JP7126960B2

JP7126960B2 - 電子顕微鏡

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Publication number: JP7126960B2
Application number: JP2019007758A
Authority: JP
Inventors: 仁嗣櫻井; 雅史西川
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2022-08-29
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: JP2020119667A

Description

本発明は、電子顕微鏡に関する。

透過電子顕微鏡では、試料に電子線を照射し、試料を透過した電子を結像することにより、透過電子顕微鏡像および電子回折図形を取得することができる。

透過電子顕微鏡で電子回折図形を取得する場合、試料に対する電子線の入射方向を調整する。また、半導体試料などにおいて、微細な構造の測長を行う場合、シリコン結晶などからなる基板の電子回折図形を用いて、電子線の入射方向を調整する。試料に対する電子線の入射方向の調整は、試料に対する電子線の入射方向と試料の結晶方位とが一致するように、試料の傾斜角を調整することで行われる。

例えば、特許文献１には、試料の傾斜による電子回折図形の変化を解析することによって試料の傾斜角を自動で調整して、電子線の入射方向と試料の結晶方位とを合わせる電子顕微鏡が開示されている。

特許文献１に開示された手法では、様々な傾斜角で電子回折図形を取得し、取得した電子回折図形を円近似し、近似円の半径が最小となる試料傾斜角を最適試料傾斜角としている。

特開２０１０－２１２０６７号公報

図９は、Ｙ方向の傾斜角を変化させたときの各傾斜角で得られた電子回折図形と、当該電子回折図形の近似円と、を示す図である。図１０は、図９の各電子回折図形の近似円の半径をプロットしたグラフである。なお、図１０に示すグラフの横軸は傾斜角であり、縦軸は近似円の半径である。

図９に示すように、電子回折図形は円で近似できる。図１０に示すグラフから、近似円の半径が最小となる傾斜角を求めることができ、近似円の半径が最小となる傾斜角がＹ方向の最適傾斜角となる。

しかしながら、自動調整前の試料の傾斜角と、最適傾斜角との差が大きい場合、すなわち、試料に対する電子線の入射角と試料の結晶方位とのずれが大きい場合、電子回折図形を円で正確に近似できない。

図１１は、自動調整前の試料の傾斜角と最適傾斜角との差が大きい場合において、Ｙ方向の傾斜角を変化させたときの各傾斜角で得られた電子回折図形と、当該電子回折図形の近似円と、を示すグラフである。図１２は、図１１の各電子回折図形の近似円の半径をプロットしたグラフである。

図１１に示すように、自動調整前の試料の傾斜角と最適傾斜角との差が大きい場合、電子回折図形は、円で正確に近似できない。そのため、図１２に示すように、近似円の半径
から、最適傾斜角を求めることができない。

本発明に係る電子顕微鏡の一態様は、
電子線を試料に照射する照射系と、
前記試料を傾斜させる試料傾斜機構と、
前記試料を透過した電子で結像する結像系と、
前記結像系で結像された像を撮影する撮像装置と、
前記試料傾斜機構を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記試料傾斜機構に前記試料の傾斜角を順次変更させ、互いに異なる傾斜角で得られた複数の第１電子回折図形を取得する処理と、
複数の前記第１電子回折図形から最も回折スポットの数が多い前記第１電子回折図形を探索して、最も回折スポットの数が多い前記第１電子回折図形が得られた傾斜角である第１傾斜角を求める処理と、
前記試料傾斜機構に前記第１傾斜角を含む角度範囲で前記試料の傾斜角を順次変更させ、互いに異なる傾斜角で得られた複数の第２電子回折図形を取得する処理と、
複数の前記第２電子回折図形をそれぞれ円近似して、円の半径が最小となる第２傾斜角を求める処理と、
前記試料傾斜機構に前記試料の傾斜角を第２傾斜角にさせる処理と、
を行う。

このような電子顕微鏡では、試料に対する電子線の入射角と試料の結晶方位とのずれが小さい第１傾斜角を求め、第１傾斜角を含む角度範囲で傾斜角を変更させて、複数の第２電子回折図形を取得する。そのため、第２電子回折図形を正確に円近似できる。したがって、このような電子顕微鏡によれば、試料に対する電子線の入射角と試料の結晶方位とを正確に合わせることができる。

実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。試料傾斜機構の動作を説明するための図。電子回折図形を模式的に示す図。電子回折図形を模式的に示す図。互いに異なる傾斜角で得られた複数の電子回折図形の電子回折スポットの数を表す表。制御部の処理の一例を示すフローチャート。第１変形例に係る電子顕微鏡の制御部の処理の一例を示すフローチャート。第２変形例に係る電子顕微鏡の制御部の処理の一例を示すフローチャート。Ｙ方向の傾斜角を変化させたときの各傾斜角で得られた電子回折図形と、当該電子回折図形の近似円と、を示す図。各電子回折図形の近似円の半径をプロットしたグラフ。Ｙ方向の傾斜角を変化させたときの各傾斜角で得られた電子回折図形と、当該電子回折図形の近似円と、を示す図。各電子回折図形の近似円の半径をプロットしたグラフ。

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の構成を示す図である。

電子顕微鏡１００は、電子線ＥＢを用いて試料Ｓを観察する装置である。電子顕微鏡１００は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）である。

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子銃１０と、照射レンズ１２と、試料ステージ１４と、試料ホルダー１６と、対物レンズ１８と、撮像装置２０と、撮像制御装置２２と、傾斜機構制御装置３０と、制御部３２と、表示部３４と、記憶部３６と、を含む。

電子銃１０は、電子線ＥＢを放出する。電子銃１０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。

照射レンズ１２は、電子銃１０から放出された電子線ＥＢを集束して試料Ｓに照射する。照射レンズ１２は、複数（図示の例では３つ）のコンデンサーレンズで構成されている。照射レンズ１２は、試料Ｓに電子線ＥＢを照射する照射系２を構成している。照射系２は、図示はしないが、照射レンズ１２以外のレンズや、絞りなどを含んでいてもよい。

試料ステージ１４は、試料Ｓ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１６を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１４によって、試料Ｓの位置
決めを行うことができる。図示の例では、試料ステージ１４は、対物レンズ１８のポールピースに対して水平方向（横）から試料ホルダー１６を挿入するサイドエントリー方式の試料ステージである。なお、試料ステージ１４は、対物レンズ１８のポールピースの上方から試料Ｓを挿入するトップエントリー方式の試料ステージであってもよい。試料ステージ１４および試料ホルダー１６は、試料Ｓを傾斜させる試料傾斜機構１５を有している。また、試料ステージ１４は、試料Ｓを水平方向および垂直方向に移動させる試料移動機構を有している。

対物レンズ１８は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢで透過電子顕微鏡像（以下「ＴＥＭ像」ともいう）および電子回折図形を結像するための初段のレンズである。

電子顕微鏡１００は、図示はしないが、中間レンズおよび投影レンズを含む。中間レンズおよび投影レンズは、対物レンズ１８によって結像された像を拡大し、撮像装置２０上に結像させる。対物レンズ１８、中間レンズ、および投影レンズは、電子顕微鏡１００の結像系４を構成している。結像系４は、図示はしないが、対物レンズ１８、中間レンズ、および投影レンズ以外のレンズや、絞りなどを含んでいてもよい。

結像系４では、試料Ｓを透過した電子で、ＴＥＭ像および電子回折図形を結像することができる。例えば、中間レンズの焦点を対物レンズ１８によって形成される透過電子顕微鏡像（試料像）に合わせることによって、撮像装置２０において、透過電子顕微鏡像を撮影できる。また、例えば、中間レンズの焦点を対物レンズ１８によって形成される電子回折図形に合わせることによって、撮像装置２０において、電子回折図形を撮影できる。

撮像装置２０は、結像系４によって結像された像（ＴＥＭ像および電子回折図形）を撮影する。撮像装置２０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等のデジタルカメラである。撮像装置２０で撮影された像の画像データは、撮像制御装置２２を介して制御部３２に出力される。撮像装置２０で撮影された像は、画像ファイルとして記憶部３６に記憶されるとともに、表示部３４に表示される。

撮像制御装置２２は、制御部３２からの制御信号に基づいて、撮像装置２０を動作させる。また、撮像制御装置２２は、撮像装置２０で撮影された像の画像データを、制御部３２に送る。傾斜機構制御装置３０は、制御部３２からの制御信号に基づいて、試料傾斜機構１５を動作させる。

制御部３２は、試料傾斜機構１５を制御する。制御部３２は、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と、試料Ｓの結晶方位と、を合わせる処理を行う。制御部３２の機能は、例えば、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）など）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。

表示部３４は、制御部３２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（liquid crystal display）などにより実現できる。表示部３４には、例えば、撮像装置２０で撮影された像が表示される。

記憶部３６は、制御部３２のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、およびハードディスクなどにより実現できる。記憶部３６は、制御部３２が各種の制御処理や計算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３６は、制御部３２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。

図２は、試料傾斜機構１５の動作を説明するための図である。なお、図２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。なお、Ｚ軸は、照射系２の光軸に一致する軸である。すなわち、電子線ＥＢは、Ｚ軸に沿って試料Ｓに入射する。また、Ｘ方向は、試料ホルダー１６の挿入方向である。

試料傾斜機構１５は、Ｘ傾斜機構１５Ａと、Ｙ傾斜機構１５Ｂと、を有している。Ｘ傾斜機構１５Ａは、Ｙ軸まわりに試料Ｓを回転（傾斜）させることで試料ＳをＸ方向に傾斜させる。Ｘ傾斜機構１５Ａは、例えば、試料ホルダー１６に設けられている。Ｘ傾斜機構１５Ａは、試料ホルダー１６の試料Ｓを支持している部分をＹ軸まわりに回転させることによって、試料ＳをＸ方向に傾斜させる。

Ｙ傾斜機構１５Ｂは、Ｘ軸まわりに試料Ｓを回転（傾斜）させることで試料ＳをＹ方向に傾斜させる。Ｙ傾斜機構１５Ｂは、例えば、試料ステージ１４に設けられている。Ｙ傾斜機構１５Ｂは、試料ホルダー１６をＸ軸まわりに回転させることで、試料ＳをＹ方向に傾斜させる。

２．手法
図３および図４は、電子回折図形を模式的に示す図である。結晶性を有する試料Ｓに電子線ＥＢを照射すると、図３および図４に示すような電子回折図形を得ることができる。図３に示す電子回折図形は、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と、試料Ｓの結晶方位と、が一致している場合に得られる。図４に示す電子回折図形は、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と、試料Ｓの結晶方位とが、ずれている場合に得られる。通常、試料Ｓを電子顕微鏡１００の試料室に導入した状態では、図４に示すような電子回折図形が得られる。そのため、図３に示す電子回折図形が得られるように、試料Ｓの傾斜角を調整することによって、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と試料Ｓの結晶方位とを合わせる。

以下、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と、試料Ｓの傾斜方位と、を合わせる手法について説明する。

まず、互いに異なる試料Ｓの傾斜角で得られた複数の電子回折図形を取得する。例えば、Ｘ傾斜機構１５ＡおよびＹ傾斜機構１５Ｂで試料Ｓの傾斜角を順次変更させながら、傾斜角を変更するごとに電子回折図形を撮影する。これにより、複数の電子回折図形を取得できる。

試料Ｓの傾斜角を変更する角度範囲、および試料Ｓの傾斜角を変更する角度ステップは、任意に設定可能である。なお、試料Ｓの傾斜角を変更する角度ステップ（以下、「第１角度ステップ」ともいう）は、２°以下であることが好ましい。第１角度ステップが２°以下が好ましい理由については後述する。

次に、複数の電子回折図形から最も電子回折スポットの数が多い電子回折図形を探索する。

例えば、まず、電子回折図形を２値化することによって、電子回折スポットとバックグラウンドとを分離する。２値化すると、電子回折スポットがある場所は白、それ以外の領域は黒で表される。次に、白の画素が連続する部分に番号を割り振るラベリング処理を行うことによって電子回折スポットに番号を振り、電子回折スポットの数を求める。

図５は、互いに異なる傾斜角で得られた複数の電子回折図形の電子回折スポットの数を表す表である。図５に示す表は、Ｘ方向の傾斜角ＴＸを１°ステップで変更し、Ｙ方向の傾斜角ＴＹを１°ステップで変更することによって複数の電子回折図形を取得し、電子回折スポットの数を求めた結果である。

図５に示す例では、Ｘ方向の傾斜角ＴＸ＝－２°、Ｙ方向の傾斜角ＴＹ＝－２°のときに、電子回折スポットの数が最も多い。以下、最も電子回折スポットの数が多い電子回折図形が得られた傾斜角を第１傾斜角という。

ここで、一般的に、電子回折図形では、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角と試料Ｓの結晶方位とがずれている場合には電子回折スポットの数が少なく、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角と試料Ｓの結晶方位とが一致している場合には電子回折スポットの数が多い。そのため、第１傾斜角は、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角と試料Ｓの結晶方位とのずれが比較的小さい傾斜角といえる。

次に、試料Ｓの傾斜角を第１傾斜角とする。これにより、試料Ｓの傾斜角を第１傾斜角とした状態で、以下で説明する、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と試料Ｓの結晶方位とを合わせる処理を開始することができる。

次に、互いに異なる試料Ｓの傾斜角で得られた複数の電子回折図形を取得する。例えば、Ｙ傾斜機構１５Ｂを用いてＹ方向の傾斜角を順次変更させながら、傾斜角を変更するごとに電子回折図形を撮影する。これにより、複数の電子回折図形を取得できる。

このとき、試料Ｓの傾斜角を変更する角度範囲は、第１傾斜角が中心となる角度範囲とする。また、試料Ｓの傾斜角を変更する角度ステップ（以下「第２角度ステップ」ともいう）は、第１角度ステップよりも小さくする。

次に、互いに異なる試料Ｓの傾斜角で得られた複数の電子回折図形をそれぞれ円近似して、円の半径が最小となる傾斜角を求める。

例えば、まず、電子回折図形に現れている複数の電子回折スポットのそれぞれの中心座標を求める。次に、図９に示すように、電子回折スポットの中心座標から円近似を行い、円の中心の座標と半径を算出する。円近似は、最小二乗法などの一般的な数学的手法を用いて行うことができる。次に、図１０に示すように、図９の各電子回折図形の近似円の半径をプロットしたグラフを作成して、近似円の半径が最小となる傾斜角（以下「第２傾斜角」ともいう）を求める。このようにして、Ｙ方向の第２傾斜角を求めることができる。

なお、近似円の半径が最小となる傾斜角を求める手法はこれに限定されず、例えば、特開２０１０－２１２０６７号公報に記載されたその他の手法を用いてもよい。

次に、Ｙ方向の傾斜角を第２傾斜角とした状態で、Ｘ傾斜機構１５Ａを用いてＸ方向の傾斜角を順次変更させながら、傾斜角を変更するごとに電子回折図形を撮影する。このようにして得られた複数の電子回折図形を用いて、Ｙ方向の第２傾斜角を求める場合と同様の手法を用いて、Ｘ方向の第２傾斜角を求める。

次に、Ｙ方向の傾斜角を第２傾斜角とし、Ｘ方向の傾斜角を第２傾斜角とする。

以上の工程により、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と、試料Ｓの傾斜方位と、を合わせることができる。

ここで、図１１に示すように、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と試料Ｓの結晶方位とのずれが大きい場合、電子回折図形は、円で近似できない。上記の手法によれば、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と試料Ｓの結晶方位とのずれが小さい状態で、互いに異なる傾斜角で得られた複数の電子回折図形を取得し、複数の電子回折図形をそれぞれ円
近似して、円の半径が最小となる傾斜角を求めることができる。そのため、上記の手法によれば、電子回折図形を円で正確に近似できる。したがって、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と、試料Ｓの傾斜方位と、を正確に合わせることができる。

なお、一般的に、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と試料Ｓの結晶方位とのずれが２°よりも大きい場合には、電子回折図形は円で正確に近似できない。そのため、上述したように、第１角度ステップは、２°以下とすることが好ましい。

３．処理
図６は、制御部３２の処理の一例を示すフローチャートである。

例えば、Ｘ方向の傾斜角ＴＸの初期値をＴＸ１、Ｙ方向の傾斜角ＴＹの初期値をＴＹ１とする。また、Ｘ方向の傾斜角ＴＸを変更する間隔を角度ステップΔＴＸとし、Ｘ方向の傾斜角ＴＸを変更する回数（ステップ数）をＮＸとする。また、Ｙ方向の傾斜角ＴＹを変更する間隔を角度ステップΔＴＹとし、Ｙ方向の傾斜角ＴＹを変更する回数（ステップ数）をＮＹとする。このとき、制御部３２は、次式に従って試料傾斜機構１５を制御する。

ＴＸ＝ＴＸ１＋（ｍ－（ＮＸ－１）／２）×ΔＴＸ
ＴＹ＝ＴＹ１＋（ｎ－（ＮＹ－１）／２）×ΔＴＹ
なお、ｍは、Ｘ方向の傾斜角を変更した回数であり、ｎは、Ｙ方向の傾斜角を変更した回数である。

制御部３２は、ｍ＝０、ｎ＝０とし（Ｓ１００）、試料傾斜機構１５にＸ方向の傾斜角ＴＸをＴＸ＝ＴＸ１＋（（１－ＮＸ）／２）×ΔＴＸとさせ、Ｙ方向の傾斜角ＴＹをＴＹ＝ＴＹ１＋（（１－ＮＸ）／２）×ΔＴＹとさせる（Ｓ１０２）。そして、制御部３２は、撮像装置２０で撮影された電子回折図形を取得する（Ｓ１０４）。

次に、制御部３２は、取得した電子回折図形において、電子回折スポットの数Ｎ_ｓｐｏｔ（ＴＸ，ＴＹ）を求める（Ｓ１０６）。求められた電子回折スポットの数Ｎ_ｓｐｏｔ（ＴＸ，ＴＹ）は、傾斜角（ＴＸ，ＴＹ）の情報に関連づけられて、記憶部３６に記憶される。

次に、制御部３２は、Ｘ方向の傾斜角を変更した回数ｍが、ステップ数ＮＸ－１よりも小さいか否かを判定する（Ｓ１０８）。

回数ｍがステップ数ＮＸ－１よりも小さいと判定された場合（Ｓ１０８のＹｅｓ）、制御部３２は、ｍ＝ｍ＋１とし（Ｓ１１０）、試料傾斜機構１５にＸ方向の傾斜角ＴＸをＴＸ＝ＴＸ１＋（（３－ＮＸ）／２）×ΔＴＸとさせ、Ｙ方向の傾斜角ＴＹをＴＹ＝ＴＹ１＋（（１－ＮＹ）／２）×ΔＴＹとさせる（Ｓ１０２）。そして、制御部３２は、撮像装置２０で撮影された電子回折図形を取得する（Ｓ１０４）。

次に、制御部３２は、取得した電子回折図形において、電子回折スポットの数Ｎ_ｓｐｏｔ（ＴＸ，ＴＹ）を求める（Ｓ１０６）。

このように、制御部３２は、Ｘ方向の傾斜角を変更した回数ｍが、ステップ数ＮＸ－１よりも小さくないと判定されるまで、すなわちｍ＝ＮＸ－１となるまで、ステップＳ１０２、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６、ステップＳ１０８、ステップＳ１１０の処理を繰り返す。

回数ｍがステップ数ＮＸ－１よりも小さくないと判定された場合（Ｓ１０８のＮｏ）、
制御部３２は、Ｙ方向の傾斜角を変更した回数ｎをｎ＝ｎ＋１とし（Ｓ１１２）、Ｙ方向の傾斜角を変更した回数ｎが、ステップ数ＮＹよりも小さいか否かを判定する（Ｓ１１４）。

回数ｎがステップ数ＮＹよりも小さいと判定された場合（Ｓ１１４のＹｅｓ）、制御部３２は、ｍ＝０とし（Ｓ１１６）、試料傾斜機構１５にＸ方向の傾斜角ＴＸをＴＸ＝ＴＸ１＋（（１－ＮＸ）／２）×ΔＴＸとさせ、Ｙ方向の傾斜角ＴＹをＴＹ＝ＴＹ１＋（（３－ＮＹ）／２）×ΔＴＹとさせる（Ｓ１０２）。そして、制御部３２は、撮像装置２０で撮影された電子回折図形を取得する（Ｓ１０４）。次に、制御部３２は、取得した電子回折図形において、電子回折スポットの数Ｎ_ｓｐｏｔ（ＴＸ，ＴＹ）を求める（Ｓ１０６）。

このようにして、制御部３２は、Ｙ方向の傾斜角を変更した回数ｎが、ステップ数ＮＹよりも小さくないと判定されるまで、すなわち、ｎ＝ＮＹと判定されるまで、ステップＳ１０２、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６、ステップＳ１０８、ステップＳ１１０、ステップＳ１１２、ステップＳ１１４、およびステップＳ１１６の処理を、繰り返す。この結果、図５に示すように、互いに異なる傾斜角で得られた複数の電子回折図形の電子回折スポットの数を求めることができる。

回数ｎがステップ数ＮＹよりも小さくないと判定された場合（Ｓ１１４のＮｏ）、制御部３２は、複数の電子回折図形から最も電子回折スポットの数が多い電子回折図形を探索して（Ｓ１１８）、最も電子回折スポットの数が多い電子回折図形の傾斜角（ＴＸ，ＴＹ）を第１傾斜角とする（Ｓ１２０）。

図５に示す表では、傾斜角（ＴＸ，ＴＹ）＝（－２°，－２°）のときに、電子回折スポットの数がＮｓｐｏｔ（－２°，－２°）＝３９で最大となる。したがって、Ｘ方向の第１傾斜角を－２°、Ｙ方向の第１傾斜角を－２°と決定する。

制御部３２は、試料傾斜機構１５に試料Ｓの傾斜角を第１傾斜角にさせる（Ｓ１２２）。

次に、制御部３２は、Ｙ傾斜機構１５ＢにＹ方向の第１傾斜角を含む角度範囲で試料Ｓの傾斜角を順次変更させ、互いに異なる傾斜角で得られた複数の電子回折図形を取得する（Ｓ１２４）。次に、制御部３２は、取得した複数の電子回折図形をそれぞれ円近似して円の半径が最小となるＹ方向の第２傾斜角を求める（Ｓ１２６）。

次に、制御部３２は、Ｙ方向の傾斜角ＴＹを第２傾斜角とした状態で、Ｘ傾斜機構１５ＡにＸ方向の第１傾斜角を含む角度範囲で試料Ｓの傾斜角を順次変更させ、互いに異なる傾斜角で得られた複数の電子回折図形を取得する（Ｓ１２８）。次に、制御部３２は、取得した複数の電子回折図形をそれぞれ円近似して円の半径が最小となるＸ方向の第２傾斜角を求める（Ｓ１３０）。

次に、制御部３２は、Ｘ傾斜機構１５ＡにＸ方向の傾斜角ＴＸを第２傾斜角とさせ、Ｙ傾斜機構１５ＢにＹ方向の傾斜角ＴＹを第２傾斜角とさせる（Ｓ１３２）。

以上の処理により、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と試料Ｓの結晶方位とを合わせることができる。

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では、制御部３２は、試料傾斜機構１５に試料Ｓの傾斜角を順次変更させ、互いに異なる傾斜角で得られた複数の第１電子回折図形を取得する処理と、複数の第１電子回折図形から最も回折スポットの数が多い第１電子回折図形を探索して、最も回折スポットの数が多い第１電子回折図形が得られた傾斜角である第１傾斜角を求める処理と、を行う。また、制御部３２は、試料傾斜機構１５に、第１傾斜角を含む角度範囲で試料Ｓの傾斜角を順次変更させ、互いに異なる傾斜角で得られた複数の第２電子回折図形を取得する処理と、複数の第２電子回折図形をそれぞれ円近似して、円の半径が最小となる第２傾斜角を求める処理と、試料傾斜機構１５に試料Ｓの傾斜角を第２傾斜角にさせる処理と、を行う。

このように電子顕微鏡１００では、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角と試料Ｓの結晶方位とのずれが小さい第１傾斜角を求め、第１傾斜角を含む角度範囲で傾斜角を変更させて、複数の第２電子回折図形を取得する。そのため、第２電子回折図形を正確に円近似できる。したがって、電子顕微鏡１００によれば、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角と試料Ｓの結晶方位とを正確に合わせることができる。

電子顕微鏡１００では、上記の第１傾斜角を含む角度範囲は、第１傾斜角を中心とする角度範囲である。そのため、電子顕微鏡１００では、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角と試料Ｓの結晶方位とを正確に合わせることができる。

電子顕微鏡１００において、第１電子回折図形を取得する処理では、第１角度ステップで傾斜角を変更し、第２電子回折図形を取得する処理では、第１角度ステップよりも小さい第２角度ステップで傾斜角を変更する。そのため、電子顕微鏡１００では、効率よく、かつ、正確に、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射角と試料Ｓの結晶方位とを合わせることができる。

５．変形例
５．１．第１変形例
図７は、第１変形例に係る電子顕微鏡の制御部３２の処理の一例を示すフローチャートである。図７では、図６と同じ処理を行うステップには同じ符号を付している。以下では、上述した電子顕微鏡１００の制御部３２の処理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。

上述した電子顕微鏡１００では、図６に示すように、制御部３２は、複数の電子回折図形から最も回折スポットの数が多い電子回折図形を探索して（Ｓ１１８）、最も回折スポットの数が多い電子回折図形が得られた傾斜角である第１傾斜角を求めた（Ｓ１２０）。

これに対して、第１変形例に係る電子顕微鏡では、図７に示すように、制御部３２は、複数の電子回折図形からテンプレート画像に最も類似する電子回折図形を探索して（Ｓ２００）、テンプレート画像に最も類似する電子回折図形が得られた傾斜角である第１傾斜角を求める（Ｓ２０２）。テンプレート画像は、試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と試料Ｓの結晶方位が一致している状態で得られる電子回折図形である。

例えば、あらかじめ試料Ｓに対する電子線ＥＢの入射方向と試料Ｓの結晶方位があっている状態で得られる電子回折図形をテンプレート画像として記憶部３６に記憶しておく。制御部３２は、互いに異なる傾斜角で得られた複数の電子回折図形のそれぞれについて、テンプレート画像との類似度を求める。そして、類似度が最も高い電子回折図形が得られた傾斜角を第１傾斜角と決定する。類似度を求める手法は特に限定されず、公知のテンプレートマッチングによる画像処理を用いることができる。

第１変形例に係る電子顕微鏡では、上述した電子顕微鏡１００と、同様の作用効果を奏することができる。

５．２．第２変形例
図８は、第２変形例に係る電子顕微鏡の制御部３２の処理の一例を示すフローチャートである。図８では、図６と同じ処理を行うステップには同じ符号を付している。以下では、上述した電子顕微鏡１００の制御部３２の処理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。

上述した電子顕微鏡１００では、図６に示すように、制御部３２は、試料傾斜機構１５に、試料Ｓの傾斜角を第１傾斜角にさせた（Ｓ１２２）。

これに対して、第２変形例に係る電子顕微鏡では、図８に示すように、制御部３２は、試料傾斜機構１５に、試料Ｓの傾斜角を第１傾斜角にさせる処理を行わない。制御部３２は、第１傾斜角を決定した後（ステップＳ１２０の後）、ステップＳ１２４およびステップＳ１２８の処理において、試料Ｓの傾斜角を変更する角度範囲に、第１傾斜角が含まれるようにする。これにより、電子回折図形を円で正確に近似できる。なお、好ましくは、試料Ｓの傾斜角を変更する角度範囲を、第１傾斜角が中心となる角度範囲とする。これにより、電子回折図形の近似円の半径の最小値をより正確に求めることができる。

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、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…照射系、４…結像系、１０…電子銃、１２…照射レンズ、１４…試料ステージ、１５…試料傾斜機構、１５Ａ…Ｘ傾斜機構、１５Ｂ…Ｙ傾斜機構、１６…試料ホルダー、１８…対物レンズ、２０…撮像装置、２２…撮像制御装置、３０…傾斜機構制御装置、３２…制御部、３４…表示部、３６…記憶部、１００…電子顕微鏡

Claims

電子線を試料に照射する照射系と、
前記試料を傾斜させる試料傾斜機構と、
前記試料を透過した電子で結像する結像系と、
前記結像系で結像された像を撮影する撮像装置と、
前記試料傾斜機構を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記試料傾斜機構に前記試料の傾斜角を順次変更させ、互いに異なる傾斜角で得られた複数の第１電子回折図形を取得する処理と、
複数の前記第１電子回折図形から最も回折スポットの数が多い前記第１電子回折図形を探索して、最も回折スポットの数が多い前記第１電子回折図形が得られた傾斜角である第１傾斜角を求める処理と、
前記試料傾斜機構に前記第１傾斜角を含む角度範囲で前記試料の傾斜角を順次変更させ、互いに異なる傾斜角で得られた複数の第２電子回折図形を取得する処理と、
複数の前記第２電子回折図形をそれぞれ円近似して、円の半径が最小となる第２傾斜角を求める処理と、
前記試料傾斜機構に前記試料の傾斜角を第２傾斜角にさせる処理と、
を行う、電子顕微鏡。
請求項１において、
前記角度範囲は、前記第１傾斜角を中心とする角度範囲である、電子顕微鏡。
請求項１または２において、
前記第１電子回折図形を取得する処理では、第１角度ステップで傾斜角を変更し
前記第２電子回折図形を取得する処理では、前記第１角度ステップよりも小さい第２角度ステップで傾斜角を変更する、電子顕微鏡。