標変換行列を用いて、前記２つの位置のうちの一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるための前記ステージ座標上での移動量を算出するステージ移動量算出部と、
前記ステージ移動量算出部で算出された前記ステージ座標上での移動量だけ前記目標物を移動させる前後の画像に基づいて、前記画像座標と前記ステージ座標との間の座標変換を行うための第２座標変換行列を求めるキャリブレーション部と、
を含む。

このような電子顕微鏡では、後述するように、撮影画像の歪みの影響が低減された試料ステージのキャリブレーションデータを生成することができる。

（２）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記キャリブレーション部は、前記目標物を移動させる前後の画像から前記目標物の前記画像座標上での移動量を算出し、前記画像座標上での移動量および前記ステージ座標上での移動量に基づき前記第２座標変換行列を求めてもよい。

（３）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記試料ステージは、
前記試料を第１方向に移動させる第１移動機構部と、
前記試料を前記第１方向と交差する第２方向に移動させる第２移動機構部と、
を有し、
前記ステージ移動量算出部は、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともに前記第１方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求めて、前記ステージ座標上での前記第１方向の移動量を算出し、かつ、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともに前記第２方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求めて、前記ステージ座標上での前記第２方向の移動量を算出し、
前記キャリブレーション部は、前記目標物を前記ステージ座標上での前記第１方向の移動量だけ移動させる前後の画像、および前記目標物を前記ステージ座標上での前記第２方向の移動量だけ移動させる前後の画像に基づいて、前記第２座標変換行列を求めてもよい。

（４）本発明に係る電子顕微鏡において、
前記目標物を任意の移動量だけ移動させる前後の画像に基づいて、前記第１座標変換行列を求める第１座標変換行列算出部を含んでいてもよい。

（５）本発明に係る試料ステージのキャリブレーション方法は、
試料ステージに保持された試料に電子線を照射して、画像を得る電子顕微鏡における試料ステージのキャリブレーション方法であって、
画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にある２つの位置を求め、画像上の画像座標と前記試料ステージ上のステージ座標との間の座標変換を行うための第１座標変換行列を用いて、前記２つの位置のうちの一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるための前記ステージ座標上での移動量を算出するステージ移動量算出工程と、
前記ステージ移動量算出工程で算出された前記ステージ座標上での移動量だけ前記目標物を移動させる前後の画像に基づいて、前記画像座標と前記ステージ座標との間の座標変換を行うための第２座標変換行列を求めるキャリブレーション工程と、
を含む。

このような試料ステージのキャリブレーション方法では、後述するように、撮影画像の歪みの影響が低減された試料ステージのキャリブレーションデータを生成することができる。

（６）本発明に係る試料ステージのキャリブレーション方法において、
前記キャリブレーション工程では、前記目標物を移動させる前後の画像から前記目標物の前記画像座標上での移動量を算出し、前記画像座標上での移動量および前記ステージ座標上での移動量に基づき前記第２座標変換行列を求めてもよい。

（７）本発明に係る試料ステージのキャリブレーション方法において、
前記試料ステージは、
前記試料を第１方向に移動させる第１移動機構部と、
前記試料を前記第１方向と交差する第２方向に移動させる第２移動機構部と、
を有し、
前記ステージ移動量算出工程では、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともに前記第１方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求めて、前記ステージ座標上での前記第１方向の移動量を算出し、かつ、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともに前記第２方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求めて、前記ステージ座標上での前記第２方向の移動量を算出し、
前記キャリブレーション工程では、前記目標物を前記ステージ座標上での前記第１方向の移動量だけ移動させる前後の画像、および前記目標物を前記ステージ座標上での前記第２方向の移動量だけ移動させる前後の画像に基づいて、前記第２座標変換行列を求めてもよい。

（８）本発明に係る試料ステージのキャリブレーション方法において、
前記目標物を任意の移動量だけ移動させる前後の画像に基づいて、前記第１座標変換行列を求める第１座標変換行列算出工程を含んでいてもよい。

本実施形態に係る電子顕微鏡を模式的に示す図。 目標物のステージ座標上でのＸ軸方向の移動量を算出する処理を説明するための図。 目標物をＸ軸方向に移動させた後の画像を模式的に示す図。 目標物のステージ座標上でのＹ軸方向の移動量を算出する処理を説明するための図。 目標物をＹ軸方向に移動させた後の画像を模式的に示す図。 第１キャリブレーションの流れの一例を示すフローチャート。 目標物をＸ軸方向に移動させる前の画像の一例を示すＴＥＭ像。 目標物をＸ軸方向に移動させた後の画像の一例を示すＴＥＭ像。 目標物をＹ軸方向に移動させた後の画像の一例を示すＴＥＭ像。 第２キャリブレーションの流れの一例を示すフローチャート。 目標物をＸ軸方向に移動させる前の画像の一例を示すＴＥＭ像。 目標物をＸ軸方向に移動させた後の画像の一例を示すＴＥＭ像。 目標物をＹ軸方向に移動させる前の画像の一例を示すＴＥＭ像。 目標物をＹ軸方向に移動させた後の画像の一例を示すＴＥＭ像。 撮影画像のＳ字歪みを模式的に示す図。 撮影画像のＳ字歪みを模式的に示す図。

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。

１． 電子顕微鏡
まず、本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１は、本実施形態に係る電子顕微鏡１００を模式的に示す図である。なお、図１には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

電子顕微鏡１００は、透過電子顕微鏡である。すなわち、電子顕微鏡１００は、試料２を透過した電子で結像して、透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を得る装置である。

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子線源１１と、集束レンズ１２と、対物レンズ１３と、試料ステージ１４と、試料ホルダー１５と、中間レンズ１６と、投影レンズ１７と、撮像部１８と、処理部３０と、操作部４０と、表示部４２と、記憶部４４と、を含む。

電子線源１１は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源１１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。図示の例では、電子線源１１から放出された電子線ＥＢは、Ｚ軸に沿って進行する。電子線源１１としては、例えば、電子銃を用いることができる。

集束レンズ（コンデンサーレンズ）１２は、電子線源１１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１１で発生した電子線ＥＢを集束して試料２に照射するためのレンズである。

対物レンズ１３は、集束レンズ１２の後段に配置されている。対物レンズ１３は、試料２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１３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１３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。

試料ステージ１４は、試料２を保持する。図示の例では、試料ステージ１４は、試料ホルダー１５を介して、試料２を保持している。試料ステージ１４は、例えば、対物レンズ１３の上部磁極と下部磁極との間に試料２を位置させる。試料ステージ１４は、試料ホルダー１５を移動および静止させることにより、試料２の位置決めを行うことができる。

試料ステージ１４は、試料２をＸ軸方向（第１方向）に移動させる第１移動機構部１４ａと、試料２をＹ軸方向（第２方向）に移動させる第２移動機構部１４ｂと、を有している。第１移動機構部１４ａおよび前記第２移動機構部１４ｂによって、試料２を、Ｚ軸に直交するＸＹ平面内において２次元的に移動させることができる。

なお、試料ステージ１４は、さらに、試料２を鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動させる第３移動機構部や、試料２を傾斜させる第４移動機構部を含んで構成されていてもよい。

中間レンズ１６は、対物レンズ１３の後段に配置されている。投影レンズ１７は、中間レンズ１６の後段に配置されている。中間レンズ１６および投影レンズ１７は、対物レンズ１３によって結像された像をさらに拡大し、撮像部１８に結像させる。電子顕微鏡１００では、対物レンズ１３、中間レンズ１６、および投影レンズ１７によって、結像系が構成されている。

撮像部１８は、結像系によって結像された透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を撮影する。撮像部１８は、例えば、ＣＣＤカメラや、ＣＭＯＳカメラ等のデジタルカメラである。撮像部１８は、ＴＥＭ像をデジタル画像として取得することができる。撮像部１８で撮影されたＴＥＭ像の像情報（画像データ）は、処理部３０に出力される。

電子顕微鏡本体１０は、図示の例では、除振器２０を介して架台２２上に設置されている。

操作部４０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３０に送る処理を行う。操作部４０の機能は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどにより実現できる。

表示部４２は、処理部３０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４２には、例えば、撮像部１８で撮影されたＴＥＭ像が表示される。

記憶部４４は、処理部３０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４４は、処理部３０の作業領域として用いられ、処理部３０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。記憶部４４の機能は、ハードディスク、ＲＡＭなどにより実現できる。

処理部３０は、撮像部１８で撮影された画像（撮影画像）を取得して表示部４２に表示させる処理や、試料ステージ１４のキャリブレーションを行う処理、試料ステージ１４や、レンズ１２，１３，１６，１７、撮像部１８を制御して、ＴＥＭ像の撮影を行う処理等の処理を行う。処理部３０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。処理部３０は、第１キャリブレーション部（第１座標変換行列算出部）３２と、ステージ移動量算出部３４と、第２キャリブレーション部（キャリブレーション部）３６と、を含む。

電子顕微鏡１００では、第１キャリブレーション部３２が第１座標変換行列を求め、ステージ移動量算出部３４が画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にある２つの位置を求め、第１座標変換行列を用いて、２つの位置のうちの一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるためのステージ座標上での移動量を算出し、第２キャリブレーション部３６が、ステージ移動量算出部３４が算出した移動量だけ目標物を移動させる前後の画像に基づいて第２座標変換行列（キャリブレーションデータ）を求める。

ここで、第１座標変換行列および第２座標変換行列は、撮影画像上の座標（「画像座標」ともいう）と、試料ステージ１４上の座標（「ステージ座標」ともいう）との間の座標変換を行うための行列である。画像座標（ｘ、ｙ）は、例えば、画像を構成するピクセルの位置を特定する座標である。ステージ座標（Ｘ，Ｙ）は、Ｘ軸およびＹ軸を座標軸とする座標系である。

画像座標（ｘ、ｙ）は、例えば、アフィン変換によりステージ座標（Ｘ，Ｙ）に変換することができる。画像座標（ｘ、ｙ）をステージ座標（Ｘ，Ｙ）にアフィン変換するための行列式、すなわち第１座標変換行列および第２座標変換行列は、例えば、下記式（１）で表される。

ただし、Ｍ，θは、座標変換パラメーターである。

式（１）で表される座標変換行列を用いることで、撮影画像上の指定された位置を、ステージ座標上の位置に変換することができる。電子顕微鏡１００では、撮影画像上で位置が指定された場合、第２座標変換行列を用いてステージ座標上の位置に変換して、試料ステージ１４を動作させる。これにより、画像上で指定された位置に試料（目標物）を移動させることができる。

また、目標物とは、画像上の特徴ある異物や構造物であり、後述する相互相関を行う際の目標となるものをいう。

以下、第１キャリブレーション部３２、ステージ移動量算出部３４、および第２キャリブレーション部３６について詳細に説明する。

第１キャリブレーション部３２は、第１座標変換行列を求める。第１キャリブレーション部３２は、目標物を任意の移動量だけ移動させる前後の画像に基づいて第１座標変換行列を求める。第１座標変換行列は、目標物を任意の移動量だけ移動させる前後の画像に基づき求められたものであり、Ｓ字歪みの影響を考慮せずに求められた座標変換行列であるともいえる。第１キャリブレーション部３２が第１座標変換行列を求める第１キャリブレーションの詳細については後述する。

ステージ移動量算出部３４は、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にある２つの位置を求め、第１キャリブレーション部３２で求められた第１座標変換行列を用いて、２つの位置のうちの一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるためのステージ座標上での移動量を算出する。ステージ移動量算出部３４は、この処理をＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれについて行う。

図２は、ステージ移動量算出部３４が目標物Ｔのステージ座標上でのＸ軸方向の移動量を算出する処理を説明するための図である。なお、図２には、画像座標の座標軸となるｘ軸およびｙ軸を図示している。

ステージ移動量算出部３４は、図２に示すように、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともにＸ軸方向に対応する方向に並んだ２つの位置である位置Ｐ１および位置Ｐ２を求める。ここで、位置Ｐ１と位置Ｐ２とが画像上において画像の中心Ｏに関して対称な位置関係にあるとは、位置Ｐ１と位置Ｐ２とが画像の中心Ｏを通る仮想直線上にあるとともに、位置Ｐ１と中心Ｏとの間の距離が位置Ｐ２と中心Ｏとの間の距離と等しくなる位置にあることをいう。また、画像上においてＸ軸方向に対応する方向とは、目標物ＴをＸ軸方向に移動させたときに画像上で目標物Ｔが移動する方向であり、第１移動機構部１４ａを動作させたときに画像上で目標物Ｔが移動する方向ともいえる。位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の距離は、位置Ｐ１と位置Ｐ２とが同じ視野内に含まれる範囲において大きいことが好ましく、例えば、Ｘ軸方向に対応する方向における画像の大きさの半分以上であることが好ましい。試料ステージ１４は、移動距離が大きいほど、動作の精度が高くなるためである。

ステージ移動量算出部３４は、上記のように画像座標上の位置Ｐ１および位置Ｐ２を求め、第１座標変換行列を用いて、目標物Ｔを位置Ｐ１から位置Ｐ２に移動させるためのステージ座標上でのＸ軸方向の移動量を算出する。なお、ステージ移動量算出部３４は、第１座標変換行列を用いて、画像上で目標物Ｔを位置Ｐ１から位置Ｐ２に移動させるためのステージ座標上での移動ベクトルを算出してもよい。

このようにして、ステージ座標上での目標物のＸ軸方向の移動量が求められると、第２キャリブレーション部３６が試料ステージ１４を制御して、目標物Ｔを位置Ｐ１に対応するステージ座標上の位置（位置Ｐ１を第１座標変換行列で変換して得られたステージ座標上の位置）に移動させて撮影を行うことで画像Ｉ１を取得する。そして、第２キャリブレーション部３６は、ステージ移動量算出部３４が求めたステージ座標上でのＸ軸方向の移動量に基づき試料ステージ１４を制御して、画像上において目標物Ｔが位置Ｐ１に位置している状態から目標物Ｔを当該移動量だけ移動させて撮影を行う。これにより、図３に示す目標物ＴをＸ軸方向に移動させた後の画像Ｉ２を取得することができる。

なお、画像Ｉ１および画像Ｉ２にＳ字歪みがある場合、第１座標変換行列はＳ字歪みの影響を考慮せずに作成されたものであるため、画像Ｉ１上の目標物Ｔの位置と画像Ｉ２上の目標物Ｔの位置とは、画像の中心Ｏに関して対称な位置関係にはなく、ずれが生じる場合がある。

図４は、ステージ移動量算出部３４が目標物Ｔのステージ座標上でのＹ軸方向の移動量を算出する処理を説明するための図である。なお、図４には、画像座標の座標軸となるｘ軸およびｙ軸を図示している。

ステージ移動量算出部３４は、図４に示すように、画像上において画像の中心Ｏに関して対称な位置関係にあるとともにＹ軸方向に対応する方向に並んだ２つの位置である位置Ｐ３および位置Ｐ４を求める。ここで、画像上においてＹ軸方向に対応する方向とは、目標物ＴをＹ軸方向に移動させたときに画像上で目標物Ｔが移動する方向であり、第２移動機構部１４ｂを動作させたときに目標物Ｔが移動する方向ともいえる。位置Ｐ３と位置Ｐ４との間の距離は、上述した位置Ｐ１，Ｐ２間の距離と同様に、大きいことが好ましく、例えば、Ｙ軸方向に対応する方向における画像の大きさの半分以上であることが好ましい。

ステージ移動量算出部３４は、上記のように画像座標上の位置Ｐ３および位置Ｐ４を求め、第１座標変換行列を用いて、目標物Ｔを位置Ｐ３から位置Ｐ４に移動させるためのステージ座標上でのＹ軸方向の移動量を算出する。なお、ステージ移動量算出部３４は、第１座標変換行列を用いて、画像上で目標物Ｔを位置Ｐ３から位置Ｐ４に移動させるためのステージ座標上での移動ベクトルを算出してもよい。

このようにして、ステージ座標上での目標物のＹ軸方向の移動量が求められると、第２キャリブレーション部３６が試料ステージ１４を制御して、目標物Ｔを位置Ｐ３に対応するステージ座標上の位置（位置Ｐ３を第１座標変換行列で変換して得られたステージ座標上の位置）に移動させて撮影を行うことで画像Ｉ３を取得する。そして、第２キャリブレーション部３６は、ステージ移動量算出部３４が求めたステージ座標上でのＹ軸方向の移動量に基づき試料ステージ１４を制御して、画像上において目標物Ｔが位置Ｐ３に位置している状態から、目標物Ｔを当該移動量だけ移動させて撮影を行う。これにより、図５に示す目標物ＴをＹ軸方向に移動させた後の画像Ｉ４を取得することができる。

第２キャリブレーション部３６は、ステージ移動量算出部３４で算出された移動量だけ目標物ＴをＸ軸方向に移動させる前後の画像Ｉ１，Ｉ２、およびステージ移動量算出部３
４で算出された移動量だけ目標物ＴをＹ軸方向に移動させる前後の画像Ｉ３，Ｉ４に基づいて、第２座標変換行列を求める。

第２キャリブレーション部３６は、画像Ｉ１，Ｉ２から、画像座標上での目標物Ｔの移動量を算出する。画像座標上での移動量は、例えば、画像Ｉ１と画像Ｉ２との相互相関により画像のマッチングを行うことにより計算することができる。このとき、画像Ｉ１，Ｉ２において、目標物Ｔの周囲の領域を切り出して、相互相関を行ってもよい。これにより、画像のマッチングの精度を高めることができ、より精度よく画像座標上での移動量を算出することができる。また、第２キャリブレーション部３６は、同様に、画像Ｉ３，Ｉ４から画像座標上での目標物Ｔの移動量を算出する。

第２キャリブレーション部３６は、画像Ｉ１，Ｉ２から求められた画像座標上での移動量、ステージ移動量算出部３４で算出されたステージ座標上でのＸ軸方向の移動量、画像Ｉ３，Ｉ４から求められた画像座標上での移動量、およびステージ移動量算出部３４で算出されたステージ座標上でのＹ軸方向の移動量に基づいて、第２座標変換行列を求める。

２． 試料ステージのキャリブレーション方法
次に、本実施形態に係る電子顕微鏡１００の試料ステージ１４のキャリブレーション方法について、図面を参照しながら説明する。電子顕微鏡１００では、第１キャリブレーションを行った後に第２キャリブレーションを行うことで、試料ステージ１４のキャリブレーションを行う。

図６は、第１キャリブレーションの流れの一例を示すフローチャートである。

まず、第１キャリブレーション部３２は、画像（目標物をＸ軸方向に移動させる前の画像）を取得する（ステップＳ１００）。

第１キャリブレーション部３２は、例えば、目標物が画像の中心に位置している画像を取得する。第１キャリブレーション部３２は、表示部４２に表示された画像上にマーカーを表示する等の処理を行い、目標物となる異物や構造物等が画像の中心にくるように、ユーザーの操作を促す処理を行う。ユーザーは、表示部４２に表示されたマーカーの位置に目標物が位置するように、操作部４０を介して試料ステージ１４を操作して、試料２を画像の中心に移動させる。

なお、処理部３０が撮影画像中から目標物を探して、目標物が画像の中心に位置するように、試料ステージ１４を制御する処理を行うことで、目標物が画像の中心に位置する画像を取得してもよい。

図７は、第１キャリブレーション部３２が取得した、目標物をＸ軸方向に移動させる前の画像の一例を示すＴＥＭ像である。

次に、第１キャリブレーション部３２は、目標物がステージ座標上においてＸ軸方向に任意の移動量だけ移動するように第１移動機構部１４ａを動作させる（ステップＳ１０２）。任意の移動量は、例えば、ユーザーによって入力された任意の値である。

次に、第１キャリブレーション部３２は、目標物をＸ軸方向に移動させた後の画像を取得する（ステップＳ１０４）。

図８は、第１キャリブレーション部３２が取得した、目標物をＸ軸方向に移動させた後の画像の一例を示すＴＥＭ像である。

次に、第１キャリブレーション部３２は、図７に示す目標物をＸ軸方向に移動させる前の画像、および図８に示す目標物をＸ軸方向に移動させた後の画像から、目標物の画像座標上での移動量を算出する（ステップＳ１０６）。第１キャリブレーション部３２は、求められた画像座標上での移動量の情報、およびステージ座標上での移動量の情報（前記任意の移動量の情報）を記憶部４４に記録する。

次に、第１キャリブレーション部３２は、試料ステージ１４を制御して、目標物が画像の中心に位置するように試料２を移動させて、再び目標物が画像の中心に位置している画像（図７参照）を取得する（ステップＳ１０８）。

次に、第１キャリブレーション部３２は、目標物がステージ座標上においてＹ軸方向に任意の移動量だけ移動するように第２移動機構部１４ｂを動作させる（ステップＳ１１０）。ここで、任意の移動量は、例えば、ユーザーによって入力された任意の値であり、ステップＳ１０４における移動量と同じ値であってもよい。

次に、第１キャリブレーション部３２は、目標物をＹ軸方向に移動させた後の画像を取得する（ステップＳ１１２）。

図９は、第１キャリブレーション部３２が取得した、目標物をＹ軸方向に移動させた後の画像の一例を示すＴＥＭ像である。

次に、第１キャリブレーション部３２は、図７に示す目標物をＹ軸方向に移動させる前の画像、および図９に示す目標物をＹ軸方向に移動させた後の画像から、目標物の画像座標上での移動量を算出する（ステップＳ１１４）。第１キャリブレーション部３２は、求められた画像座標上での移動量の情報、およびステージ座標上での移動量の情報（前記任意の移動量の情報）を記憶部４４に記録する。

次に、第１キャリブレーション部３２は、目標物をＸ軸方向に移動させる前後の画像から求めた目標物の画像座標上での移動量およびそのときのステージ座標上での移動量（ステップＳ１０６で記憶部４４に記録された情報）と、目標物をＹ軸方向に移動させる前後の画像から求めた目標物の画像座標上での移動量およびそのときのステージ座標上での移動量と（ステップＳ１１４で記憶部４４に記録された情報）とを記憶部４４から読み出して、これらの情報に基づき第１座標変換行列を求める（ステップＳ１１６）。

以上の処理により、第１座標変換行列を求めることができる。

なお、上記の第１キャリブレーションでは、目標物を移動させる前の画像を取得する際には目標物を画像の中心に位置させていたが（図７参照）、目標物を移動させる前の画像を取得する際の目標物の位置は特に限定されず、目標物を任意の位置に配置して画像を取得することができる。また、上記の第１キャリブレーションでは、Ｘ軸方向に移動させる前の画像およびＹ軸方向に移動させる前の画像は、ともに目標物が画像の中心に位置している画像であったが、Ｘ軸方向に移動させる前の画像とＹ軸方向に移動させる前の画像とでは、目標物の位置は異なっていてもよい。

図１０は、第２キャリブレーションの流れの一例を示すフローチャートである。

まず、ステージ移動量算出部３４は、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともにＸ軸方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求め、第１キャリブレーションにより求められた第１座標変換行例を用いて、２つの位置のうちの一方の位置から
他方の位置に目標物を移動させるためのステージ座標上でのＸ軸方向の移動量を算出する（ステップＳ２００）。

次に、第２キャリブレーション部３６は、目標物をＸ軸方向に移動させる前の画像を取得する（ステップＳ２０２）。

第２キャリブレーション部３６は、試料ステージ１４を制御して目標物Ｔを前記一方の位置に対応するステージ座標上の位置に移動させて、撮影を行う。なお、第２キャリブレーション部３６は、表示部４２にマーカー等を表示する処理を行って、ユーザーに目標物を前記一方の位置に移動させるように促してもよい。すなわち、目標物の前記一方の位置への移動は、ユーザーが試料ステージ１４を操作することによって行われてもよい。

図１１は、第２キャリブレーション部３６が取得した、画像（目標物をＸ軸方向に移動させる前の画像）の一例を示すＴＥＭ像である。

次に、第２キャリブレーション部３６は、ステップＳ２００においてステージ移動量算出部３４で算出されたステージ座標上でのＸ軸方向の移動量だけ目標物が移動するように第１移動機構部１４ａを動作させる（ステップＳ２０４）。

次に、第２キャリブレーション部３６は、目標物をＸ軸方向に移動させた後の画像を取得する（ステップＳ２０６）。

図１２は、第２キャリブレーション部３６が取得した、目標物をＸ軸方向に移動させた後の画像の一例を示すＴＥＭ像である。

次に、第２キャリブレーション部３６は、図１１に示す目標物をＸ軸方向に移動させる前の画像、および図１２に示す目標物をＸ軸方向に移動させた後の画像から、目標物の画像座標上での移動量を算出する（ステップＳ２０８）。第２キャリブレーション部３６は、求めた画像座標上での移動量の情報、およびステージ移動量算出部３４で算出されたステージ座標上でのＸ軸方向の移動量の情報を記憶部４４に記録する。

次に、ステージ移動量算出部３４は、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともに、Ｙ軸方向に対応する方向に並んだ２つの位置を算出し、第１キャリブレーションにより求められた第１座標変換行例を用いて、２つの位置のうちの一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるためのステージ座標上でのＹ軸方向の移動量を算出する（ステップＳ２１０）。

次に、第２キャリブレーション部３６は、目標物をＹ軸方向に移動させる前の画像を取得する（ステップＳ２１２）。

図１３は、第２キャリブレーション部３６が取得した、目標物をＹ軸方向に移動させる前の画像の一例を示すＴＥＭ像である。

次に、第２キャリブレーション部３６は、ステップＳ２１０においてステージ移動量算出部３４で算出されたステージ座標上でのＹ軸方向の移動量だけ目標物が移動するように第２移動機構部１４ｂを動作させる（ステップＳ２１４）。

次に、第２キャリブレーション部３６は、目標物をＹ軸方向に移動させた後の画像を取得する（ステップＳ２１６）。

図１４は、第２キャリブレーション部３６が取得した、目標物をＹ軸方向に移動させた後の画像の一例を示すＴＥＭ像である。

次に、第２キャリブレーション部３６は、図１３に示す目標物をＹ軸方向に移動させる前の画像、および図１４に示す目標物をＹ軸方向に移動させた後の画像から、目標物の画像座標上での移動量を算出する（ステップＳ２１８）。第２キャリブレーション部３６は、求めた画像座標上での移動量の情報、およびステージ移動量算出部３４で算出されたステージ座標上でのＹ軸方向の移動量の情報を記憶部４４に記録する。

次に、第２キャリブレーション部３６は、目標物をＸ軸方向に移動させた前後の画像から求められた目標物の画像座標上での移動量およびステージ座標上でのＸ軸方向の移動量（ステップＳ２０８で記憶部４４に記録された情報）と、目標物をＹ軸方向に移動させた前後の画像から求められた目標物の画像座標上での移動量およびステージ座標上でのＹ軸方向の移動量（ステップＳ２１８で記憶部４４に記録された情報）とを記憶部４４から読み出して、これらの情報に基づき第２座標変換行列を求める（ステップＳ２２０）。

以上の処理により、第２座標変換行列を求めることができる。

電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡１００では、ステージ移動量算出部３４が画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にある２つの位置を算出し、第１座標変換行列を用いて２つの位置の一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるためのステージ座標上での移動量を算出し、第２キャリブレーション部３６がステージ移動量算出部３４で算出されたステージ座標上での移動量だけ目標物を移動させる前後の画像に基づいて、第２座標変換行列を求める。そのため、第２キャリブレーション部３６では、Ｓ字歪みの影響が低減された座標変換行列（試料ステージのキャリブレーションデータ）を生成することができる。

図１５は、撮影画像のＳ字歪みを模式的に示す図である。図１５に示すように、Ｓ字歪みは、撮影画像をＳ字状に歪ませる歪みであり、撮影画像の中心Ｏに関して点対称な歪みである。なお、Ｓ字歪みの中心は、撮影画像の中心Ｏと一致（または略一致）している。

ここで、例えば目標物を画像の中心Ｏに関して対称な位置関係にない２点を結ぶ経路Ｂ１や経路Ｂ２を移動させて移動前後の画像を取得して座標変換行列を求めた場合、特定の方向の歪みの影響を大きく受けてしまう。そのため、この座標変換行列を用いて画像座標上の位置をステージ座標上の位置に変換すると、画像座標上の位置によっては画像座標上の位置とステージ座標上の位置との間に大きなずれが生じてしまう。

これに対して、目標物を画像の中心Ｏに関して対称な位置関係にある２点を結ぶ経路Ａを移動させて移動前後の画像を取得して座標変換行列を求めた場合、経路Ｂ１や経路Ｂ２を移動させて座標変換行列を求めた場合に比べて、歪みの影響が平均化される。そのため、この座標変換行列を用いて画像座標上の位置をステージ座標上の位置に変換しても、経路Ｂ１や経路Ｂ２の例と比べて、画像座標上の位置による画像座標上の位置とステージ座標上の位置との間のずれのばらつきが小さい。

したがって、電子顕微鏡１００では、第２キャリブレーション部３６では、Ｓ字歪みの影響が低減された座標変換行列を生成することができる。

電子顕微鏡１００では、ステージ移動量算出部３４は、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともにＸ軸方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求めて
、２つの位置の一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるためのステージ座標上のＸ軸方向の移動量を求め、かつ、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともにＹ軸方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求めて、２つの位置の一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるためのステージ座標上のＹ軸方向の移動量を算出する。そして、第２キャリブレーション部３６は、目標物を前記ステージ座標上のＸ軸方向の移動量だけ移動させる前後の画像および目標物を前記ステージ座標上のＹ軸方向の移動量だけ移動させる前後の画像に基づいて、第２座標変換行列を求める。そのため、電子顕微鏡１００では、Ｓ字歪みの影響が低減された２次元座標系における座標変換行列を求めることができる。

本実施形態に係る試料ステージのキャリブレーション方法では、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にある２つの位置を求め、第１座標変換行列を用いて前記２つの位置の一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるためのステージ座標上での移動量を算出する工程と、算出されたステージ座標上での移動量だけ目標物を移動させた後の画像に基づいて、第２座標変換行列を求める工程とを含む。そのため、Ｓ字歪みの影響が低減された座標変換行列を生成することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した実施形態では、電子顕微鏡が透過電子顕微鏡である例について説明したが、本発明に係る電子顕微鏡は、試料ステージに保持された試料に電子線を照射して、画像を得る電子顕微鏡であれば特に限定されず、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子顕微鏡であってもよい。

また、上述した実施形態では、試料ステージ１４が、試料をＸ軸方向に移動させる第１移動機構部１４ａと試料をＸ軸方向と直交するＹ軸方向に移動させる第２移動機構部１４ｂとを有しており、移動機構部１４ａ，１４ｂにより試料２を２次元的に移動可能にしている例について説明したが、試料ステージ１４は試料２を互いに交差する方向に移動させる２つの移動機構部によって試料を２次元的に移動可能にしてもよい。この場合も、上述した実施形態と同様のキャリブレーション方法によって撮影画像の歪みの影響が低減された座標変換行列を生成することができる。

また、上述した実施形態では、電子顕微鏡１００が撮影画像に生じるＳ字歪みの影響を低減されたキャリブレーションデータを生成する例について説明したが、本発明に係る電子顕微鏡によれば、Ｓ字歪みに限定されず、撮影画像の中心に関して点対称な歪みに適用可能である。

また、上述した実施形態では、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にある２つの位置を求めた後に、これらの位置に対応するステージ座標上の位置に目標物を移動させて目標物を移動させる前後の画像を取得する例について説明した。これに対して、例えば、目標物が予め撮影画像内に含まれている場合には、この目標物を含む画像（目標物を移動させる前の画像）を取得した後に、この画像の目標物の画像座標上の位置と画像の中心に関して対称な位置関係にある位置を求めて、目標物を移動させた後の画像を取得することにより、目標物を移動させる前後の画像を取得してもよい。

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。

２…試料、１０…電子顕微鏡本体、１１…電子線源、１２…集束レンズ、１３…対物レンズ、１４…試料ステージ、１４ａ…第１移動機構部、１４ｂ…第２移動機構部、１５…試料ホルダー、１６…中間レンズ、１７…投影レンズ、１８…撮像部、２０…除振器、２２…架台、３０…処理部、３２…第１キャリブレーション部、３４…ステージ移動量算出部、３６…第２キャリブレーション部、４０…操作部、４２…表示部、４４…記憶部、１００…電子顕微鏡

Claims (8)

1. 試料ステージに保持された試料に電子線を照射して、画像を得る電子顕微鏡であって、
   画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にある２つの位置を求め、画像上の画像座標と前記試料ステージ上のステージ座標との間の座標変換を行うための第１座標変換行列を用いて、前記２つの位置のうちの一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるための前記ステージ座標上での移動量を算出するステージ移動量算出部と、
   前記ステージ移動量算出部で算出された前記ステージ座標上での移動量だけ前記目標物を移動させる前後の画像に基づいて、前記画像座標と前記ステージ座標との間の座標変換を行うための第２座標変換行列を求めるキャリブレーション部と、
   を含む、電子顕微鏡。
2. 請求項１において、
   前記キャリブレーション部は、前記目標物を移動させる前後の画像から前記目標物の前記画像座標上での移動量を算出し、前記画像座標上での移動量および前記ステージ座標上での移動量に基づき前記第２座標変換行列を求める、電子顕微鏡。
3. 請求項１または２において、
   前記試料ステージは、
   前記試料を第１方向に移動させる第１移動機構部と、
   前記試料を前記第１方向と交差する第２方向に移動させる第２移動機構部と、
   を有し、
   前記ステージ移動量算出部は、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともに前記第１方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求めて、前記ステージ座標上での前記第１方向の移動量を算出し、かつ、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともに前記第２方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求めて、前記ステージ座標上での前記第２方向の移動量を算出し、
   前記キャリブレーション部は、前記目標物を前記ステージ座標上での前記第１方向の移動量だけ移動させる前後の画像、および前記目標物を前記ステージ座標上での前記第２方向の移動量だけ移動させる前後の画像に基づいて、前記第２座標変換行列を求める、電子顕微鏡。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記目標物を任意の移動量だけ移動させる前後の画像に基づいて、前記第１座標変換行列を求める第１座標変換行列算出部を含む、電子顕微鏡。
5. 試料ステージに保持された試料に電子線を照射して、画像を得る電子顕微鏡における試料ステージのキャリブレーション方法であって、
   画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にある２つの位置を求め、画像上の画像座標と前記試料ステージ上のステージ座標との間の座標変換を行うための第１座標変換行列を用いて、前記２つの位置のうちの一方の位置から他方の位置に目標物を移動させるための前記ステージ座標上での移動量を算出するステージ移動量算出工程と、
   前記ステージ移動量算出工程で算出された前記ステージ座標上での移動量だけ前記目標物を移動させる前後の画像に基づいて、前記画像座標と前記ステージ座標との間の座標変換を行うための第２座標変換行列を求めるキャリブレーション工程と、
   を含む、試料ステージのキャリブレーション方法。
6. 請求項５において、
   前記キャリブレーション工程では、前記目標物を移動させる前後の画像から前記目標物の前記画像座標上での移動量を算出し、前記画像座標上での移動量および前記ステージ座
   標上での移動量に基づき前記第２座標変換行列を求める、試料ステージのキャリブレーション方法。
7. 請求項５または６において、
   前記試料ステージは、
   前記試料を第１方向に移動させる第１移動機構部と、
   前記試料を前記第１方向と交差する第２方向に移動させる第２移動機構部と、
   を有し、
   前記ステージ移動量算出工程では、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともに前記第１方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求めて、前記ステージ座標上での前記第１方向の移動量を算出し、かつ、画像上において画像の中心に関して対称な位置関係にあるとともに前記第２方向に対応する方向に並んだ２つの位置を求めて、前記ステージ座標上での前記第２方向の移動量を算出し、
   前記キャリブレーション工程では、前記目標物を前記ステージ座標上での前記第１方向の移動量だけ移動させる前後の画像、および前記目標物を前記ステージ座標上での前記第２方向の移動量だけ移動させる前後の画像に基づいて、前記第２座標変換行列を求める、試料ステージのキャリブレーション方法。
8. 請求項５ないし７のいずれか１項において、
   前記目標物を任意の移動量だけ移動させる前後の画像に基づいて、前記第１座標変換行列を求める第１座標変換行列算出工程を含む、試料ステージのキャリブレーション方法。