JP2023170015A - 荷電粒子線装置および試料観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を簡素化できる荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】本発明に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子線を試料に照射する照射光学系と、試料を透過した荷電粒子線を光に変換する蛍光面４２を有する蛍光部材と、試料を透過した荷電粒子線で蛍光面４２に結像する結像光学系と、蛍光面４２に対して光軸Ａ４が垂直に配置され、蛍光面で可視化された像を撮影するカメラ７０と、蛍光面４２で変換された光を検出する光検出器と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子線装置および試料観察方法に関する。

走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）では、電子プローブで試料を走査し、試料を透過した電子のうち試料で散乱した電子を円環状の検出器で検出することによって暗視野ＳＴＥＭ像を取得できる。また、走査透過電子顕微鏡では、電子プローブで試料を走査し、試料を透過した電子のうち試料で散乱されずに透過した電子、および小さい角度で散乱した電子を円盤状の検出器で検出することによって明視野ＳＴＥＭ像を取得できる。

特許文献１には、暗視野ＳＴＥＭ像を取得するための円環状の検出器と、環状明視野ＳＴＥＭ像を取得するための円環状の検出器と、明視野ＳＴＥＭ像を取得するための円盤状の検出器を備えた走査透過電子顕微鏡が開示されている。

特許文献１では、暗視野ＳＴＥＭ像を取得するための第１円環状検出器の下に、環状明視野ＳＴＥＭ像を取得するための第２円環状検出器が配置され、第２円環状検出器の下に明視野ＳＴＥＭ像を取得するための円盤状検出器が配置されている。特許文献１の走査透過電子顕微鏡では、第１円環状検出器の中心の孔を通過した電子のうちの小さい角度で散乱した電子を第２円環状検出器で検出し、第２円環状検出器の中心の孔を通過した電子を円盤状検出器で検出する。そのため、特許文献１の走査透過電子顕微鏡では、暗視野ＳＴＥＭ像、環状明視野ＳＴＥＭ像、および明視野ＳＴＥＭ像を同時に取得できる。

特開２０１０－２５７８８３号公報

走査透過電子顕微鏡では、結晶性の試料を観察する場合に、電子線の入射方向を結晶の晶帯軸に合わせて観察を行う。電子線の入射方向を結晶の晶帯軸に合わせる方位合わせは、電子回折パターンを用いて行われる。走査透過電子顕微鏡では、例えば、蛍光板等で可視化された電子回折パターンをカメラで撮影することで、電子回折パターンを取得できる。

特許文献１の走査透過電子顕微鏡では、第１円環状検出器、第２円環状検出器、および円盤状検出器が光軸に沿って配置されている。このような走査透過電子顕微鏡において、電子回折パターンを撮影するために、電子回折パターンを可視化する蛍光板および蛍光板で可視化された電子回折パターンを撮影するカメラを追加すると、装置の部品点数が多くなってしまい、装置を簡素化できない。

本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
荷電粒子線を試料に照射する照射光学系と、
前記試料を透過した荷電粒子線を光に変換する蛍光面を有する蛍光部材と、
前記試料を透過した荷電粒子線で前記蛍光面に結像する結像光学系と、
前記蛍光面に対して光軸が垂直に配置され、前記蛍光面で可視化された像を撮影するカメラと、
前記蛍光面で変換された光を検出する光検出器と、
を含む。

このような荷電粒子線装置では、蛍光部材が、カメラを用いて結像光学系で結像された像を可視化する機能と、光検出器を用いて荷電粒子線を検出するために荷電粒子線を光に変換する機能と、を兼ねている。したがって、このような荷電粒子線装置では、例えば、カメラ用の蛍光板と、光検出器用の蛍光板をそれぞれ設ける場合と比べて、部品点数を減らすことができ、装置を簡素化できる。

本発明に係る試料観察方法の一態様は、
荷電粒子線を試料に照射する照射光学系と、
前記試料を透過した荷電粒子線を光に変換する蛍光面を有する蛍光部材と、
前記試料を透過した荷電粒子線で前記蛍光面に結像する結像光学系と、
前記蛍光面に対して光軸が垂直に配置され、前記蛍光面で可視化された像を撮影するカメラと、
前記蛍光面で変換された光を検出する光検出器と、
を含む、荷電粒子線装置における試料観察方法であって、
前記照射光学系で荷電粒子線を偏向させて、荷電粒子線で前記試料を走査し、
前記試料を透過した荷電粒子線を前記蛍光面で光に変換し、変換された光を前記光検出器で検出して走査像を取得し、かつ、前記蛍光面で可視化された像を前記カメラで撮影して前記像を取得する。

このような試料観察方法では、蛍光部材が、カメラを用いて結像光学系で結像された像を可視化する機能と、光検出器を用いて荷電粒子線を検出するために荷電粒子線を光に変換する機能と、を兼ねている。そのため、このような試料観察方法では、光検出器を出し入れすることなく、走査像と蛍光面で可視化された像を取得できる。

第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡の構成を示す図。 電子光学系の構成を示す図。 蛍光板を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡における試料観察方法の一例を示す図。 第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡における試料観察方法を説明するための図。 第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡における試料観察方法を説明するための図。 比較例に係る走査透過電子顕微鏡の構成を示す図。 蛍光板の蛍光面に対してカメラの光軸が垂直でない場合を示す図。 第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡における試料観察方法の変形例を示す図。 第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡における試料観察方法の変形例を説明するための図。 第２実施形態に係る走査透過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。 第３実施形態に係る走査透過電子顕微鏡の構成を示す図。 第４実施形態に係る走査透過電子顕微鏡の構成を示す図。 第５実施形態に係る走査透過電子顕微鏡の構成を示す図。 第５実施形態に係る走査透過電子顕微鏡の構成を示す図。 第５実施形態に係る走査透過電子顕微鏡における試料観察方法の一例を示す図。 第５実施形態に係る走査透過電子顕微鏡における試料観察方法を説明するための図。 第６実施形態に係る走査透過電子顕微鏡の構成を示す図。

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

走査透過電子顕微鏡１００は、図１に示すように、鏡筒１０と、試料ステージ２０と、暗視野像検出器３０と、蛍光板４０（蛍光部材の一例）と、明視野像検出器６０（光検出器の一例）と、カメラ７０と、画像処理部７２と、を含む。走査透過電子顕微鏡１００では、プローブで試料Ｓを走査して得られる走査像として、暗視野ＳＴＥＭ像、および明視野ＳＴＥＭ像を取得できる。

鏡筒１０は、電子光学系を収容している。図２は、電子光学系２の構成を示す図である。

電子光学系２は、電子線ＥＢを発生させる電子線源１１と、電子線ＥＢを試料Ｓに照射する照射光学系４と、試料Ｓを透過した電子線ＥＢで結像する結像光学系６と、を含む。照射光学系４は、電子線ＥＢを収束して電子プローブを形成し、電子線ＥＢを偏向させることによって電子プローブで試料Ｓを走査する。結像光学系６は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢで蛍光面４２に結像する。

電子線源１１は、電子線ＥＢを放出する。電子線源１１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ＥＢを放出する電子銃である。

照射光学系４は、照射レンズ１２と、走査偏向器１４と、を含む。

照射レンズ１２は、電子線源１１から放出された電子線ＥＢを収束して電子プローブを形成する。対物レンズ１６が試料Ｓの前方につくる前方磁界は、照射レンズ１２とともに電子プローブを形成するためのレンズとして機能する。すなわち、対物レンズ１６の前方磁界がつくるレンズは、照射光学系４を構成する。

走査偏向器１４は、電子線ＥＢを二次元的に偏向させる。走査偏向器１４で電子線ＥＢを二次元的に偏向させることによって、電子プローブで試料Ｓを走査できる。走査偏向器１４は、例えば、磁場を発生させて電子線ＥＢを偏向させる走査コイルである。

対物レンズ１６は、試料Ｓの前方に前方磁界をつくり、試料Ｓの後方に後方磁界をつくる。対物レンズ１６は、照射レンズ１２とともに電子線ＥＢを収束する。また、対物レンズ１６は、試料Ｓを透過した電子で結像するための初段のレンズとして機能する。対物レンズ１６の後焦点面には電子回折パターンが形成される。

結像光学系６は、結像レンズ系１８を含む。結像レンズ系１８は、対物レンズ１６で形
成された電子回折パターンを拡大し、蛍光板４０の蛍光面４２上に結像する。対物レンズ１６の後方磁界がつくるレンズは、結像光学系６を構成する。

試料ステージ２０は、図１に示すように、試料ホルダー２２に保持された試料Ｓを支持している。試料ステージ２０は、試料Ｓを傾斜させる傾斜機構、および試料Ｓを水平方向に移動させる水平移動機構、および試料Ｓを鉛直方向に移動させる鉛直移動機構を有している。試料ステージ２０によって試料Ｓを位置決めできる。

暗視野像検出器３０、蛍光板４０、明視野像検出器６０、およびカメラ７０は、検出室８に配置されている。検出室８は、鏡筒１０に接続されている。

暗視野像検出器３０は、試料Ｓで回折された電子を検出する。暗視野像検出器３０で検出された電子の強度を電子プローブの位置に対応させることで、暗視野ＳＴＥＭ像を得ることができる。暗視野像検出器３０は、円環状の検出領域を有している。暗視野像検出器３０では、試料Ｓを透過した電子のうち、散乱または回折を起こさずに透過した透過波を通過させ、試料Ｓを透過した電子のうち、回折を起こした回折波を検出する。

暗視野像検出器３０は、円環状のシンチレータ３２と、ライトガイド３４と、光電子増倍管３６と、を含む。暗視野像検出器３０では、シンチレータ３２が電子を光に変換し、ライトガイド３４が光を光電子増倍管３６に導き、光電子増倍管３６が光を電気信号に変換する。

円環状のシンチレータ３２の孔の中心は、電子光学系２の光軸Ａ２上に位置している。電子光学系２の光軸Ａ２は、照射光学系４の光軸、および結像光学系６の光軸と一致する。電子光学系２の光軸Ａ２は、電子光学系２を構成する各光学素子（レンズや偏向器など）の中心を通る対称軸である。

シンチレータ３２の蛍光面は、光軸Ａ２に対して傾いている。例えば、シンチレータ３２の蛍光面は、光軸Ａ２に対して４５°傾いている。シンチレータ３２の蛍光面は、斜め上を向いている。シンチレータ３２の蛍光面は円環状であり、当該蛍光面が電子を検出可能な検出領域となる。

ライトガイド３４は、例えば、ガラスまたはアクリル樹脂などからなるパイプである。シンチレータ３２が発した光は、ライトガイド３４に入射する。ライトガイド３４は、光が入射する入射端面と、光が射出される射出端面と、を有している。入射端面は、蛍光面を向いており、シンチレータ３２が発した光が入射する。射出端面は光電子増倍管３６に接続されている。ライトガイド３４は、光軸Ａ２に対して直交する方向に延在している。

光電子増倍管３６は、ライトガイド３４で導かれた光を電子に変換し、増幅して電気信号を得る。この電気信号を用いて、暗視野ＳＴＥＭ像を取得できる。

走査透過電子顕微鏡１００は、暗視野像検出器３０（シンチレータ３２）を検出室８に対して出し入れする機構を有している。暗視野像検出器３０を使用する場合には、暗視野像検出器３０を検出室８に挿入し、使用しないときは検出室８から引き出す。暗視野像検出器３０を検出室８から引き出すことによって、試料Ｓを透過した電子が暗視野像検出器３０（シンチレータ３２）に遮られない。図１は、暗視野像検出器３０を使用している状態を図示している。

蛍光板４０は、試料Ｓを透過した電子を光に変換する。蛍光板４０は、暗視野像検出器３０の後方に配置されている。蛍光板４０には、暗視野像検出器３０の円環状のシンチレ
ータ３２の中心の孔を通過した電子が入射する。すなわち、蛍光板４０の蛍光面４２には、円環状の検出領域の内側を通過した電子が入射する。

図３は、蛍光板４０を模式的に示す断面図である。

蛍光板４０は、図３に示すように、基板４４と、シンチレータを含むシンチレータ層４６と、を含む。基板４４は、例えば、金属板である。シンチレータ層４６は、基板４４上に配置されている。シンチレータ層４６は、例えば、シンチレータ（蛍光体）と、バインダー樹脂と、を含む。シンチレータは、入射した電子を光に変換する。シンチレータ層４６（シンチレータ）によって蛍光面４２に結像された像を可視化できる。

蛍光板４０は、シンチレータ層４６で構成された蛍光面４２を有しており、結像光学系６によって蛍光面４２に電子回折パターンが結像される。これにより、電子回折パターンを可視化できる。

蛍光板４０の蛍光面４２は、光軸Ａ２に対して傾いている。例えば、蛍光面４２は、光軸Ａ２に対して４５°傾いている。蛍光面４２は、斜め上を向いている。蛍光面４２は円盤状であり、電子を検出可能な検出領域となる。

蛍光板４０は、明視野像検出器６０に固定された支持部材５０によって支持されている。蛍光板４０は、例えば、蛍光面４２の中心が光軸Ａ２上に位置するように配置されている。

明視野像検出器６０は、蛍光板４０が発した光を検出する。明視野像検出器６０は、ライトガイド６４と、光電子増倍管６６と、を含む。明視野像検出器６０では、蛍光板４０が電子を光に変換し、ライトガイド６４が光を光電子増倍管６６に導き、光電子増倍管６６が光を電気信号に変換する。

ライトガイド６４は、例えば、ガラスまたはアクリル樹脂などからなるパイプである。蛍光板４０が発した光は、ライトガイド６４に入射する。ライトガイド６４は、光が入射する入射端面と、光が射出される射出端面と、を有している。入射端面は、蛍光面４２を向いており、射出端面は光電子増倍管６６に接続されている。ライトガイド６４は、光軸Ａ２に対して直交する方向に延在している。

光電子増倍管６６は、ライトガイド６４で導かれた光を電子に変換し、増幅して電気信号を得る。この電気信号を用いて、明視野ＳＴＥＭ像を取得できる。

カメラ７０は、ＣＣＤ（charge coupled device）カメラやＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）カメラなどのデジタルカメラである。カメラ７０は、蛍光板４０で可視化された像を二次元画像として記録する。カメラ７０は、例えば、蛍光板４０に可視化された電子回折パターン等を撮影する。

カメラ７０の光軸Ａ４は、蛍光面４２に対して垂直である。すなわち、カメラ７０の光軸Ａ４は、蛍光面４２の垂線に平行である。図示の例では、カメラ７０の光軸Ａ４と電子光学系２の光軸Ａ２とがなす角度は、４５°である。光軸Ａ４は、カメラ７０を構成する光学系の中心を通る対称軸である。

画像処理部７２は、カメラ７０で撮影された画像を処理して、ＬＣＤ（Liquid Crystal
Display）などの表示部に表示させる。

走査透過電子顕微鏡１００では、蛍光面４２が光軸Ａ２に対して傾いている。そのため、蛍光面４２に結像された像は、歪む。したがって、画像処理部７２は、カメラ７０で撮影された像を台形補正する。この結果、蛍光面４２が光軸Ａ２に対して傾いていることによる像の歪みを補正できる。

画像処理部７２の機能は、例えば、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）で記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現できる。なお、画像処理部７２の機能の少なくとも一部を、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。

１．２． 試料観察方法
次に、走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法について説明する。図４は、走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法の一例を示す図である。図５および図６は、走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法を説明するための図である。なお、図６では、便宜上、シンチレータ３２の蛍光面を、光軸Ａ２に対して垂直に図示している。

まず、図５に示すように、暗視野像検出器３０を引き出す（Ｓ１００）。これにより、シンチレータ３２で試料Ｓを透過した電子が暗視野像検出器３０に遮られない。したがって、蛍光板４０の蛍光面４２には、透過波および回折波が入射する。蛍光面４２には、電子回折パターンが結像される。

次に、電子回折パターンで試料Ｓの結晶方位を確認する（Ｓ１０２）。

試料Ｓの目的の領域を電子プローブで走査し、結像レンズ系１８によって試料Ｓを透過した電子で電子回折パターンを蛍光面４２に結像させる。蛍光面４２に結像された電子回折パターンは、蛍光板４０で可視化される。可視化された電子回折パターンをカメラ７０で撮影し、画像処理部７２で台形補正することによって、表示部に電子回折パターンが表示される。表示部に表示された電子回折パターンから試料Ｓの結晶方位を確認できる。

次に、電子回折パターンに基づいて試料Ｓの結晶方位が電子線の入射方向にあっているか否かを判定する（Ｓ１０４）。具体的には、電子回折パターンを見て、所望の結晶方位が電子線の入射方向に一致しているか否かを判定する。図示の例では、電子線は、光軸Ａ２に沿って試料Ｓに入射する。

結晶方位があっていないと判定した場合（Ｓ１０４のＮｏ）、試料ステージ２０で試料Ｓを傾斜させて、所望の結晶方位を電子線の入射方向に合わせる（Ｓ１０６）。試料Ｓを傾ける方向および試料Ｓの傾きの大きさは、電子回折パターンから判断できる。そのため、電子回折パターンに基づいて、所望の結晶方位が電子線の入射方向と一致するように試料Ｓを傾ける。

ここで、試料ステージ２０を用いて試料Ｓを傾けると試料Ｓが水平方向に移動してしまい、試料Ｓの位置がずれてしまう。

そのため、試料ステージ２０で試料Ｓを水平方向に移動させて、試料Ｓの位置合わせを行う（Ｓ１０８）。これにより、試料Ｓを傾斜させる前の位置に戻すことができ、目的の領域を観察できる。

本工程Ｓ１０８では、試料Ｓを透過した電子を明視野像検出器６０で検出して得られたＳＴＥＭ像を用いて、試料Ｓの位置を確認する。

試料Ｓを電子プローブで走査し、結像レンズ系１８によって試料Ｓを透過した電子で蛍
光面４２に電子回折パターンを結像させる。蛍光面４２において電子は光に変換される。この光を明視野像検出器６０で検出することによってＳＴＥＭ像を取得できる。このＳＴＥＭ像は、透過波の情報および回折波の情報を含む像となる。このＳＴＥＭ像を見ながら、試料Ｓを傾斜させる前に観察していた領域が視野に含まれるように試料ステージ２０を動作させる。これにより、試料Ｓの位置合わせを行うことができる。

工程Ｓ１０８の後、工程Ｓ１０２に戻って、結晶方位を確認し（Ｓ１０２）、電子回折パターンに基づいて試料Ｓの結晶方位が電子線の入射方向にあっているか否かを判定し（Ｓ１０４）、試料Ｓの結晶方位を合わせ（Ｓ１０６）、試料Ｓの位置合わせを行う（Ｓ１０８）。このように、目的の領域において結晶方位が合うまで、工程Ｓ１０２、工程Ｓ１０４、工程Ｓ１０６、工程Ｓ１０８を繰り返す。

目的の領域において結晶方位があった場合、すなわち、目的の領域において試料Ｓの結晶方位が電子線の入射方向に一致した場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、図６に示すように、暗視野像検出器３０を検出室８に挿入し（Ｓ１１０）、暗視野ＳＴＥＭ像、明視野ＳＴＥＭ像、および蛍光板４０で可視化された像（ダイレクトスポットの画像）を取得する（Ｓ１１２）。

走査透過電子顕微鏡１００では、暗視野ＳＴＥＭ像、明視野ＳＴＥＭ像、および蛍光板４０で可視化された像を同時に取得できる。

図６に示すように、電子光学系２で電子線ＥＢを試料Ｓに照射すると、試料Ｓで回折された回折波が暗視野像検出器３０のシンチレータ３２上に入射し、試料Ｓで回折されずに透過した透過波がシンチレータ３２の中心の孔を通過して蛍光板４０の蛍光面４２に入射する。

照射光学系４によって電子プローブで試料Ｓを走査し、試料Ｓの各点の回折波を暗視野像検出器３０で検出することによって、暗視野像を取得できる。さらに、試料Ｓの各点の透過波を、蛍光板４０によって光に変換し、変換された光を明視野像検出器６０で検出することによって、明視野ＳＴＥＭ像を取得できる。さらに、蛍光板４０で可視化された透過波をカメラ７０で撮影することによって、透過波の画像、すなわち、ダイレクトスポットの画像を取得できる。ダイレクトスポットの画像は、画像処理部７２において台形補正される。これにより、蛍光面４２が光軸Ａ２に対して傾いていることに起因する画像の歪みが補正される。

このようにして、走査透過電子顕微鏡１００において、暗視野ＳＴＥＭ像、明視野ＳＴＥＭ像、およびダイレクトスポットの画像を取得できる。取得した暗視野ＳＴＥＭ像、明視野ＳＴＥＭ像、およびダイレクトスポットの画像は、表示部に表示される。

１．３． 効果
走査透過電子顕微鏡１００では、電子線ＥＢを試料Ｓに照射する照射光学系４と、試料Ｓを透過した電子を光に変換する蛍光面４２を有する蛍光板４０と、試料Ｓを透過した電子線ＥＢで蛍光面４２に結像する結像光学系６と、蛍光面４２に対して光軸Ａ４が垂直に配置され、蛍光面４２で可視化された像を撮影するカメラ７０と、蛍光面４２で変換された光を検出する明視野像検出器６０と、を含む。

走査透過電子顕微鏡１００では、蛍光板４０が、カメラ７０を用いて結像光学系６で結像された像を可視化する機能と、明視野像検出器６０を用いて試料Ｓを透過した電子を検出するために電子を光に変換する機能と、を兼ねている。したがって、走査透過電子顕微鏡１００では、例えば、カメラ用の蛍光板と、明視野検出器用の蛍光板をそれぞれ設ける
場合と比べて、部品点数を減らすことができ、装置を簡素化できる。

走査透過電子顕微鏡１００では、カメラ７０を用いて蛍光面４２で可視化された電子回折パターンを撮影でき、明視野像検出器６０を用いて蛍光面４２で変換された光を検出できる。そのため、走査透過電子顕微鏡１００では、明視野像検出器６０を出し入れすることなく、電子回折パターンとＳＴＥＭ像を取得できる。したがって、走査透過電子顕微鏡１００では、容易に、目的の領域の結晶方位を電子線の入射方向に合わせることができる。

図７は、比較例に係る走査透過電子顕微鏡１０１の構成を示す図である。走査透過電子顕微鏡１０１では、明視野像検出器１６０の後方に、カメラ１７０が配置されている。明視野像検出器１６０は、電子を光に変換するシンチレータと、シンチレータが発した光を伝搬するライトガイドと、ライトガイドで伝搬された光を検出する光電子増倍管と、を含む。カメラ１７０は、シンチレータと、シンチレータで可視化された像を撮影するＣＣＤイメージセンサーと、を含む。

走査透過電子顕微鏡１０１では、図７に示すように、カメラ１７０が明視野像検出器１６０の後方に配置されているため、明視野像検出器１６０を引き出さなければ、カメラ１７０を使用できない。したがって、試料Ｓの結晶方位を合わせるためには、明視野像検出器１６０を引き出してカメラ１７０で電子回折パターンを撮影し、試料Ｓの結晶方位を合わせる工程と、明視野像検出器１６０を挿入して明視野像検出器１６０でＳＴＥＭ像を取得し、試料Ｓの位置合わせを行う工程を繰り返さなければならない。

これに対して、走査透過電子顕微鏡１００では、図６に示すように、明視野像検出器６０を出し入れすることなく、電子回折パターンとＳＴＥＭ像を取得できるため、容易に、目的の領域の結晶方位を電子線の入射方向に合わせることができる。

走査透過電子顕微鏡１００では、蛍光板４０が、像を可視化する機能と、試料Ｓを透過した電子を検出するために電子を光に変換する機能と、を兼ねているため、図７に示す走査透過電子顕微鏡１０１に比べて、装置を低くできる。

走査透過電子顕微鏡１００では、蛍光面４２に対してカメラ７０の光軸Ａ４が垂直に配置されているため、蛍光面４２の広い範囲にピントをあわせることができる。

図８は、蛍光板４０の蛍光面４２に対してカメラ７０の光軸Ａ４が垂直でない場合を示す図である。

図８に示すように、蛍光面４２に対して光軸Ａ４が垂直でない場合、蛍光面４２において、カメラ７０の手前側と奥側でピントがずれてしまう。これに対して、走査透過電子顕微鏡１００では、蛍光面４２に対してカメラ７０の光軸Ａ４が垂直であるため、蛍光面４２の広い範囲にピントをあわせることができる。

走査透過電子顕微鏡１００は、試料Ｓを透過した電子を検出する円環状の検出領域を有する暗視野像検出器３０を含み、蛍光面４２には、円環状の検出領域（シンチレータ３２）の内側を通過した電子線ＥＢが照射される。そのため、走査透過電子顕微鏡１００では、暗視野ＳＴＥＭ像、明視野ＳＴＥＭ像、およびダイレクトスポットの画像を同時に取得できる。

走査透過電子顕微鏡１００では、蛍光板４０の蛍光面４２は、結像光学系６の光軸、すなわち、光軸Ａ２に対して傾いている。これにより、カメラ７０が電子線ＥＢを遮ること
なく、光軸Ａ４が蛍光面４２に対して垂直になるようにカメラ７０を配置できる。

走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法は、照射光学系４で電子線ＥＢを偏向させて、電子線ＥＢで試料Ｓを走査し、試料Ｓを透過した電子線ＥＢを蛍光面４２で光に変換し、変換された光を明視野像検出器６０で検出して走査像（明視野ＳＴＥＭ像）を取得し、かつ、蛍光面４２で可視化された像をカメラ７０で撮影して、電子回折パターンを取得する。そのため、走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法では、明視野像検出器６０を出し入れすることなく、ＳＴＥＭ像と、電子回折パターンと、を取得できる。

１．４． 変形例
次に、走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法の変形例について説明する。図９は、走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法の変形例を示す図である。図１０は、走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法の変形例を説明するための図である。以下では、上述した図４に示す走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

上述した実施形態では、試料Ｓの位置合わせを行う工程Ｓ１０８において、明視野像検出器６０で得られたＳＴＥＭ像を用いて、試料Ｓの位置合わせを行った。

これに対して、本変形例では、照射光学系４をデフォーカスさせて、蛍光面４２に試料Ｓの像を結像することによって、試料Ｓの位置合わせを行う。

通常、ＳＴＥＭ像を得る場合には、試料面上の１点に電子線が収束されるように、照射光学系４のフォーカスをジャストフォーカスにする。この状態からフォーカスをずらしてデフォーカスさせると、電子線の照射範囲が拡がり、試料面の一定範囲に電子線が照射される。この結果、回折ディスクには、試料Ｓ上における電子線の照射範囲の情報が含まれるため、試料Ｓの像（デフォーカス像）が得られる。このように照射光学系４をデフォーカスさせることによって、電子プローブで試料Ｓを走査しなくても、試料Ｓの情報が得られる。デフォーカス像を含む回折ディスクは、結像光学系６によって蛍光面４２に結像され、カメラ７０で撮影できる。

まず、図５に示すように、暗視野像検出器３０を引き出す（Ｓ２００）。

次に、図１０に示すように、照射光学系４をデフォーカスする（Ｓ２０１）。照射光学系４をデフォーカスすることによって、試料Ｓの目的の領域の全体に電子線を照射する。このとき、電子線ＥＢで試料Ｓを走査しない。照射光学系４をデフォーカスすることによって、電子回折パターンの回折ディスクには、デフォーカス像が形成される。

次に、電子回折パターンで試料Ｓの結晶方位を確認し（Ｓ２０２）、試料Ｓの結晶方位が電子線の入射方向にあっているか否かを判定する（Ｓ２０４）。

結晶方位があっていないと判定した場合（Ｓ２０４のＮｏ）、試料ステージ２０で試料Ｓを傾斜させて、所望の結晶方位を電子線の入射方向に合わせる（Ｓ２０６）。

次に、試料ステージ２０で試料Ｓを水平方向に移動させて、試料Ｓの位置合わせを行う（Ｓ２０８）。

本工程Ｓ２０８では、工程Ｓ２０１でデフォーカスすることによって得られた試料Ｓの像（デフォーカス像）を見ながら、視野に試料Ｓを傾斜させる前に観察していた領域が含まれるように試料ステージ２０を動作させる。これにより、試料Ｓの位置合わせを行うこ
とができる。

工程Ｓ２０８の後、工程Ｓ２０２に戻って、結晶方位を確認し（Ｓ２０２）、電子回折パターンに基づいて試料Ｓの結晶方位が電子線の入射方向にあっているか否かを判定し（Ｓ２０４）、試料Ｓの結晶方位を合わせ（Ｓ２０６）、試料Ｓの位置を合わせる（Ｓ２０８）。このように、目的の領域において結晶方位が合うまで、工程Ｓ２０２、工程Ｓ２０４、工程Ｓ２０６、工程Ｓ２０８を繰り返す。

目的の領域において結晶方位があった場合（Ｓ２０４のＹｅｓ）、照射光学系４のフォーカスを調整する（Ｓ２０９）。ここでは、明視野ＳＴＥＭ像および暗視野ＳＴＥＭ像を得るために最適なフォーカス（例えばジャストフォーカス）となるように照射光学系４のフォーカスを調整する。

次に、図６に示すように、暗視野像検出器３０を検出室８に挿入し（Ｓ２１０）、暗視野ＳＴＥＭ像、明視野ＳＴＥＭ像、および蛍光板４０で可視化された像（ダイレクトスポットの画像）を取得する（Ｓ２１２）。

本変形例に係る試料観察方法では、照射光学系４をデフォーカスさせて試料像を蛍光面４２に結像する。そのため、明視野像検出器６０を出し入れすることなく、電子回折パターンとＳＴＥＭ像を取得できる。したがって、容易に、目的の領域の結晶方位を電子線の入射方向に合わせることができる。

２． 第２実施形態
２．１． 走査透過電子顕微鏡
次に、第２実施形態に係る走査透過電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１１は、第２実施形態に係る走査透過電子顕微鏡２００の構成を示す図である。なお、図１１は、図６に対応している。以下、第２実施形態に係る走査透過電子顕微鏡２００において、第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡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。

上述した図６に示す走査透過電子顕微鏡１００では、蛍光板４０の蛍光面４２は、電子光学系２の光軸Ａ２に対して傾いていた。これに対して、図１１に示す走査透過電子顕微鏡２００では、蛍光板４０の蛍光面４２は、電子光学系２の光軸Ａ２に対して垂直である。

図１２は、蛍光板４０を模式的に示す断面図である。

蛍光板４０は、図１２に示すように、基板４８と、シンチレータを含むシンチレータ層４６と、を含む。基板４８は、透明基板である。すなわち、基板４８は、シンチレータが発した光を透過させる。透明基板としては、ＰＥＴ（Polyethyleneterephthalate）基板などの透明な樹脂基板、ガラス基板などを用いることができる。シンチレータ層４６は、基板４８上に配置されている。シンチレータ層４６が発した光は、基板４８を透過する。そのため、基板４８側からシンチレータ層４６で可視化された像を撮影できる。

蛍光板４０の蛍光面４２は、光軸Ａ２に対して垂直である。蛍光面４２は、上を向いている。

明視野像検出器６０は、蛍光板４０のシンチレータ層４６側に配置されている。カメラ７０は、蛍光板４０の基板４８側に配置されている。すなわち、蛍光板４０は、明視野像検出器６０とカメラ７０の間に配置されている。

カメラ７０の光軸Ａ４は、蛍光板４０の下に配置されたミラー２０２によって折り曲げられ、蛍光板４０（基板）に対して垂直になる。図１１に示す例では、カメラ７０の光軸Ａ４は、カメラ７０から水平方向に延び、水平方向に対して４５°傾いたミラー２０２によって蛍光板４０の蛍光面４２に垂直になる。カメラ７０の光軸Ａ４が蛍光面４２に対して垂直な場合とは、ミラーなどの光学素子を用いて、光軸Ａ４を折り曲げて蛍光面４２に対して光軸Ａ４を垂直にする場合を含む。カメラ７０の光軸Ａ４を蛍光面４２に対して垂直にすることによって、蛍光面４２の広い範囲にピントをあわせることができる。

カメラ７０は、蛍光面４２で可視化された像を、基板４８を介して撮影する。また、明視野像検出器６０は、蛍光板４０が発した光を検出する。これにより、走査透過電子顕微鏡２００では、走査透過電子顕微鏡１００と同様に、暗視野ＳＴＥＭ像、明視野ＳＴＥＭ像、および蛍光板４０で可視化された像を同時に取得できる。

走査透過電子顕微鏡２００では、蛍光板４０の基板４８を透明基板とし、蛍光面４２で可視化された像を、基板４８を介して撮影するため、蛍光面４２が光軸Ａ２に垂直になるように蛍光板４０を配置できる。このように、走査透過電子顕微鏡２００では、蛍光板４０の蛍光面４２が、電子光学系２の光軸Ａ２に対して垂直であるため、蛍光面４２で可視化された像が歪まない。したがって、走査透過電子顕微鏡２００では、画像処理部７２においてカメラ７０で撮影された像を台形補正する必要がない。

２．２． 試料観察方法
走査透過電子顕微鏡２００における試料観察方法は、上述した図４に示す走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法と同様であり、その説明を省略する。

３． 第３実施形態
３．１． 走査透過電子顕微鏡
次に、第３実施形態に係る走査透過電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１３は、第３実施形態に係る走査透過電子顕微鏡３００の構成を示す図である。なお、図１３は、図６に対応している。以下、第３実施形態に係る走査透過電子顕微鏡３００において、第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡１００および第２実施形態に係る走査透過電子顕微鏡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。

上述した図６に示す走査透過電子顕微鏡１００では、蛍光板４０の蛍光面４２は、電子光学系２の光軸Ａ２に対して傾いていた。これに対して、図１３に示す走査透過電子顕微鏡３００では、蛍光板４０の蛍光面４２は、電子光学系２の光軸Ａ２に対して垂直である。

蛍光板４０の構成は、上述した図１２に示す蛍光板４０と同様である。すなわち、蛍光板４０の基板４８は、透明基板である。

カメラ７０は、図１３に示すように、蛍光板４０の基板４８側に配置されている。図１３に示す例では、図１１に示したミラー２０２などの光学素子を用いずに、光軸Ａ４が蛍光面４２に対して垂直に配置されている。カメラ７０は、基板４４を介して、蛍光面４２で可視化された像を撮影する。

３．２． 試料観察方法
走査透過電子顕微鏡３００における試料観察方法は、上述した図４に示す走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法と同様であり、その説明を省略する。

４． 第４実施形態
４．１． 走査透過電子顕微鏡
次に、第４実施形態に係る走査透過電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１４は、第４実施形態に係る走査透過電子顕微鏡４００の構成を示す図である。なお、図１４は、図６に対応している。以下、第４実施形態に係る走査透過電子顕微鏡４００において、第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡１００、第２実施形態にかかる走査透過電子顕微鏡２００、および第３実施形態に係る走査透過電子顕微鏡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。

上述した走査透過電子顕微鏡１００では、図３に示すように、電子を光に変換して像を可視化する蛍光部材として、基板４４と、基板４４上に配置されたシンチレータ層４６と、を含む蛍光板４０を用いた。これに対して、走査透過電子顕微鏡４００では、図１４に示すように、蛍光部材として、シンチレータ層が明視野像検出器６０のライトガイド６４の端面に配置されたものを用いる。

ライトガイド６４の端面は、電子光学系２の光軸Ａ２に対して傾いている。そのため、シンチレータ層で構成される蛍光面４２は、光軸Ａ２に対して傾いている。

走査透過電子顕微鏡４００では、蛍光面４２は、ライトガイド６４の端面に設けられたシンチレータ層で構成されている。そのため、シンチレータ層が発した光を効率よく光電子増倍管６６に導くことができる。

４．２． 試料観察方法
走査透過電子顕微鏡４００における試料観察方法は、上述した図４に示す走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法と同様であり、その説明を省略する。

５． 第５実施形態
５．１． 走査透過電子顕微鏡
次に、第５実施形態に係る走査透過電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１５および図１６は、第５実施形態に係る走査透過電子顕微鏡５００の構成を示す図である。なお、図１５および図１６は、図６に対応している。以下、第５実施形態に係る走査透過電子顕微鏡５００において、第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡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。

走査透過電子顕微鏡５００では、図６に示すように、暗視野像検出器３０と明視野像検出器６０を用いて暗視野ＳＴＥＭ像と明視野ＳＴＥＭ像を取得した。

これに対して、走査透過電子顕微鏡５００では、図１５および図１６に示すように、２種類の絞りを切り替えることで、１つの検出器で暗視野ＳＴＥＭ像と明視野ＳＴＥＭ像を取得する。

走査透過電子顕微鏡５００は、明視野ＳＴＥＭ像を取得するための第１絞り５０２と、暗視野ＳＴＥＭ像を取得するための第２絞り５０４と、蛍光板４０で変換された光を検出する光検出器５１０と、を含む。

第１絞り５０２と第２絞り５０４は、切り替え可能である。すなわち、走査透過電子顕微鏡５００では、図１５に示す第１絞り５０２が光軸Ａ２上に配置された状態と、図１６に示す第２絞り５０４が光軸Ａ２上に配置された状態と、を切り替えることができる。さ
らに、走査透過電子顕微鏡５００では、第１絞り５０２および第２絞り５０４の両方を光軸Ａ２上に配置しない状態にすることもできる。

第１絞り５０２と第２絞り５０４は、試料Ｓよりも後段に配置される。第１絞り５０２および第２絞り５０４は、例えば、検出室８に配置される。

第１絞り５０２は、図１５に示すように、試料Ｓを透過した電子のうちの透過波を通過させ、散乱波を遮蔽する。第１絞り５０２は、絞り孔が光軸Ａ２上に配置される。これにより、透過波を通過させ、散乱波を遮蔽できる。

第１絞り５０２を光軸Ａ２上に配置することによって蛍光板４０の蛍光面４２には透過波が入射し、回折波は入射しない。第１絞り５０２を通過した透過波は、蛍光板４０で光に変換され、光検出器５１０で検出される。これにより、明視野ＳＴＥＭ像を取得できる。

第２絞り５０４は、図１６に示すように、試料Ｓを透過した電子のうちの透過波を遮蔽し、散乱波を通過させる。第２絞り５０４は、円環状の絞り孔を有している。第２絞り５０４を光軸Ａ２上に配置することによって、円環状の絞り孔を回折波が通過する。これにより、透過波を遮蔽し、散乱波を通過させることができる。

第２絞り５０４を光軸Ａ２上に配置することによって、蛍光板４０の蛍光面４２には回折波が入射し、透過波は入射しない。第２絞り５０４を通過した回折波は、蛍光板４０で光に変換され、光検出器５１０で検出される。これにより、暗視野ＳＴＥＭ像を取得できる。

第１絞り５０２および第２絞り５０４の両方を光軸Ａ２上に配置しない状態、すなわち、第１絞り５０２および第２絞り５０４の両方を光軸Ａ２上から退避させた状態では、透過波および回折波の両方が蛍光面４２に入射し、蛍光面４２には電子回折パターンが結像される。

光検出器５１０は、蛍光板４０が発した光を検出する。光検出器５１０の構成は、例えば、上述した図１に示す明視野像検出器６０の構成と同じである。

５．２． 試料観察方法
図１７は、走査透過電子顕微鏡５００における試料観察方法の一例を示す図である。図１７では、明視野ＳＴＥＭ像を取得する場合を示している。図１８は、走査透過電子顕微鏡５００における試料観察方法を説明するための図である。以下では、上述した図４に示す走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

電子回折パターンで試料Ｓの結晶方位を確認する（Ｓ３０２）。図１８に示すように、第１絞り５０２および第２絞り５０４を光軸Ａ２上から退避させる。この状態で、試料Ｓの目的の領域を電子プローブで走査し、結像レンズ系１８によって試料Ｓを透過した電子で電子回折パターンを蛍光面４２に結像させる。蛍光面４２に結像された電子回折パターンは、蛍光板４０で可視化される。これにより、試料Ｓの結晶方位を確認できる。

電子回折パターンに基づいて試料Ｓの結晶方位が電子線の入射方向にあっているか否かを判定する（Ｓ３０４）。

結晶方位があっていないと判定した場合（Ｓ３０４のＮｏ）、試料ステージ２０で試料
Ｓを傾斜させて、所望の結晶方位を電子線の入射方向に合わせる（Ｓ３０６）。

次に、試料ステージ２０で試料Ｓを水平方向に移動させて、試料Ｓの位置合わせを行う（Ｓ３０８）。これにより、試料Ｓを傾斜させる前の位置に試料Ｓを戻すことができる。

工程Ｓ３０８の後、工程Ｓ３０２に戻って、結晶方位を確認し（Ｓ３０２）、電子回折パターンに基づいて試料Ｓの結晶方位が電子線の入射方向にあっているか否かを判定し（Ｓ３０４）、試料Ｓの結晶方位を合わせ（Ｓ３０６）、試料Ｓの位置合わせを行う（Ｓ３０８）。このように、目的の領域において結晶方位が合うまで、工程Ｓ３０２、工程Ｓ３０４、工程Ｓ３０６、工程Ｓ３０８を繰り返す。

目的の領域において結晶方位があった場合（Ｓ３０４のＹｅｓ）、図１５に示すように、第１絞り５０２を光軸Ａ２上に配置し（Ｓ３１０）、暗視野ＳＴＥＭ像およびダイレクトスポットの画像を取得する（Ｓ３１２）。

電子光学系２で電子線ＥＢを試料Ｓに照射すると、試料Ｓで回折された回折波は第１絞り５０２で遮蔽され、透過波は第１絞り５０２を通過する。

図１５に示すように、照射光学系４によって電子プローブで試料Ｓを走査する。このとき、第１絞り５０２を通過した試料Ｓの各点の透過波を光検出器５１０で検出することによって、明視野ＳＴＥＭ像を取得できる。さらに、蛍光板４０で可視化された透過波をカメラ７０で撮影することによって、透過波の画像、すなわち、ダイレクトスポットの画像を取得できる。

このようにして、走査透過電子顕微鏡５００において、明視野ＳＴＥＭ像およびダイレクトスポットの画像を取得できる。

なお、上記では、第１絞り５０２を光軸Ａ２上に配置して明視野ＳＴＥＭ像を取得する場合について説明したが、工程Ｓ３１０において、第１絞り５０２を挿入するかわりに第２絞り５０４を挿入することで暗視野ＳＴＥＭ像を取得できる。

電子光学系２で電子線ＥＢを試料Ｓに照射すると、試料Ｓで回折された回折波は第２絞り５０４を通過し、透過波は第２絞り５０４で遮蔽される。

図１６に示すように、照射光学系４によって電子プローブで試料Ｓを走査する。このとき、第２絞り５０４を通過した試料Ｓの各点の回折波を光検出器５１０で検出することによって、暗視野ＳＴＥＭ像を取得できる。さらに、蛍光板４０で可視化された回折波をカメラ７０で撮影することによって、回折ディスクの画像を取得できる。

このようにして、走査透過電子顕微鏡５００において、明視野ＳＴＥＭ像および回折ディスクの画像を取得できる。

５．３． 効果
走査透過電子顕微鏡５００は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢのうちの透過波を通過させ、散乱波を遮蔽する第１絞り５０２と、透過波を遮蔽し、散乱波を通過させる第２絞り５０４と、を含み、第１絞り５０２を光軸Ａ２上に配置して明視野ＳＴＥＭ像を取得し、第２絞り５０４を光軸Ａ２上に配置して暗視野ＳＴＥＭ像を取得する。そのため、走査透過電子顕微鏡５００では、１つの検出器で暗視野ＳＴＥＭ像および明視野ＳＴＥＭ像を取得できる。

５．４． 変形例
上述した第５実施形態では、図１５に示すように第１絞り５０２を用いて透過波を取り出すことで光検出器５１０に透過波を入射させ、明視野ＳＴＥＭ像を取得したが、明視野ＳＴＥＭ像を取得する手法はこれに限定されない。例えば、カメラ長を長くすることによって、電子回折パターンを拡大し、光検出器５１０に透過波を入射させ、回折波を入射させないことで、明視野ＳＴＥＭ像を取得してもよい。カメラ長は、試料から観察する電子回折パターンを形成する面までの有効距離である。カメラ長を長くすることによって、蛍光面４２に結像される電子回折パターンの倍率が大きくなるため、ダイレクトスポット（透過波）を蛍光面４２に入射させ、回折ディスク（回折波）を蛍光面４２に入射させないことができる。

６． 第６実施形態
６．１． 走査透過電子顕微鏡
次に、第６実施形態に係る走査透過電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１９は、第６実施形態に係る走査透過電子顕微鏡６００の構成を示す図である。以下、第６実施形態に係る走査透過電子顕微鏡６００において、第１実施形態に係る走査透過電子顕微鏡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。

走査透過電子顕微鏡１００では、図１に示すように、１つの暗視野像検出器３０を備えていた。これに対して、走査透過電子顕微鏡６００では、図１９に示すように、互いに電子の取り込み角が異なる２つの暗視野像検出器を備えている。走査透過電子顕微鏡６００は、高角暗視野像検出器６１０と、低角暗視野像検出器６２０と、を含む。

高角暗視野像検出器６１０は、試料Ｓによって高角度に非弾性散乱された電子を検出する。高角暗視野像検出器６１０で検出された電子の強度を電子プローブの位置に対応させることで、高角散乱暗視野（high angle annular dark field scanning transmission electron microscopy、ＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ）像を得ることができる。高角暗視野像検出器６１０は、円環状の検出領域を有している。

高角暗視野像検出器６１０は、円環状のシンチレータ６１２と、ライトガイド６１４と、光電子増倍管６１６と、を含む。高角暗視野像検出器６１０では、シンチレータ６１２が電子を光に変換し、ライトガイド６１４が光を光電子増倍管６１６に導き、光電子増倍管６１６が光を電気信号に変換する。高角暗視野像検出器６１０の構成は、図１に示す暗視野像検出器３０の構成と同様である。

走査透過電子顕微鏡６００は、高角暗視野像検出器６１０を検出室８に出し入れする機構を有している。高角暗視野像検出器６１０を使用する場合には、高角暗視野像検出器６１０を検出室８に挿入し、使用しないときは検出室８から引き出す。高角暗視野像検出器６１０を検出室８から引き出すことによって、試料Ｓを透過した電子が高角暗視野像検出器６１０に遮られない。図１９では、高角暗視野像検出器６１０を使用している状態を図示している。

低角暗視野像検出器６２０は、高角暗視野像検出器６１０の後方に配置されている。低角暗視野像検出器６２０は、高角暗視野像検出器６１０の下に配置されている。低角暗視野像検出器６２０は、高角暗視野像検出器６１０の円環状のシンチレータ６１２の中心の孔を通過した電子の一部を検出する。

低角暗視野像検出器６２０は、試料Ｓによって２５～６０ｍｒａｄ程度の低角度に散乱した電子や非弾性散乱電子を検出する。低角暗視野像検出器６２０で検出された電子の強
度を電子プローブの位置に対応させることで、低角暗視野（low-angle annular dark field scanning transmission electron microscopy、ＬＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ）像を得ることができる。

低角暗視野像検出器６２０は、円環状の検出領域を有している。低角暗視野像検出器６２０は、円環状のシンチレータ６２２と、ライトガイド６２４と、光電子増倍管６２６と、を含む。低角暗視野像検出器６２０では、シンチレータ６２２が電子を光に変換し、ライトガイド６２４が光を光電子増倍管６２６に導き、光電子増倍管６２６が光を電気信号に変換する。低角暗視野像検出器６２０の構成は、円環状の検出領域の径が小さい点を除いて上述した高角暗視野像検出器６１０の構成と同様である。

走査透過電子顕微鏡６００は、低角暗視野像検出器６２０を検出室８に出し入れする機構を有している。低角暗視野像検出器６２０を使用する場合には、低角暗視野像検出器６２０を検出室８に挿入し、使用しないときは検出室８から引き出す。低角暗視野像検出器６２０を検出室８から引き出すことによって、試料Ｓを透過した電子が低角暗視野像検出器６２０に遮られない。図１９では、低角暗視野像検出器６２０を使用している状態を図示している。

６．２． 試料観察方法
走査透過電子顕微鏡６００における試料観察方法は、図４に示す暗視野像検出器３０を引き出す工程Ｓ１００において高角暗視野像検出器６１０および低角暗視野像検出器６２０の両方を引き出し、暗視野像検出器３０を挿入する工程Ｓ１１０において高角暗視野像検出器６１０および低角暗視野像検出器６２０の両方を挿入する点を除いて、図４に示す走査透過電子顕微鏡１００における試料観察方法と同様であり、その説明を省略する。

走査透過電子顕微鏡６００では、暗視野ＳＴＥＭ像として、高角暗視野ＳＴＥＭ像および低角暗視野ＳＴＥＭ像を取得できる。すなわち、走査透過電子顕微鏡６００では、高角暗視野ＳＴＥＭ像、低角暗視野ＳＴＥＭ像、明視野ＳＴＥＭ像、およびダイレクトスポットの画像を同時に取得できる。

７． 変形例
上述した第１～第６実施形態では、電子線を試料Ｓに照射して像を取得する走査透過電子顕微鏡について説明したが、本願発明に係る荷電粒子線装置は、イオンビームなどの電子線以外の荷電粒子線を試料Ｓに照射して像を取得する装置であってもよい。

また、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…電子光学系、４…照射光学系、６…結像光学系、８…検出室、１０…鏡筒、１１…電子線源、１２…照射レンズ、１４…走査偏向器、１６…対物レンズ、１８…結像レンズ系、２０…試料ステージ、２２…試料ホルダー、３０…暗視野像検出器、３２…シンチレー
タ、３４…ライトガイド、３６…光電子増倍管、４０…蛍光板、４２…蛍光面、４４…基板、４６…シンチレータ層、４８…基板、５０…支持部材、６０…明視野像検出器、６４…ライトガイド、６６…光電子増倍管、７０…カメラ、７２…画像処理部、１００…走査透過電子顕微鏡、１０１…走査透過電子顕微鏡、１６０…明視野像検出器、１７０…カメラ、２００…走査透過電子顕微鏡、２０２…ミラー、３００…走査透過電子顕微鏡、４００…走査透過電子顕微鏡、５００…走査透過電子顕微鏡、５０２…第１絞り、５０４…第２絞り、５１０…光検出器、６００…走査透過電子顕微鏡、６１０…高角暗視野像検出器、６１２…シンチレータ、６１４…ライトガイド、６１６…光電子増倍管、６２０…低角暗視野像検出器、６２２…シンチレータ、６２４…ライトガイド、６２６…光電子増倍管

Claims (11)

1. 荷電粒子線を試料に照射する照射光学系と、
   前記試料を透過した荷電粒子線を光に変換する蛍光面を有する蛍光部材と、
   前記試料を透過した荷電粒子線で前記蛍光面に結像する結像光学系と、
   前記蛍光面に対して光軸が垂直に配置され、前記蛍光面で可視化された像を撮影するカメラと、
   前記蛍光面で変換された光を検出する光検出器と、
   を含む、荷電粒子線装置。
2. 請求項１において、
   前記試料を透過した荷電粒子線を検出する円環状の検出領域を有する暗視野像検出器を含み、
   前記蛍光面には、前記円環状の検出領域の内側を通過した荷電粒子線が入射する、荷電粒子線装置。
3. 請求項１において、
   前記試料を透過した荷電粒子線のうちの透過波を通過させ、散乱波を遮蔽する第１絞りと、
   前記透過波を遮蔽し、前記散乱波を通過させる第２絞りと、
   を含み、
   前記第１絞りを前記結像光学系の光軸上に配置して明視野像を取得し、
   前記第２絞りを前記結像光学系の光軸上に配置して暗視野像を取得する、荷電粒子線装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記蛍光面は、前記結像光学系の光軸に対して傾いている、荷電粒子線装置。
5. 請求項４において、
   前記光検出器は、前記蛍光部材が発した光を前記光検出器に伝搬するライトガイドを含み、
   前記蛍光面は、前記ライトガイドの端面に設けられたシンチレータで構成されている、荷電粒子線装置。
6. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記蛍光面は、前記結像光学系の光軸に対して垂直に配置されている、荷電粒子線装置。
7. 請求項６において、
   前記蛍光部材は、基板と、前記基板上に配置されたシンチレータと、を含み、
   前記基板は、前記シンチレータが発した光を透過させ、
   前記カメラは、前記基板を介して、前記蛍光面で可視化された像を撮影する、荷電粒子線装置。
8. 請求項７において、
   前記カメラの光軸を折り曲げるミラーを含む、荷電粒子線装置。
9. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記照射光学系は、荷電粒子線で前記試料を走査するための走査偏向器を含む、荷電粒子線装置。
10. 荷電粒子線を試料に照射する照射光学系と、
    前記試料を透過した荷電粒子線を光に変換する蛍光面を有する蛍光部材と、
    前記試料を透過した荷電粒子線で前記蛍光面に結像する結像光学系と、
    前記蛍光面に対して光軸が垂直に配置され、前記蛍光面で可視化された像を撮影するカメラと、
    前記蛍光面で変換された光を検出する光検出器と、
    を含む、荷電粒子線装置における試料観察方法であって、
    前記照射光学系で荷電粒子線を偏向させて、荷電粒子線で前記試料を走査し、
    前記試料を透過した荷電粒子線を前記蛍光面で光に変換し、変換された光を前記光検出器で検出して走査像を取得し、かつ、前記蛍光面で可視化された像を前記カメラで撮影して前記像を取得する、試料観察方法。
11. 請求項１０において、
    前記照射光学系をデフォーカスさせて試料像を前記蛍光面に結像する工程を含む、試料観察方法。

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