JP2019204780A - 電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】回折図形を取得する場合に、作動距離を短くできる電子顕微鏡を提供する。【解決手段】電子顕微鏡１００は、試料Ｓに電子線を照射して、試料Ｓから放出される電子によって形成される回折図形を取得するための電子顕微鏡であって、対物レンズ４と、試料Ｓが配置される試料ステージ６と、対物レンズ４と試料ステージ６との間に配置され、試料Ｓから放出される電子によって形成された回折図形が投影される蛍光板１０と、蛍光板１０に投影された回折図形を撮影する撮像装置１２と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、電子顕微鏡に関する。

走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、ＳＥＭ）において、結晶性の試料の方位を解析する手法として、後方散乱電子回折パターン（Electron Back Scatter Diffraction Patterns、ＥＢＳＤ）法が知られている。ＥＢＳＤ法は、水平方向に対して約７０°と大きく傾斜させた試料に細く絞った電子線を入射して、電子線が試料表面で回折することで生じる回折図形を取得し、取得した回折図形を解析することによって、電子線が入射した領域の結晶方位を求める手法である（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−１７８１５４号公報

上述したように、ＥＢＳＤ法で回折図形を取得する際には、試料を約７０°傾斜させている。これは、試料を大きく傾斜させて試料表面に対して斜め方向から電子線を入射させることで、電子が試料表面に近い領域で散乱し、エネルギーロスの少ない電子が試料表面から放出されやすくなるためである。回折図形は、エネルギーロスの少ない電子によって形成されるため、試料を大きく傾斜させることで、明瞭な回折図形を得ることができる。

しかしながら、試料を大きく傾斜させた場合、作動距離が大きくなってしまう。一般的に、走査電子顕微鏡では、作動距離が短いほうが電子線を細く絞れるので空間分解能が高い。試料を大きく傾斜させると、対物レンズと試料とが衝突するおそれがあるため、作動距離を短くできず、空間分解能が低下する。具体的には、ＳＥＭ像を取得する際の空間分解能はナノオーダーであるが、ＥＢＳＤ法による測定を行う際の空間分解能は数十ｎｍ程度である。

本発明に係る目的は、回折図形を取得する場合に、作動距離を短くできる電子顕微鏡を提供することにある。

本発明に係る電子顕微鏡の一態様は、
試料に電子線を照射して、前記試料から放出される電子によって形成される回折図形を取得するための電子顕微鏡であって、
対物レンズと、
前記試料が配置される試料ステージと、
前記対物レンズと前記試料ステージとの間に配置され、前記試料から放出される電子によって形成された回折図形が投影される蛍光板と、
前記蛍光板に投影された回折図形を撮影する撮像装置と、
を含む。

このような電子顕微鏡では、低エネルギーの電子線を試料に入射させることによって、試料表面が水平または水平に近い状態でも、蛍光板には菊池線を含む回折図形が投影される。そのため、このような電子顕微鏡では、回折図形を撮影する際に試料を大きく傾斜さ
せる必要がないため、作動距離を短くできる。

第１実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 蛍光板を模式的に示す断面図。 鉄原子に対する電子の弾性散乱断面積を示すグラフ。 試料から放出された電子が散乱を起こした深さを示すグラフ。 撮像装置で蛍光板を撮影して得られた画像を模式的に示す図。 歪み補正後の回折像を模式的に示す図。 第１実施形態に係る電子顕微鏡の処理部の処理の一例を示すフローチャート。 第２実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 第３実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 第３実施形態に係る電子顕微鏡の複数のミラーの配置を模式的に示す図。 ２つのミラーに映った回折図形を撮影して得られた画像から取り出された２つの回折像を模式的に示す図。 ２つの回折像を合成して得られた画像を模式的に示す図。 第３実施形態に係る電子顕微鏡の処理部の処理の一例を示すフローチャート。 第３実施形態に係る電子顕微鏡のミラーの配置の変形例を説明するための図。 第４実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 第５実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 光学素子の機能を説明するための図。 光学素子の機能を説明するための図。 光学素子の機能を説明するための図。 光学素子が平面ミラーである場合の光学素子の機能を説明するための図。 光学素子が平面ミラーである場合の光学素子の機能を説明するための図。 光学素子が平面ミラーである場合の光学素子の機能を説明するための図。 第６実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 第７実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 第７実施形態に係る電子顕微鏡の蛍光板を模式的に示す断面図。 第７実施形態に係る電子顕微鏡の蛍光板の変形例を模式的に示す断面図。

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． 第１実施形態
１．１． 電子顕微鏡
まず、第１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、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成を示す図である。

電子顕微鏡１００は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である。すなわち、電子顕微鏡１００では、ＳＥＭ像を取得することができる。また、電子顕微鏡１００では、試料Ｓに電子線を照射して、試料Ｓから放出される電子によって形成される回折図形を取得することができる。

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源２と、収束レンズ３と、対物レンズ４
と、走査偏向器５と、試料ステージ６と、二次電子検出器８と、蛍光板１０と、撮像装置１２と、処理部２０と、表示部３０と、記憶部３２と、を含む。

電子源２は、電子を発生させる。電子源２は、例えば、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線を放出する電子銃である。電子顕微鏡１００では、電子を加速させるための加速電圧を、数ｋＶ〜数十ｋＶの範囲で変更可能である。

収束レンズ３は、電子源２から放出された電子線を収束させる。収束レンズ３によって、電子プローブ（収束された電子線）の径やプローブ電流（照射電流量）を制御することができる。

対物レンズ４は、試料Ｓの直前に配置された電子プローブを形成するためのレンズである。対物レンズ４は、例えば、コイルと、ヨークと、を含んで構成されている。対物レンズ４では、コイルで作られた磁力線を、透磁率の高い材料で作られたヨークに閉じ込め、ヨークの一部に切欠きを作ることで、高密度に分布した磁力線を光軸ＯＡ上に漏洩させる。電子顕微鏡１００では、収束レンズ３および対物レンズ４によって、電子線を細く絞ることで電子プローブが形成される。

走査偏向器５は、収束レンズ３および対物レンズ４によって形成された電子プローブを偏向させる。走査偏向器５は、電子プローブで、試料Ｓ上を走査するために用いられる。走査偏向器５は、走査信号発生器（図示せず）が発生させた走査信号に基づき駆動し、電子線を偏向させる。これにより、電子プローブで試料Ｓ上を走査することができる。

試料ステージ６には、試料Ｓが載置される。試料ステージ６は、試料Ｓを支持している。試料ステージ６は、試料Ｓを水平方向、および鉛直方向に移動させるための移動機構を有している。また、試料ステージ６は、試料Ｓを傾斜させるための傾斜機構を有している。図１に示す例では、試料ステージ６は、試料Ｓの試料表面が水平になるように試料Ｓを支持している。

二次電子検出器８は、試料Ｓに電子線が照射されることによって試料Ｓから放出される二次電子を検出する。電子プローブで試料Ｓを走査し、二次電子検出器８で試料Ｓから放出される二次電子を検出することによって、ＳＥＭ像（二次電子像）を得ることができる。

蛍光板１０は、試料ステージ６と対物レンズ４との間に配置されている。図示の例では、蛍光板１０は、対物レンズ４の直下に配置されている。蛍光板１０は、試料Ｓに照射される電子線を通過させるための貫通孔１０ａを有している。貫通孔１０ａは、光軸ＯＡ上に設けられている。蛍光板１０は、例えば、光軸ＯＡが貫通孔１０ａの中心を通るように配置されている。蛍光板１０には、試料Ｓから放出される電子によって形成された回折図形が投影される。蛍光板１０に投影される回折図形は、菊池線を含む。

試料に入射した電子が結晶性の試料内で原子の熱振動による非弾性散乱を受けた後にブラッグ反射（弾性散乱）を起こすことによって菊池図形（kikuchi pattern）が生じる。非弾性散乱を受けた電子の進行方向は、広い角度にわたって分布するので、ブラッグ反射位置には、ある結晶面の表面と裏面の反射による明線と暗線のペアが生じる。この明線と暗線のペアを菊池線という。

図２は、蛍光板１０を模式的に示す断面図である。

蛍光板１０は、図２に示すように、金属板１０２と、蛍光体１０４と、を有している。
蛍光板１０は、金属板１０２上に、粉状の蛍光体１０４を配置したものである。蛍光板１０は、金属板１０２上に粉状の蛍光体１０４を塗布することで形成できる。蛍光板１０は、蛍光体１０４が塗布された面１０２ａが試料ステージ６側を向くように配置される。

金属板１０２は、例えば、導電性の金属で構成されている。金属板１０２の材質は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、ステンレス鋼などである。金属板１０２の面１０２ａは、例えば、鏡面である。金属板１０２の平面形状、すなわち、金属板１０２の面１０２ａの形状は、例えば、正多角形、円である。

蛍光体１０４は、金属板１０２上に配置されている。蛍光体１０４は、低エネルギーで発光するものが好ましく、例えば、Ｐ４７（Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ）などである。蛍光板１０は、金属板１０２上に粉状の蛍光体１０４を配置したものであるため、光った位置を判別しやすい。また、金属板１０２が反射鏡としての役割も果たすため、光量を増やすことができる。

撮像装置１２は、図１に示すように、蛍光板１０の斜め下方向に配置されている。撮像装置１２は、蛍光板１０に投影された回折図形を撮影する。撮像装置１２は、蛍光板１０に投影された回折図形を斜め方向から撮影する。これは、電子顕微鏡１００では、蛍光板１０の正面、すなわち、金属板１０２の面１０２ａの垂線方向には、試料ステージ６が位置しているためである。撮像装置１２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどの光学カメラである。

表示部３０は、処理部２０によって生成された画像を表示するものである。表示部３０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などのディスプレイにより実現できる。

記憶部３２は、処理部２０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３２は、処理部２０の作業領域として用いられ、処理部２０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３２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスクなどにより実現できる。

処理部２０は、記憶部３２に記憶されているプログラムに従って、各種の制御処理や計算処理を行う。処理部２０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）等）でプログラムを実行することにより実現することができる。処理部２０は、像取得部２１と、明るさムラ補正部２２と、歪み補正部２３と、解析部２４と、含む。

像取得部２１は、撮像装置１２で蛍光板１０に投影された回折図形を撮影することで得られた画像（以下、「回折像」ともいう）を取得する。

明るさムラ補正部２２は、回折像の明るさムラを補正する。明るさムラ補正部２２は、例えば、回折像を含まない状態で蛍光板１０を撮影して得られた像を、回折像から差し引くことで、回折像の明るさムラを補正する。

歪み補正部２３は、蛍光板１０に投影された回折図形を斜め方向から撮影したことによる回折像の歪みを補正する。

解析部２４は、明るさムラおよび歪みが補正された回折像を用いて、結晶方位の解析を行う。解析部２４は、回折像から菊池線を検出し、検出された菊池線から結晶方位の解析を行う。解析部２４は、例えば、ＥＢＳＤ法による結晶方位の解析手法を用いて、結晶方位の解析を行う。

１．２． 手法
電子顕微鏡１００を用いた、結晶方位の解析手法について説明する。

試料に電子線を入射させると試料内で散乱されて、様々なエネルギーの電子が試料表面から放出される。ＥＢＳＤ法による結晶方位の解析に利用される回折図形は、試料表面から放出される電子のうち、入射エネルギーに対してエネルギーロスの少ない電子によるものである。

図３は、鉄原子に対する電子の弾性散乱断面積を示すグラフである。図３に示すグラフは、直線運動している電子が原子に近づいて電子と原子の相互作用により散乱を起こしたときの角度変化量とその確率を示している。

まず、試料に入射する電子のエネルギーが高い場合を考える。図３からわかるように、高エネルギーの電子は、試料内で散乱しても角度変化が小さい。また、試料に入射した電子は、試料最表面で散乱するわけでなく、平均自由行程の深さまで侵入して散乱するが、平均自由行程は、電子のエネルギーが高くなるほど大きくなる。そのため、試料を水平にして試料に高エネルギーの電子線を入射すると、すなわち、試料表面に対して垂直に高エネルギーの電子線を入射すると、電子の散乱は試料表面から比較的深い領域で起こり、大部分の電子が試料の深い方向へ散乱する。また、ごくまれに電子が試料表面に到達して試料から放出されたとしても、このような電子は、散乱を繰り返しているため、エネルギーロスが大きい。したがって、試料を水平にして試料に高エネルギーの電子線を入射しても、回折図形を形成するエネルギーロスの少ない電子はごくわずかしか試料表面から放出されない。

そのため、ＥＢＳＤ法では、試料を大きく傾斜させて、試料表面に対して電子線を斜め方向から入射させている。これにより、試料中での電子の散乱領域と試料表面とが近づくので、散乱回数の少ない、すなわち、エネルギーロスの少ない電子が試料表面に到達しやすくなる。この結果、回折図形を形成するエネルギーロスの少ない電子が試料表面から多く放出され、回折図形を得やすい。

次に、試料に入射する電子のエネルギーが低い場合を考える。図３に示すように、低エネルギーの電子は、１８０°方向に散乱する確率が高エネルギーの電子に比べて高い。そのため、低エネルギーの電子線を試料に入射した場合、電子線の入射方向とは反対向きの散乱量が増加する。また、低エネルギーの電子は、高エネルギーの電子に比べて、試料中での平均自由行程が短いので、散乱が試料表面に近いところで起きやすい。そのため、低エネルギーの電子線を試料に入射させた場合、試料表面が水平でも、エネルギーロスの少ない電子が多く放出される。

本実施形態では、このことを利用して、試料表面が水平または水平に近い状態（例えば試料傾斜角が１０°以下）にした試料Ｓに低エネルギーの電子線を入射させることによって、回折図形を取得する。例えば、電子顕微鏡１００では、加速電圧を１０ｋＶ以下、より好ましくは加速電圧を５ｋＶ以下とする。これにより、試料Ｓに低エネルギーの電子を入射することができ、試料表面が水平または水平に近い状態であっても、明瞭な回折図形を得ることができる。

図４は、試料から放出された電子（反射電子）が、散乱を起こした深さを示すグラフである。横軸は散乱が起きた深さであり、縦軸はその深さで散乱を起こした電子の割合を示している。図４では、試料は、金である。

加速電圧１５ｋＶ、試料傾斜角７０ｄｅｇの条件は、一般的に、ＥＢＳＤ法で菊池線を取得するために用いられる条件である。試料傾斜角とは、水平方向に対する試料表面の傾き角である。言い換えると、試料傾斜角とは、水平面を基準、すなわち０°とした場合の試料表面の傾きである。なお、電子線は、水平面に対して鉛直方向から試料に入射するものとする。

加速電圧１５ｋＶ、試料傾斜角７０ｄｅｇの場合、試料Ｓから放出される電子のうち、散乱を起こした深さが４０ｎｍ以下の電子の割合が８０％以上である。このように、試料傾斜角を大きくすることで、電子の散乱が起こる深さを浅くすることができ、試料Ｓから放出される電子において、エネルギーロスの少ない電子の割合を大きくすることができる。これにより、明瞭な回折図形を得ることができる。

加速電圧１５ｋＶ、試料傾斜角０ｄｅｇ（すなわち試料表面が水平）の場合、散乱は１００ｎｍよりも深い領域でも起こっている。そのため、この条件では、回折図形のコントラスは非常に弱く、明瞭な回折図形は得られない。

これに対して、加速電圧５ｋＶ、試料傾斜角０ｄｅｇの場合、散乱が浅い箇所で集中して起こる。図４に示すように、加速電圧５ｋＶ、試料傾斜角０ｄｅｇの場合、電子が散乱を起こした深さは、４０ｎｍ以下に集中している。具体的には、加速電圧５ｋＶ、試料傾斜角０ｄｅｇの場合、試料Ｓから放出される電子において、散乱を起こした深さが４０ｎｍ以下の電子の割合が９０％以上である。このように、加速電圧を低くすることで、試料表面が水平または水平に近い状態であっても、電子が散乱を起こす深さを浅くすることができ、試料Ｓから放出される電子において、エネルギーロスの少ない電子の割合を大きくすることができる。

電子顕微鏡１００では、上記のように、試料表面が水平または水平に近い状態（例えば試料傾斜角を１０°以下）となるように試料Ｓを保持した状態で、低エネルギーの電子線を試料Ｓに入射する。これにより、電子は試料Ｓの浅い領域で散乱を起こし、エネルギーロスの少ない電子が試料Ｓから放出される。この結果、蛍光板１０には、菊池線を含む回折図形が投影される。蛍光板１０に投影された回折図形は、撮像装置１２で撮影される。これにより、回折像を得ることができる。

図５は、撮像装置１２で蛍光板１０を撮影して得られた画像（回折像）を模式的に示す図である。

蛍光板１０を撮影して得られた回折像には、蛍光体１０４の厚さムラや、蛍光面のゴミ、試料面の傾きなど様々な要因で明るさのムラ（以下、単に「明るさムラ」ともいう）が生じる。この回折図形以外に起因する明るさムラが回折像に反映されると、解析の精度が落ちてしまう。そのため、電子顕微鏡１００では、回折像に対して、明るさムラを補正する処理を行う。

具体的には、まず、電子線を試料上で走査しながら、撮像装置１２で蛍光板１０を撮影する。このとき、撮像装置１２の像取得時間（露光時間）に対して、電子線のスキャンスピードを十分に速くして、様々な方位の結晶粒を横断するようにする。この結果、得られた画像は、様々な結晶方位に対応する回折図形が平均化されたものとなり、実質的に回折図形を含まない、明るさムラのみの画像（以下、「バックグラウンド画像」ともいう）となる。

次に、回折像からバックグラウンド画像を差し引く。なお、回折像を取得する際の像取得時間（露光時間）とバックグラウンド画像を取得する際の像取得時間（露光時間）とが
同じ場合には、回折像からバックグラウンド画像をそのまま差し引くことができる。回折像を取得する際の像取得時間（露光時間）とバックグラウンド画像を取得する際の像取得時間（露光時間）とが異なる場合には、像取得時間の差を考慮してバックグラウンド画像に像取得時間に応じた係数を掛けてから、回折像から差し引く。これにより、回折像から明るさムラを除去することができる。

図５に示すように、回折像には、撮像装置１２が蛍光板１０に投影された回折図形を斜め方向から撮影したことによる歪みがある。そのため、回折像の歪みを補正する処理を行う。具体的には、まず、適当な試料に電子線を照射し、試料から放出された電子によって蛍光板１０を発光させて撮像装置１２で撮影を行い、蛍光板１０の蛍光面が含まれる画像を取得する。例えば、蛍光面の形状が正八角形の場合、得られた画像中の蛍光面の形状が正八角形となるように、画像の歪みを補正し、このときの補正値を記録する。補正値は、蛍光板１０と撮像装置１２の位置関係で決まるため、一度補正値を求めれば、この位置関係が変わらない限り、同じ補正値を使って回折像の歪みを補正できる。そのため、電子顕微鏡１００では、あらかじめ歪みを補正するための補正値の情報が記憶部３２に記憶されている。

なお、上記では、蛍光面の形状から歪みを補正するための補正値を求める場合について説明したが、例えば、既知の回折図形を持つ試料Ｓで得られた回折図形から補正値を求めてもよい。

図６は、歪み補正後の回折像を模式的に示す図である。

上記のようにして、明るさムラおよび歪みの補正が行われた回折像に対しては、一般的なＥＢＳＤ法による解析と同様の手法で、結晶方位の解析を行うことができる。具体的には、図６に示す回折像から菊池線を検出し、菊池線の角度から方位解析を行うことができる。なお、菊池線を検出する際には、例えば、ハフ変換を用いることができる。回折像において、蛍光板１０の貫通孔１０ａによって菊池線が途切れていても、ハフ変換を用いることで、方位解析が可能である。菊池線から方位解析を行う手法は公知であり、その説明を省略する。

１．３． 処理
次に、電子顕微鏡１００の処理部２０の処理について説明する。図７は、電子顕微鏡１００の処理部２０の処理の一例を示すフローチャートである。

電子顕微鏡１００において、例えば、加速電圧を５ｋＶ以下にして、試料Ｓの解析点に電子線を照射すると、試料Ｓから放出される電子によって形成される回折図形が蛍光板１０に投影される。蛍光板１０に投影された回折図形を撮像装置１２で撮影することで回折像を得ることができる。回折像を得た後、明るさムラを補正するためのバックグラウンド補正画像を得るための撮影を行う。具体的には、上述したように、電子線を試料Ｓ上で走査しながら、撮像装置１２で蛍光板１０を撮影することでバックグラウンド補正画像が得られる。

像取得部２１は、撮像装置１２で蛍光板１０を撮影することで得られた回折像およびバックグラウンド補正画像を取得する（Ｓ１００）。

次に、明るさムラ補正部２２が、取得された回折像からバックグラウンド補正画像を差し引いて、回折像の明るさムラを補正する（Ｓ１０２）。

次に、歪み補正部２３が、取得された回折像に対して、蛍光板１０に投影された回折図
形を斜め方向から撮影したことによる歪みを補正する処理を行う（Ｓ１０４）。歪み補正部２３は、記憶部３２に記憶されている補正値を用いて、回折像の歪みを補正する。

次に、解析部２４が、明るさムラおよび歪みの補正が行われた回折像に対して、試料Ｓの解析点における結晶方位の解析を行う（Ｓ１０６）。

処理部２０は、解析部２４における結晶方位の解析結果を表示部３０に表示させる制御を行い、処理を終了する。

１．４． 特徴
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は、対物レンズ４と試料ステージ６との間に配置され、試料Ｓから放出される電子によって形成された回折図形が投影される蛍光板１０と、蛍光板１０に投影された回折図形を撮影する撮像装置１２と、を含む。そのため、電子顕微鏡１００では、低エネルギーの電子線を試料Ｓに入射させることによって、試料表面が水平または水平に近い状態でも、蛍光板１０には菊池線を含む回折図形が投影される。したがって、電子顕微鏡１００では、回折図形を撮影する際に、試料Ｓを大きく傾斜させる必要がなく、作動距離（working distance）を短くできる。ここで、作動距離とは、対物レンズ４と試料Ｓとの間の距離である。作動距離を短くすることで、空間分解能を高めることができる。

さらに、電子顕微鏡１００では、対物レンズ４と試料ステージ６との間には、蛍光板１０を配置すればよく、例えば対物レンズ４と試料ステージ６との間に検出器を配置する場合と比べて、作動距離を小さくできる。例えば、回折図形を得るために、ＣＣＤなどの二次元配列型の検出器を用いた場合、対物レンズ４と試料ステージ６との間に、電源を供給するための配線や、信号を出力するための配線などを配置するためのスペースが必要となる。これに対して、蛍光板１０は、金属板１０２と、蛍光体１０４と、で構成されているため、非常に薄くでき、かつ、配線を配置するためのスペースも不要である。

また、電子顕微鏡１００では、試料Ｓを大きく傾斜させないことにより、被写界深度を気にすることなく解析が可能であり、試料Ｓの広範囲の解析が可能である。例えば、試料表面が大きく傾いている場合、フォーカスが合う領域が限定され、視野が狭まる。

また、試料Ｓを傾斜させた場合、解析点での電子線の形状が楕円になり、傾斜方向の空間分解能が低下してしまう。これに対して、電子顕微鏡１００では、回折図形を撮影する際に、試料Ｓを大きく傾斜させなくてもよいため、解析点での電子線の形状が円または円に近い楕円となる。そのため、試料Ｓを大きく傾斜させることによる空間分解能の低下を抑制できる。

また、図示はしないが、電子顕微鏡１００がエネルギー分散型Ｘ線分析装置（energy dispersive X-ray spectrometer、ＥＤＳ）を備えている場合、ＥＤＳによる測定と、回折図形の撮影とを、同じ試料傾斜角で行うことができる。例えば、従来のＥＢＳＤ法による測定では、試料Ｓを大きく傾斜させるが、試料Ｓを大きく傾斜させた状態ではＥＤＳによる測定を行うことができない。そのため、従来、ＥＢＳＤ法による測定は、試料Ｓを大きく傾斜させた状態で行われ、ＥＤＳによる測定は試料Ｓを大きく傾斜させることなく行われた。この場合、得られたＥＢＳＤ法の測定結果とＥＤＳの測定結果の整合を取ることは難しい。

電子顕微鏡１００は、蛍光板１０に投影された回折図形を斜め方向から撮影したことによる回折像の歪みを補正する歪み補正部２３を含む。そのため、電子顕微鏡１００では、
精度よく、結晶方位の解析を行うことができる。

電子顕微鏡１００では、加速電圧は、５ｋＶ以下であることが好ましい。これにより、試料Ｓに低エネルギーの電子を入射することができ、試料表面が水平または水平に近い状態でも、明瞭な回折図形を得ることができる。

電子顕微鏡１００では、加速電圧は、試料Ｓから放出される電子のうち、散乱を起こした深さが４０ｎｍ以下の電子の割合が９０％以上となるような電圧であることが好ましい。これにより、試料表面が水平または水平に近い状態でも、明瞭な回折図形を得ることができる。

電子顕微鏡１００では、蛍光板１０は、試料Ｓに照射される電子を通過させる貫通孔１０ａを有している。そのため、電子顕微鏡１００では、対物レンズ４と試料ステージ６との間に蛍光板１０を配置して、回折図形を蛍光板１０に投影することができる。

電子顕微鏡１００では、蛍光板１０は、金属板１０２と、金属板１０２上に配置された粉状の蛍光体１０４と、を有している。このような蛍光板１０では、例えば、板状の蛍光体を用いた場合と比べて、回折図形を明瞭に映し出すことができる。

２． 第２実施形態
２．１． 電子顕微鏡
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８は、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００において、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、その詳細な説明を省略する。

電子顕微鏡２００では、図８に示すように、蛍光板１０に投影された回折図形を写すミラー２０２を含んで構成されている。電子顕微鏡２００では、撮像装置１２は、ミラー２０２に映った回折図形を撮影する。そのため、電子顕微鏡２００では、撮像装置１２の配置の自由度が高い。例えば、ミラー２０２の角度を調整することで、撮像装置１２を水平に配置することが可能である。

２．２． 処理
電子顕微鏡２００の処理部２０の処理は、上述した電子顕微鏡１００の処理と同じであるため、その説明を省略する。

３． 第３実施形態
３．１． 電子顕微鏡
次に、第３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９は、第３実施形態に係る電子顕微鏡３００の構成を示す図である。図１０は、電子顕微鏡３００の複数のミラー（第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂ）の配置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、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００、および第２実施形態に係る電子顕微鏡２００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、その詳細な説明を省略する。

電子顕微鏡３００は、図９および図１０に示すように、蛍光板１０に投影された回折図形を互いに異なる方向から映す複数のミラー（第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂ）を含んで構成されている。電子顕微鏡３００では、撮像装置１２は、複数のミラー（第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂ）に映った回折図形を撮影する。

例えば、図１に示す電子顕微鏡１００において、作動距離を小さくすると、試料Ｓと蛍光板１０との間の距離が小さくなる。そのため、撮像装置１２から見て、蛍光板１０の一部が試料Ｓの影に隠れてしまい、蛍光板１０に投影された回折図形の全体が撮影できない場合がある。

これに対して、電子顕微鏡３００では、第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂが蛍光板１０に投影された回折図形を互いに異なる方向から映すように配置されている。第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂは、互いの死角を補い合うように配置されている。そのため、電子顕微鏡３００では、作動距離を短くしても、蛍光板１０に投影された回折図形の全体を撮影できる。

電子顕微鏡３００では、処理部２０は、画像サイズ補正部２５と、位置補正部２６と、画像合成部２７と、を含んで構成されている。

像取得部２１は、撮像装置１２で２つのミラー２０２ａ，２０２ｂに映った回折図形を撮影して得られた画像を取得する。取得した画像には、第１ミラー２０２ａに映った回折図形と、第２ミラー２０２ｂに映った回折図形と、が含まれている。そのため、像取得部２１は、取得した画像から、これらの回折図形を取り出して、２つの回折像を取得する。

図１１は、撮像装置１２で２つのミラー２０２ａ，２０２ｂに映った回折図形を撮影して得られた画像から取り出された、２つの回折像（第１回折像ＩＡおよび第２回折像ＩＢ）を模式的に示す図である。第１回折像ＩＡは、第１ミラー２０２ａに映った回折図形を含む画像であり、第２回折像ＩＢは、第２ミラー２０２ｂに映った回折図形を含む画像である。

図１１に示すように、第１回折像ＩＡでは、回折図形の一部、具体的には右側が欠けている。また、第２回折像ＩＢでは、回折図形の一部、具体的には左側が欠けている。

明るさムラ補正部２２は、２つの回折像ＩＡ，ＩＢに対して、それぞれ明るさムラを補正する処理を行う。明るさムラ補正部２２は、例えば、第１回折像ＩＡに対応するバックグラウンド補正画像を用いて第１回折像ＩＡの明るさムラを補正する。明るさムラ補正部２２は、同様に、第２回折像ＩＢに対応するバックグラウンド補正画像を用いて第２回折像ＩＢの明るさムラを補正する。

歪み補正部２３は、２つの回折像ＩＡ，ＩＢに対して、それぞれ蛍光板１０に投影された回折図形を斜め方向から撮影したことによる歪みを補正する処理を行う。歪み補正部２３は、上述した電子顕微鏡１００の場合と同様に、記憶部３２に記憶されている第１回折像ＩＡに対する補正値を用いて、第１回折像ＩＡの歪みを補正する。また、歪み補正部２３は、同様に、記憶部３２に記憶されている第２回折像ＩＢに対する補正値を用いて、第２回折像ＩＢの歪みを補正する。

画像サイズ補正部２５は、２つの回折像ＩＡ，ＩＢの画像サイズの違いを補正する。すなわち、画像サイズ補正部２５は、２つの回折像ＩＡ，ＩＢの画像サイズを同じにする処理を行う。画像サイズ補正部２５は、記憶部３２に記憶されている補正値を用いて、２つの回折像ＩＡ，ＩＢの画像サイズの補正を行い、２つの回折像ＩＡ，ＩＢの画像サイズを同じにする。

位置補正部２６は、２つの回折像ＩＡ，ＩＢが重なるように、２つの回折像ＩＡ，ＩＢの位置関係を補正する。位置補正部２６は、例えば、記憶部３２に記憶されているオフセット量を用いて、第１回折像ＩＡおよび第２回折像ＩＢ間の位置関係の補正を行い、第１
回折像ＩＡおよび第２回折像ＩＢを重ねる。

画像合成部２７は、２つの回折像ＩＡ，ＩＢを合成して、試料Ｓの解析点における回折図形の全体を含む回折像を生成する。例えば、図１１に示すように、第１回折像ＩＡは右側が欠けており、第２回折像ＩＢは左側が欠けている場合、第１回折像ＩＡの左側と、第２回折像ＩＢの右側と、を用いて１つの回折像ＩＡ＋ＩＢを生成する（図１２参照）。

解析部２４は、画像合成部２７で生成された回折像ＩＡ＋ＩＢを用いて、結晶方位の解析を行う。結晶方位の解析は、電子顕微鏡１００の例と同様に行うことができる。

なお、上述した歪みを補正するための補正値、画像サイズを補正するための補正値、およびオフセット量は、蛍光板１０、ミラー２０２ａ，２０２ｂ、および撮像装置１２の位置関係が変わらない限り、同じ値を用いることができる。そのため、例えば、適当な試料Ｓを用いて、これらの補正値やオフセット量を求めておき、求めた補正値およびオフセット量を記憶部３２に記録しておく。

具体的には、試料Ｓに電子線を照射して、蛍光板１０に投影された回折図形を第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂを介して撮影する。このとき、回折図形が欠けないように作動距離を長めに設定しておく。そして、取得した２つの回折像の歪みを補正し、このときの補正値を記録する。また、取得した２つの回折像の画像サイズが同じになるように、２つの回折像の少なくとも一方を補正し、このときの補正値を記録する。また、取得した２つの回折像が重なるように位置を調整し、このときの移動量（オフセット量）を記録する。このようにして、歪みを補正する補正値、画像サイズを補正する補正値、およびオフセット量をあらかじめ記録することができる。

３．２． 処理
次に、電子顕微鏡３００の処理部２０の処理について説明する。図１３は、電子顕微鏡３００の処理部２０の処理の一例を示すフローチャートである。

電子顕微鏡１００において、例えば、加速電圧を５ｋＶ以下にして、試料Ｓの解析点に電子線を照射すると、試料Ｓから放出される電子によって形成される回折図形が蛍光板１０に投影される。蛍光板１０に投影された回折図形は、２つのミラー２０２ａ，２０２ｂに映る。撮像装置１２は２つのミラー２０２ａ，２０２ｂに映った回折図形を撮影する。回折図形を撮影した後、明るさムラを補正するためのバックグラウンド補正画像を得るための撮影を行う。具体的には、上述したように、電子線を試料Ｓ上で走査しながら、撮像装置１２で２つのミラー２０２ａ，２０２ｂに映った像を撮影する。

像取得部２１は、このようにして得られた２つの回折図形を含む画像、およびバックグラウンド補正画像を得るための画像を取得する。像取得部２１は、２つの回折図形を含む画像から２つの回折像（第１回折像ＩＡおよび第２回折像ＩＢ）を取得し、バックグラウンド補正画像を得るための画像から２つのバックグラウンド補正画像を取得する（Ｓ２００）。

次に、明るさムラ補正部２２が、第１回折像ＩＡに対して、対応するバックグラウンド補正画像を差し引く処理を行い、第２回折像ＩＢに対して、対応するバックグラウンド補正画像を差し引く処理を行う（Ｓ２０２）。これにより、第１回折像ＩＡおよび第２回折像ＩＢの明るさムラを補正できる。

次に、歪み補正部２３が、第１回折像ＩＡおよび第２回折像ＩＢに対して、蛍光板１０に投影された回折図形を斜め方向から撮影したことによる歪みを補正する処理を行う（Ｓ
２０４）。歪み補正部２３は、記憶部３２に記憶されている第１回折像ＩＡの補正値を用いて、第１回折像ＩＡの歪みを補正する。同様に、歪み補正部２３は、記憶部３２に記憶されている第２回折像ＩＢの補正値を用いて、第２回折像ＩＢの歪みを補正する。

次に、画像サイズ補正部２５が、第１回折像ＩＡおよび第２回折像ＩＢの画像サイズを同じにする処理を行う（Ｓ２０６）。画像サイズ補正部２５は、記憶部３２に記憶されている第１回折像ＩＡの補正値を用いて、第１回折像ＩＡの画像サイズを補正する。同様に、歪み補正部２３は、記憶部３２に記憶されている第２回折像ＩＢの補正値を用いて、第２回折像ＩＢの画像サイズを補正する。

次に、位置補正部２６が、第１回折像ＩＡおよび第２回折像ＩＢが重なるように、第１回折像ＩＡと第２回折像ＩＢとの位置関係を補正する処理を行う（Ｓ２０８）。位置補正部２６は、記憶部３２に記憶されているオフセット量を用いて第１回折像ＩＡと第２回折像ＩＢとの位置関係の補正を行う。

次に、画像合成部２７が、第１回折像ＩＡと第２回折像ＩＢを合成して、試料Ｓの解析点における回折図形の全体を含む回折像ＩＡ＋ＩＢを生成する（Ｓ２１０）。

次に、解析部２４が、画像合成部２７で生成された回折像ＩＡ＋ＩＢに対して、試料Ｓの解析点における結晶方位の解析を行う（Ｓ２１２）。

処理部２０は、解析部２４における結晶方位の解析結果を表示部３０に表示させる制御を行い、処理を終了する。

３．３． 特徴
電子顕微鏡３００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡３００は、蛍光板１０に投影された回折図形を互いに異なる方向から映す第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂを含み、撮像装置１２は、第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂに映った回折図形を撮影する。そのため、電子顕微鏡３００では、作動距離を短くした場合でも、第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂを用いることによって、蛍光板１０に投影された回折図形の全体を撮影できる。

電子顕微鏡３００は、第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂに映った回折図形を撮影して得られた第１回折像ＩＡおよび第２回折像ＩＢを合成する画像合成部２７を含む。そのため、電子顕微鏡３００では、作動距離を短くした場合でも、蛍光板１０に投影された回折図形の全体を含む回折像ＩＡ＋ＩＢを得ることができる。

なお、上述した実施形態では、蛍光板１０に投影された回折図形の全体を撮影するために、２つのミラー（第１ミラー２０２ａおよび第２ミラー２０２ｂ）を用いる場合について説明したが、蛍光板１０に投影された回折図形の全体を撮影するために、３つ以上のミラーを用いてもよい。

３．４． 変形例
図１４は、第３実施形態に係る電子顕微鏡のミラーの配置の変形例を説明するための図である。

電子顕微鏡３００は、図１４に示すように、第１ミラー２０２ａに映った回折図形を、撮像装置１２に導く複数のミラー２０３ａ，２０３ｂと、第２ミラー２０２ｂに映った回折図形を撮像装置１２に導く複数のミラー２０３ｃ，２０３ｂと、を含む。

図示の例では、蛍光板１０に投影された回折図形は、第１ミラー２０２ａ、ミラー２０３ａ、およびミラー２０３ｂに投影されて、撮像装置１２で撮影される。また、蛍光板１０に投影された回折図形は、第２ミラー２０２ｂ、ミラー２０３ｂ、およびミラー２０３ｂに投影されて、撮像装置１２で撮影される。

このように、複数のミラー２０２ａ，２０２ｂ，２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃを用いることで、蛍光板１０に投影された回折図形の全体を撮影することができる。さらに、撮像装置１２の配置の自由度を高めることができる。

４． 第４実施形態
次に、第４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１５は、第４実施形態に係る電子顕微鏡４００の構成を示す図である。以下、第４実施形態に係る電子顕微鏡４００において、第１〜第３実施形態に係る電子顕微鏡１００、２００，３００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、その詳細な説明を省略する。

電子顕微鏡４００では、図１５に示すように、撮像装置１２は、複数設けられ、複数の撮像装置１２は、互いに異なる方向から蛍光板１０に投影された回折図形を撮影する。

図１５に示す例では、撮像装置１２は、２つ設けられているが、撮像装置１２の数は、３つ以上であってもよい。２つの撮像装置１２は、互いの死角を補い合うように配置されている。

２つの撮像装置１２で蛍光板１０に投影された回折図形を撮影することによって、上述した電子顕微鏡３００と同様に、２つの回折像を得ることができ、２つの回折像を合成することで、蛍光板１０に投影された回折図形の全体を含む回折像を得ることができる。

２つの回折像から試料Ｓの解析点の結晶方位を解析する処理部２０の処理は、上述した電子顕微鏡３００の場合と同様であり、その説明を省略する。

電子顕微鏡４００では、撮像装置１２は、複数設けられ、複数の撮像装置１２は、互いに異なる方向から蛍光板１０に投影された回折図形を撮影する。また、画像合成部２７は、複数の撮像装置１２で取得された複数の回折像を合成する。そのため、電子顕微鏡４００では、作動距離を短くした場合でも、複数の撮像装置１２を用いることによって、蛍光板１０に投影された回折図形の全体を撮影できる。

５． 第５実施形態
５．１． 電子顕微鏡
次に、第５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１６は、第５実施形態に係る電子顕微鏡５００の構成を示す図である。以下、第５実施形態に係る電子顕微鏡５００において、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００、第３実施形態に係る電子顕微鏡３００、および第４実施形態に係る電子顕微鏡４００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、その詳細な説明を省略する。

電子顕微鏡５００は、図１６に示すように、蛍光板１０に投影された回折図形を撮像装置１２に投影する光学系４０を含む。

光学系４０は、試料ステージ６の近傍に配置されている。光学系４０は、電子顕微鏡５
００の本体の内部、すなわち、真空に維持された部分に配置されている。なお、光学系４０の一部が電子顕微鏡本体の外部に配置されてもよい。この場合、撮像装置１２は電子顕微鏡本体の外部に配置される。例えば、２つのミラー４２のうちの一方が電子顕微鏡本体の内部に配置され、他方が電子顕微鏡本体の外部に配置されている場合、２つのミラー４２の間には、蛍光板１０が発した光を通過させる窓部が設けられる。

光学系４０は、ミラー４１と、ミラー４２と、光学素子４３と、レンズ４４と、を有している。光学系４０では、光の経路に沿って、光源側から、ミラー４１、２つのミラー４２、光学素子４３、レンズ４４の順で配置されている。

ミラー４１は、蛍光板１０に投影された回折図形を撮像装置１２に結像させる。ミラー４１は、正の屈折力を有している。なお、蛍光板１０に投影された回折図形を撮像装置１２に結像させることができればミラー４１のかわりに、正の屈折力を有するレンズなどのその他の光学素子を用いてもよい。

ミラー４２は、例えば、平面ミラーである。ミラー４２は、複数配置されている。図示の例では、２つのミラー４２が配置されている。ミラー４２は、試料ステージ６などの電子顕微鏡５００の内部の構造物を回避するために用いられる。また、ミラー４２を用いることによって、回折像の結像面と電子顕微鏡５００を構成する鏡筒などの構造物とを、平行にできる。これにより、光学系４０を構成する光学素子や撮像装置１２の傾きの調整が不要になる。

光学素子４３は、蛍光板１０に投影された回折図形を斜め方向から見たことによるパースペクティブを補正する。光学素子４３は、例えば、自由曲面ミラーである。

パースペクティブが生じた状態では、蛍光板１０上に格子状に光源が並んでいたとすると、それぞれの光源を起点とする光線が撮像装置１２に投影されたときに、拡大側では光線の密度が低く、縮小側では光線の密度が高くなる。

自由曲面ミラーは、その曲率がミラー上の位置によって異なる。そのため、自由曲面ミラーを用いて光線を反射させると、光線とミラーの接点の位置に応じて光線の反射角度が変化する。これを利用することによって、蛍光板１０上のそれぞれの光源を起点とする光線に、連続的に異なる反射角度を与えて、撮像装置１２に投影される光線の単位面積あたりの密度を変えることが可能となる。これにより、パースペクティブを補正できる。

光学素子４３の形状は特に限定されず、回転対称性を有していなくてもよい。例えば、光学素子４３として回転対称な自由曲面ミラーの一部のみを利用してもよい。光学素子４３は、パースペクティブ以外の像の歪みを光学的に補正する機能を備えていてもよい。また、光学素子４３は、複数の自由曲面ミラーを有し、複数の自由曲面ミラーを用いて、パースペクティブを補正してもよい。さらに、光学素子４３は、収差を補正するために、複数のレンズや複数のミラーを有していてもよい。

レンズ４４は、光学素子４３を通過した後の像の歪みや収差を光学的に補正する。レンズ４４としては、例えば、ダブレットレンズ、トリプレットレンズ、ガウスレンズなどといった、凹レンズや凸レンズを組み合わせることによって球面収差、非点収差、および像面湾曲を補正するレンズタイプが用いられる。また、レンズ４４において、非球面レンズを用いて球面収差を補正してもよいし、アプラナティックレンズによってコマ収差を補正してもよいし、これらを上記レンズタイプの構成要素としてもよい。

なお、レンズ４４を用いた光学的な歪み補正を行わずに、処理部２０の処理によって歪
みを補正してもよいし、レンズ４４を用いた光学的な歪み補正と、処理部２０の処理による歪み補正と、を併用してもよい。

撮像装置１２は、電子顕微鏡本体の内部に配置されてもよいし、外部に配置されてもよい。撮像装置１２を電子顕微鏡本体の外部に配置する場合、光学系４０の一部を電子顕微鏡本体の外部に配置してもよい。

図１７〜図１９は、光学素子４３の機能を説明するための図である。図１７は、光学系４０における光の経路を示す光線図である。図１８は、光学系４０の理想的な結像面における集光度合いを示す図である。図１９は、光学系４０の理想的な結像面における像の歪みを示す図である。

なお、図１７〜図１９において、「Ａ」と「Ｂ」は、光線図において、蛍光板１０側の光線と、結像側の光線とを、対応づけるための記号である。光学系４０の理想的な結像面には、撮像装置１２の検出面が配置される

図２０〜図２２は、参考例として、光学素子４３が平面ミラーである場合の光学素子４３の機能を説明するための図である。図２０は、参考例に係る光学系４０における光の経路を示す光線図である。図２１は、参考例に係る光学系４０の理想的な結像面における集光度合いを示す図である。図２２は、参考例に係る光学系４０の理想的な結像面における像の歪みを示す図である。

光学素子４３が平面ミラーである場合、図２２に示すように、理想的な結像面の位置において、下側であるＡ側に比べて、上側であるＢ側が縮小されている。さらに、図２１に示す集光度合いを示す図では、点の分布が集中しているほど、撮像装置１２の検出面上で集光している状態を表すが、Ａ側に比べて、Ｂ側において上下方向の集光度が悪いことがわかる。これは、結像面が、撮像装置１２の検出面に対して傾いていることを示しており、図２０に示す光線図における焦点が撮像装置１２の検出面よりも光源側に傾いていることと対応する。この状態で得られる回折像は、Ａ側では、はっきりとした輪郭が得られるのに対して、Ｂ側ではぼやける。

これに対して、電子顕微鏡１００の光学系４０では、光学素子４３が自由曲面ミラーであるため、図１９に示すように、回折図形の上下方向の格子間隔の変化が軽減され、上下方向のパースペクティブが補正されていることがわかる。さらに、図１８に示すように、理想的な結像面における上下方向の集光度合いが均一化されており、図１７に示すように光線が交わる部分が理想的な結像面と重なっている。これは、光学素子４３によって結像面の傾きが補正され、結像面と理想的な結像面とがほとんど一致していることを示している。

なお、図１７〜図１９に示す例では、非点収差が生じた状態、すなわち、結像面における左右方向の集光度合いと上下方向の集光度合いが一致していない状態となっている。このような非点収差や、図１９に見られるような縦横圧縮比の差や糸巻収差などについては、レンズ４４としてシリンドリカルレンズなどを配置することで補正できる。

電子顕微鏡５００では、試料表面が水平または水平に近い状態となるように試料Ｓを保持した状態で、低エネルギーの電子線を試料Ｓに入射する。これにより、電子は試料Ｓの浅い領域で散乱を起こし、エネルギーロスの少ない電子が試料Ｓから放出される。この結果、蛍光板１０には、菊池線を含む回折図形が投影される。蛍光板１０に投影された回折図形は、光学系４０によってパースペクティブを含む像の歪みが補正され、撮像装置１２に投影される。撮像装置１２によって撮影された回折像は、像取得部２１に送られる。明
るさムラ補正部２２は、回折像の明るさムラを補正する処理を行い、解析部２４は、明るさムラが補正された回折像の結晶方位の解析を行う。なお、光学系４０の構成によっては、明るさムラを補正した後に、処理部２０において、歪み補正を行ってもよい。

５．２． 処理
電子顕微鏡５００の処理部２０の処理は、上述した図７に示す電子顕微鏡１００の処理部２０の処理と、回折像の歪みを補正する処理（Ｓ１０４）を行わない点を除いて同じであり、その説明を省略する。

５．３． 特徴
電子顕微鏡５００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡５００は、蛍光板１０に投影された回折図形を撮像装置１２に投影する光学系４０を含み、光学系４０は蛍光板１０に投影された回折図形を斜め方向から見たことによるパースペクティブを補正する光学素子４３を有している。そのため、電子顕微鏡５００では、光学的にパースペクティブを補正できるため、処理部２０の処理に要する時間を短縮できる。

ここで、撮像装置１２で得られる回折像には、収差やパースペクティブが含まれる。収差は主に光学系に含まれるレンズやミラーに起因するのに対し、パースペクティブは遠近感とも呼ばれ、物体と撮像装置の位置関係に起因する像の大きさの違いによって生じる。具体的には、遠くのものが小さく投影され、近くのものが大きく投影されることをいう。

物体を斜め方向から見る場合には、撮像装置に対して物体の一方の端は遠く、他方の端は近い。そのため、撮像装置には、中心と比べて、一方側では像が縮小され、他方側では像が拡大されたパースペクティブの生じた像が投影される。作動距離を小さくするほど、撮像装置と物体の一方の端との距離と、撮像装置と物体の他方の端との距離と、の差は大きくなり、パースペクティブは増大する。そのため、作動距離を小さくした場合、例えば、上述した図１に示す電子顕微鏡１００では、歪み補正部２３における処理が増大する。すなわち、電子顕微鏡１００では、作動距離を小さくして空間分解能を向上させた場合に、歪み補正部２３における処理に時間がかかってしまうという問題がある。

これに対して、電子顕微鏡５００では、光学素子４３によって光学的にパースペクティブを補正できるため、例えば作動距離を小さくしても、処理部２０の処理に要する時間を短くできる。

なお、図示はしないが、光学系４０の構成によっては、電子顕微鏡５００の処理部２０は、歪み補正部２３で歪みの補正を行ってもよい。この場合でも、光学素子４３によって光学的にパースペクティブを補正できるため、歪み補正部２３の処理の時間を短縮できる。

６． 第６実施形態
次に、第６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２３は、第６実施形態に係る電子顕微鏡６００の構成を示す図である。以下、第６実施形態に係る電子顕微鏡６００において、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００、第３実施形態に係る電子顕微鏡３００、第４実施形態に係る電子顕微鏡４００、および第５実施形態に係る電子顕微鏡５００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、その詳細な説明を省略する。

電子顕微鏡６００では、図２３に示すように、撮像装置１２と光学系４０の組み合わせ
た撮像部５０が、複数設けられ、複数の撮像部５０は、互いに異なる方向から蛍光板１０に投影された回折図形を撮影する。

図２３に示す例では、撮像部５０は２つ設けられているが、撮像部５０の数は３つ以上であってもよい。２つの撮像部５０は、互いの死角を補い合うように配置されている。電子顕微鏡６００では、撮像部５０は光学素子４３を含むため、撮像部５０で得られた回折像は歪みが補正されている。

２つの撮像部５０で蛍光板１０に投影された回折図形を撮影することによって、上述した電子顕微鏡３００および電子顕微鏡４００と同様に、２つの回折像を得ることができ、２つの回折像を合成することで、蛍光板１０に投影された回折図形の全体を含む回折像を得ることができる。

２つの回折像から試料Ｓの解析点の結晶方位を解析する処理部２０の処理は、歪み補正部２３の処理を行わない点、すなわち、図１３に示す回折像の歪みの補正（Ｓ２０４）を行わない点を除いて、上述した図１３に示す電子顕微鏡３００の場合と同様であり、その説明を省略する。

電子顕微鏡６００では、撮像部５０は複数設けられ、複数の撮像部５０は互いに異なる方向から蛍光板１０に投影された回折図形を撮影する。また、画像合成部２７は、複数の撮像装置１２で取得された複数の回折像を合成する。そのため、電子顕微鏡６００では、作動距離を短くした場合でも、複数の撮像部５０を用いることによって、蛍光板１０に投影された回折図形の全体を撮影できる。

ここで、撮像部５０は、蛍光板１０に投影された回折図形を斜め方向から撮影しているため、蛍光板１０のなかでも撮像部５０から遠い端部は暗く、撮像部５０から近い端部は明るく見える。つまり、得られる回折像は、明るさムラを持つ。このように、明るさムラがある場合、例えば１つの撮像部５０で回折像を撮影する場合、暗い部分の回折像を得るためには、明るい部分の回折像を得るよりも長い露光時間が必要となる。このような問題に対して、電子顕微鏡６００では、複数の撮像部５０が互いに異なる方向から回折図形を撮影するため、撮像部５０に近い明るい部分だけを撮影できればよい。そのため、撮像部５０が１つの場合よりも、短い露光時間で回折図形を撮影できる。したがって、電子顕微鏡６００では、回折像の取得に要する時間が減少する。

７． 第７実施形態
７．１． 電子顕微鏡
次に、第７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２４は、第７実施形態に係る電子顕微鏡７００の構成を示す図である。図２５は、蛍光板１０を模式的に示す断面図である。

以下、第７実施形態に係る電子顕微鏡７００において、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００、第３実施形態に係る電子顕微鏡３００、第４実施形態に係る電子顕微鏡４００、第５実施形態に係る電子顕微鏡５００、および第６実施形態に係る電子顕微鏡６００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、その詳細な説明を省略する。

電子顕微鏡７００では、蛍光板１０は、図２５に示すように、板部材１０６と、蛍光体１０４と、を有している。

板部材１０６は、蛍光体１０４が発した光を通過させる物質で構成された板である。板
部材１０６は、例えば、ガラス板、アクリル板である。板部材１０６は、第１面１０６ａと、第１面１０６ａとは反対側の第２面１０６ｂと、を有している。

板部材１０６の第１面１０６ａには、蛍光体１０４が配置されている。板部材１０６の第２面１０６ｂには、複数の光ファイバー６０が接続されている。第２面１０６ｂには、複数の光ファイバー６０の端部が敷き詰められている。蛍光板１０は、板部材１０６の第１面１０６ａが試料ステージ６側、第２面１０６ｂが対物レンズ４側を向くように、対物レンズ４と試料ステージ６との間に配置される。

光ファイバー６０は、蛍光体１０４が発した光を撮像装置１２に導く。光ファイバー６０の一方の端は、板部材１０６の第２面１０６ｂに接続され、光ファイバー６０の他方の端は、撮像装置１２に接続されている。板部材１０６の第２面１０６ｂにおける各光ファイバー６０の位置の情報は、あらかじめ記憶部３２に記憶されている。

撮像装置１２は、例えば、光を電気信号に変換する光／電気交換装置である。撮像装置１２は、光ファイバーからの光（光信号）を電気信号に変換して、処理部２０に送る。撮像装置１２は、例えば、光電子増倍管である。撮像装置１２では、１本の光ファイバー６０に対して１つの光電子増倍管が配置されている。すなわち、撮像装置１２は、複数の光電子増倍管で構成されている。

撮像装置１２は、ＣＣＤイメージセンサーや、ＣＭＯＳイメージセンサーなどのイメージセンサーであってもよい。イメージセンサーは、２次元のイメージセンサーであってもよいし、１次元のイメージセンサーであってもよい。撮像装置１２がイメージセンサーである場合、１本の光ファイバー６０からの光を複数のイメージセンサーで検出してもよい。

電子顕微鏡７００では、試料表面が水平または水平に近い状態となるように試料Ｓを保持した状態で、低エネルギーの電子線を試料Ｓに入射する。これにより、電子は試料Ｓの浅い領域で散乱を起こし、エネルギーロスの少ない電子が試料Ｓから放出される。この結果、蛍光板１０には、菊池線を含む回折図形が投影される。蛍光板１０で発生した光は、光ファイバー６０によって撮像装置１２に導かれる。撮像装置１２では、光が電気信号に変換され、処理部２０に送られる。

ここで、電子顕微鏡７００では、光ファイバー６０を用いることによって、回折図形を直上から取得できるため、回折図形を斜め方向から撮影したことによる画像の歪みを補正することなく、パースペクティブのない回折像を得ることができる。

像取得部２１は、撮像装置１２からの電気信号を取得し、記憶部３２に記憶されている光ファイバー６０の位置情報に基づいて、回折像を生成する。このようにして、回折像を取得できる。明るさムラ補正部２２は、回折像の明るさムラを補正する処理を行い、解析部２４は、明るさムラが補正された回折像の結晶方位の解析を行う。

７．２． 処理
電子顕微鏡７００の処理部２０の処理は、上述した図７に示す電子顕微鏡１００の処理部２０の処理と、回折像の歪みを補正する処理（Ｓ１０４）を行わない点を除いて同じであり、その説明を省略する。

７．３． 特徴
電子顕微鏡７００では、蛍光板１０は、蛍光体１０４が発する光を通過させる板部材１０６と、板部材１０６の第１面１０６ａに配置された蛍光体１０４と、を有し、板部材１
０６の第２面１０６ｂには、蛍光板１０が発した光を撮像装置１２に導く光ファイバー６０が接続されている。そのため、電子顕微鏡７００では、回折図形を直上から取得でき、回折図形を斜め方向から撮影したことによる画像の歪みを補正することなく、パースペクティブのない回折像を得ることができる。したがって、電子顕微鏡７００では、処理部２０の処理の時間を短縮できる。

７．４． 変形例
図２６は、第７実施形態に係る電子顕微鏡の蛍光板１０の変形例を説明するための図である。

電子顕微鏡７００は、図２６に示すように、蛍光板１０が発した光を撮像装置１２に導く複数の光ファイバー６０を含み、蛍光板１０は、複数の光ファイバー６０の先端に配置された蛍光体１０４で構成されている。すなわち、蛍光板１０は板部材を有しておらず、光ファイバー６０の先端に、直接、蛍光体１０４が配置されている。例えば、光ファイバー６０の束の先端に、蛍光体１０４が塗布されている。図２６に示す蛍光板１０を用いた場合でも、上述した図２５に示す蛍光板１０を用いた場合と同様の作用効果を奏することができる。

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及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である。また、本発明は、実施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…電子源、３…収束レンズ、４…対物レンズ、５…走査偏向器、６…試料ステージ、８…二次電子検出器、１０…蛍光板、１０ａ…貫通孔、１２…撮像装置、２０…処理部、２１…像取得部、２２…明るさムラ補正部、２３…歪み補正部、２４…解析部、２５…画像サイズ補正部、２６…位置補正部、２７…画像合成部、３０…表示部、３２…記憶部、４０…光学系、４１…ミラー、４２…ミラー、４３…光学素子、４４…レンズ、５０…撮像部、６０…光ファイバー、１００…電子顕微鏡、１０２…金属板、１０２ａ…面、１０４…蛍光体、１０６…板部材、１０６ａ…第１面、１０６ｂ…第２面、２００…電子顕微鏡、２０２…ミラー、２０２ａ…第１ミラー、２０２ｂ…第２ミラー、２０３ａ…ミラー、２０３ｂ…ミラー、２０３ｃ…ミラー、３００…電子顕微鏡、４００…電子顕微鏡、５００…電子顕微鏡、６００…電子顕微鏡、７００…電子顕微鏡

Claims (17)

1. 試料に電子線を照射して、前記試料から放出される電子によって形成される回折図形を取得するための電子顕微鏡であって、
   対物レンズと、
   前記試料が配置される試料ステージと、
   前記対物レンズと前記試料ステージとの間に配置され、前記試料から放出される電子によって形成された回折図形が投影される蛍光板と、
   前記蛍光板に投影された回折図形を撮影する撮像装置と、
   を含む、電子顕微鏡。
2. 請求項１において、
   前記蛍光板に投影された回折図形を映すミラーを含み、
   前記撮像装置は、前記ミラーに映った回折図形を撮影する、電子顕微鏡。
3. 請求項１において、
   前記蛍光板に投影された回折図形を互いに異なる方向から映す複数のミラーを含み、
   前記撮像装置は、前記複数のミラーに映った回折図形を撮影する、電子顕微鏡。
4. 請求項３において、
   前記複数のミラーに映った回折図形を撮影して得られた複数の画像を合成する画像合成部を含む、電子顕微鏡。
5. 請求項１において、
   前記撮像装置は、複数設けられ、
   複数の前記撮像装置は、互いに異なる方向から前記蛍光板に投影された回折図形を撮影する、電子顕微鏡。
6. 請求項５において、
   複数の前記撮像装置で取得された複数の画像を合成する画像合成部を含む、電子顕微鏡。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、
   前記蛍光板に投影された回折図形を斜め方向から撮影したことによる画像の歪みを補正する歪み補正部を含む、電子顕微鏡。
8. 請求項１において、
   前記蛍光板に投影された回折図形を前記撮像装置に投影する光学系を含み、
   前記光学系は、前記蛍光板に投影された回折図形を斜め方向から見たことによるパースペクティブを補正する光学素子を有している、電子顕微鏡。
9. 請求項８において、
   前記光学素子は、自由曲面ミラーである、電子顕微鏡。
10. 請求項８または９において、
    前記蛍光板に対して前記光学系とは異なる方向に配置された他の光学系と、
    他の撮像装置と、
    を含み、
    前記他の光学系は、前記蛍光板に投影された回折図形を前記他の撮像装置に投影し、
    前記他の光学系は、前記蛍光板に投影された回折図形を斜め方向から見たことによるパ
    ースペクティブを補正する光学素子を有している、電子顕微鏡。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項において、
    前記蛍光板は、
    金属板と、
    前記金属板上に配置された粉状の蛍光体と、
    を有している、電子顕微鏡。
12. 請求項１において、
    前記蛍光板は、
    第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有する板部材と、
    前記第１面に配置された蛍光体と、
    を有し、
    前記板部材は、前記蛍光体が発する光を通過させ、
    前記第２面には、前記蛍光体が発した光を前記撮像装置に導く光ファイバーが接続されている、電子顕微鏡。
13. 請求項１において、
    前記蛍光板が発した光を前記撮像装置に導く光ファイバーを含み、
    前記蛍光板は、前記光ファイバーの先端に配置された蛍光体で構成されている、電子顕微鏡。
14. 請求項１ないし１３のいずれか１項において、
    加速電圧は、１０ｋＶ以下である、電子顕微鏡。
15. 請求項１ないし１４のいずれか１項において、
    加速電圧は、５ｋＶ以下である、電子顕微鏡。
16. 請求項１ないし１５のいずれか１項において、
    加速電圧は、前記試料から放出される電子のうち、散乱を起こした深さが４０ｎｍ以下の電子の割合が８０％以上となるような電圧である、電子顕微鏡。
17. 請求項１ないし１６のいずれか１項において、
    前記蛍光板は、前記試料に照射される電子を通過させる貫通孔を有している、電子顕微鏡。