JP4408908B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は走査透過像を得る荷電粒子線装置に関し、特に、試料を保持のためのメッシュを用いる荷電粒子線装置に関する。

走査透過型電子顕微鏡では、試料を保持するためのメッシュを用いる。従って、自動的に視野を移動して目的の試料を観察する場合、視野にメッシュのグリッドの一部が入ることがある。視野にメッシュのグリッドの一部が入ると、試料とグリッドの濃淡が極端に異なるため、試料がモニタに映らないことがあった。

特開２００６−２２８７４８号公報には、自動的に撮影した視野が目的とする形態の検索に適する視野であるか、適さない視野であるかを自動的に判定し、観察・検索に適さない場合には次の視野に移動する方法が提案されている。

特開２００６−２２８７４８号公報

特許文献１に記載された方法では、視野が適切であるか否かを判定する作業が複雑である。

本発明の目的は、試料を支持のためのメッシュを用いる荷電粒子線装置において、視野にメッシュのグリッドの一部が入って、試料を観察することができないことを防止することができる手段を提供することにある。

本発明の透過型荷電粒子線装置によると、メッシュのグリッドが表す濃淡値の画素の数が、監視領域の画素数に対して所定のパーセント以上である場合に、当該濃淡値の画素を除いた領域を他の階調に変換して透過像を得る。

また、本発明の透過型荷電粒子線装置によると、濃淡値０の画素の数が、監視領域の画素数に対して所定のパーセント以上である場合に、当該濃淡値の画素を除いた領域を他の階調に変換して透過像を得る。

本発明によれば、試料を支持のためのメッシュを用いる荷電粒子線装置において、視野にメッシュのグリッドの一部が入って、試料を観察することができないことを防止することができる、

以下、本発明による荷電粒子線装置を図面を参照して詳細に説明する。本発明の荷電粒子線装置は、透過型電子顕微鏡、及び、走査透過型電子顕微鏡を含む。以下では、本発明の例として走査透過型電子顕微鏡を説明するが、本発明は、透過型電子顕微鏡にも適用可能である。

図１を参照して本例の走査透過型電子顕微鏡の構造を説明する。本例の走査透過型電子顕微鏡は、電子銃２、照射レンズ４、走査コイル５、対物レンズ６、試料ステージ７、拡大レンズ系８、及び、撮像装置９を有し、これらは、電子顕微鏡本体１内に設けられている。撮像装置９は、例えばシンチレータとデジタルカメラ（ＣＣＤカメラ）を備えてよい。

本例の走査透過型電子顕微鏡は、更に、電子銃２を制御する電子銃制御装置１０、照射レンズ４を制御する照射レンズ制御装置１１、走査コイル５を制御する走査コイル制御装置１２、対物レンズ６を制御する対物レンズ制御装置１３、拡大レンズ系８を制御する拡大レンズ制御装置１４、試料ステージ７を制御する試料ステージ制御装置１５、コンピュータ１６、及び、モニタ１９を有する。コンピュータ１６は、制御装置１７及び画像処理制御装置１８を有する。制御装置１７は、電子銃制御装置１０、照射レンズ制御装置１１、走査コイル制御装置１２、対物レンズ制御装置１３、拡大レンズ制御装置１４、及び、試料ステージ制御装置１５を制御する。

電子銃２より放出された電子線３は、照射レンズ４で収束され、Ｘ方向およびＹ方向の偏向コイルで構成された走査コイル５により偏向される。２方向に偏向された電子線３は、対物レンズ６により、試料ステージ７に保持されている試料１０１上にフォーカスされ、試料面上を走査する。試料１０１を透過した電子３は拡大レンズ系８により拡大され、撮像装置９によって撮像される。撮像装置９からの走査透過像（ＳＴＥＭ像）はコンピュータ１６に送られる。

画像処理制御装置１８は、撮像装置９からの走査透過像をモニタ１９上に表示する。画像処理制御装置１８は、この時、走査透過像の各画素の濃淡値を読み取り、横軸が濃淡値、縦軸が画素数のヒストグラムを生成し、それをモニタ１９上に表示する。ヒストグラムの例は、後に、図３を参照して説明する。

図２を参照して、視野の検索を行う場合、又は、試料の像を観察する場合に用いるメッシュを説明する。図２（ａ）に示すように、メッシュは、金属製の網目状のグリッド２０１と支持膜２０２を有する。図２（ａ）は、メッシュに、観察する試料を含む溶液１０２を載せた状態を示す。図２（ｂ）は、メッシュ付近の拡大像を示す。図示のように、ウィルスなどの試料１０１にネガティブ染色を施して観察する場合、染色剤の表面張力により、メッシュ付近に試料１０１が集まることが多い。そのため、試料１０１を観察するとき、視野にメッシュのグリッド２０１の一部が入る。試料とメッシュのグリッド２０１は、濃淡が極端に異なるため、試料１０１がモニタに映らないことがある。

図３は、モニタ１９上に表示されるヒストグラムの例を示す。ヒストグラムの横軸は、走査透過像の濃淡値の階調、縦軸は走査透過像の濃淡値の画素数を示す。横軸の走査透過像の濃淡値の階調は、通常、１０ｂｉｔ以上で表示される。本例のように、階調を１０ｂｉｔで表示する場合、濃淡値は、最低値の０から最高値の１０２３までの１０２４階調に分けられ、左端が最も暗い値０を示し、右端が最も明るい値１０２３を示す。

図３（ａ）は、視野内にメッシュの一部分が表示されている場合のヒストグラムの例を示す。視野内にメッシュのグリッドの一部分があると、ヒストグラムは、濃淡値が０の画素数が多くなる。即ち、濃淡値０が多いことは、メッシュのグリッドの像を表す。

図３（ｂ）は、画像処理制御装置１８を用いて、濃淡値０のデータを除去し、濃淡値が１〜１０２３部分の画像を２５６階調に変換した後のヒストグラムを示す。このヒストグラムは、メッシュのグリッドの像を除去した画像を表す。

図４を参照して、本例の走査透過型電子顕微鏡において、監視領域を設定する方法を説明する。本例によると、図示のように、５１２×５１２ｐｉｘｅｌの走査透過像において、中心部分の２５６×２５６ｐｉｘｅｌの領域を除いた、斜線で示した環状の部分４０１を監視領域として設定する。ここで、監視領域とは、走査透過像において濃淡値０の画素数を計算する領域とする。濃淡値０は、メッシュのグリッドの像を表す。以下に説明するように、監視領域に含まれる濃淡値０の割合を計算し、その結果から、走査透過像に、メッシュのグリッドの像が含まれるか否かを判定する。

ここで示した監視領域は単なる例であり、例えば、５１２×５１２ｐｉｘｅｌの走査透過像において、中心部分の３８４×３８４ｐｉｘｅｌの領域を除いた部分を監視領域として設定してもよい。

図５〜図７を参照して、画像処理制御装置１８において、走査透過像よりメッシュ部分を除去し、１０２４階調から２５６階調に変換する方法を説明する。

図５を参照して、本例の走査透過型電子顕微鏡の画像処理制御装置１８において、走査透過像よりメッシュ部分を除去し、１０２４階調から２５６階調に変換する方法の第１の例を説明する。

ステップＳ１０１にて、オペレータは観察対象となる試料１０１を準備し、走査透過型電子顕微鏡を操作して自動的に視野を移動させるための検索範囲の設定を行う。

ステップＳ１０２にて、試料ステージ７が設定した視野に自動的に移動し、撮像装置９によって、透過電子を検出し、画像処理制御装置１８によって、走査透過像を取得する。

ステップＳ１０３にて、画像処理制御装置１８は、走査透過像の監視領域において、濃淡値が０の画素数が何パーセントを占めるか計算を行う。

ステップＳ１０４にて、監視領域において、濃淡値が０の画素数が５パーセント以上であるか否かを判定する。５パーセント以上である場合は、監視領域にメッシュのグリッドの像が含まれると判断し、ステップＳ１０５に進む。５パーセント以上でない場合は、監視領域にメッシュのグリッドの像が含まれないと判断し、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５にて、画像の濃淡値が１〜１０２３の部分を２５６階調に変換する。即ち、濃淡値が０の部分を除去して、２５６階調の画像に変換する。ステップＳ１０６にて、画像をそのまま、１０２４階調から２５６階調に変換する。即ち、全ての濃淡値０〜１０２３の部分を２５６階調に変換する。ステップＳ１０７にて２５６階調に変換した画像及びヒストグラムをモニタ１９に表示する。

図６を参照して、本例の走査透過型電子顕微鏡の画像処理制御装置１８において、走査透過像よりメッシュ部分を除去し、１０２４階調から２５６階調に変換する方法の第２の例を説明する。

ステップＳ２０１からステップＳ２０４は、図５のステップＳ１０１からステップＳ１０４と同一である。ここでは、図５の例と異なる部分を説明する。

ステップＳ２０４にて、監視領域において、濃淡値が０の画素数が５パーセント以上であるか否かを判定する。５パーセント以上である場合は、監視領域にメッシュのグリッドの像が含まれると判断し、ステップＳ２０５に進む。５パーセント以上でない場合は、監視領域にメッシュのグリッドの像が含まれないと判断し、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０５にて、制御装置１７によって走査コイル制御装置１２を制御し、倍率を一段階上げる。それによって、試料上の、より小さな領域が表示される。それによって、視野からメッシュのグリッドの像を除去することができる。このような倍率変更を、監視領域において濃淡値が０の画素数が５パーセント未満となるまで、繰り返す。監視領域において、濃淡値が０の画素数が５パーセント未満となったら、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６及びステップＳ２０７は、図５の例のステップＳ１０６及びステップＳ１０７と同様である。即ち、ステップＳ２０６にて、画像を、１０２４階調から２５６階調に変換する。ステップＳ２０７にて２５６階調に変換した画像及びヒストグラムをモニタ１９に表示する。

図７を参照して、本例の走査透過型電子顕微鏡の画像処理制御装置１８において、走査透過像よりメッシュ部分を除去し、１０２４階調から２５６階調に変換する方法の第３の例を説明する。

ステップＳ３０１からステップＳ３０４、ステップＳ３０６及びステップＳ３０７は、図６の例のステップＳ２０１からステップＳ２０４、ステップＳ２０６及びステップＳ２０７と同様である。本例では、ステップＳ３０５の処理が、図６の例のステップＳ２０５の処理と異なる。ここでは、ステップＳ３０５について説明する。

ステップＳ３０５にて、制御装置１７によって試料ステージ制御装置１５を制御し、試料ステージ７をＸ方向、Ｙ方向に移動させる。こうして、試料ステージ７を移動させることによって、視野が変化し、視野からメッシュのグリッドの像を除去することができる。尚、視野を変化させるために、試料ステージ７を移動させる代わりに、走査コイル制御装置１２を制御して、ビームをＸ方向、Ｙ方向に移動させてもよい。

このような視野の移動を、監視領域において、濃淡値が０の画素数が５パーセント未満となるまで、繰り返す。

視野の移動によって、監視領域における濃淡値が０の画素数が増加する傾向にある場合には、試料ステージの移動方向及び移動量が、前回値と比較して減少するように、移動方向及び移動量を設定する。監視領域において、濃淡値が０の画素数が５パーセント未満となったら、ステップＳ３０６に進む。

図５〜図７の例では、監視領域を用いる。即ち、ステップＳ１０４、ステップＳ２０４、及びステップＳ３０４にて、監視領域において、濃淡値が０の画素数が５パーセント以上であるか否かを判定する。しかしながら、本発明によると、監視領域を用いないでもよい。即ち、ステップＳ１０４、ステップＳ２０４、及びステップＳ３０４にて、監視領域の代わりに、撮像装置によって得られた走査透過像において、濃淡値が０の画素数が５パーセント以上であるか否かを判定してもよい。

更に、図５〜図７の例では、ステップＳ１０４、ステップＳ２０４、及びステップＳ３０４にて、濃淡値が０の画素数の割合を判定した。しかしながら、濃淡値が、所定の数である割合、例えば、濃淡値が０及び１の画素数の割合を計算してもよい。更に、判定の基準を５パーセント以上としたが、これは単なる例であり、６パーセント以上でもよく、７パーセント以上でもよい。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者によって容易に理解されよう。

本発明による走査透過型電子顕微鏡の構造の例を示す図である。電子顕微鏡の概略図。 本発明による走査透過型電子顕微鏡にて、視野の検索を行う場合、又は、試料の像を観察する場合に用いるメッシュの例を説明する図である。 本発明による走査透過型電子顕微鏡にて、モニタに表示する走査透過像のヒストグラムの例を示す図である。 本例の走査透過型電子顕微鏡において、監視領域を設定する方法を説明する図である。 本例の走査透過型電子顕微鏡において、１０２４階調から２５６階調に変換する方法の第１の例を説明する図である。 本例の走査透過型電子顕微鏡において、１０２４階調から２５６階調に変換する方法の第２の例を説明する図である。 本例の走査透過型電子顕微鏡において、１０２４階調から２５６階調に変換する方法の第３の例を説明する図である。

符号の説明

１…電子顕微鏡体、２…電子銃、３…電子線、４…照射レンズ、５…走査コイル、６…対物レンズ、７…試料ステージ、８…拡大レンズ系、９…撮像装置、１０…電子銃制御装置、１１…照射レンズ制御装置、１２…走査コイル制御装置、１３…対物レンズ制御装置、１４…拡大レンズ系制御装置、１５…試料ステージ制御装置、１６…制御装置および画像処理制御装置を搭載した計算機、１７…制御装置、１８…画像処理制御装置、１９…モニタ、１０１…試料

Claims (10)

1. 荷電粒子線を放出する電子銃と、メッシュを用いて試料を保持する試料ステージと、試料を透過した荷電粒子線を検出する撮像装置と、該撮像装置からの透過像を画像処理する画像処理制御装置と、上記透過像を表示するモニタと、を有する透過型荷電粒子線装置において、
   上記画像処理制御装置は、濃淡値０の画素の数が、上記透過像内の監視領域の画素数に対して所定のパーセント以上である場合に、上記監視領域のうち当該濃淡値の画素を除いた領域を他の階調に変換して透過像を得ることを特徴とする透過型荷電粒子線装置。
2. 請求項１記載の透過型荷電粒子線装置において、
   上記画像処理制御装置は、上記濃淡値の画素の数が前記監視領域の画素数に対して所定のパーセント未満である場合に、上記透過像の各画素を表示する所定の階調を他の階調に変換して透過像を得ることを特徴とする透過型荷電粒子線装置。
3. 請求項１記載の透過型荷電粒子線装置において、
   上記画像処理制御装置は、上記濃淡値の画素の数が前記監視領域の画素数に対して所定のパーセント以上である場合に、倍率を増加し、それによって、メッシュのグリッドが表す濃淡値の画素の数が前記監視領域の画素数に対して所定のパーセント未満となったとき、上記透過像の各画素を表示する所定の階調を他の階調に変換して透過像を得ることを特徴とする透過型荷電粒子線装置。
4. 請求項１記載の透過型荷電粒子線装置において、
   上記画像処理制御装置は、上記濃淡値の画素の数が前記監視領域の画素数に対して所定のパーセント以上である場合に、上記試料ステージを移動し、それによって、メッシュのグリッドが表す濃淡値の画素の数が前記監視領域の画素数に対して所定のパーセント未満となったとき、上記透過像の各画素を表示する所定の階調を他の階調に変換して透過像を得ることを特徴とする透過型荷電粒子線装置。
5. 請求項１記載の透過型荷電粒子線装置において、
   上記画像処理制御装置は、上記濃淡値の画素の数が前記監視領域の画素数に対して所定のパーセント以上である場合に、ビーム偏向を行い、それによって、メッシュのグリッドが表す濃淡値の画素の数が前記監視領域の画素数に対して所定のパーセント未満となったとき、上記透過像の各画素を表示する所定の階調を他の階調に変換して透過像を得ることを特徴とする透過型荷電粒子線装置。
6. 試料を保持するメッシュを試料ステージに装着するステップと、
   電子銃から荷電粒子線を放出するステップと、
   上記試料を透過した荷電粒子線を撮像装置によって検出するステップと、
   上記撮像装置からの透過像を得るステップと、
   濃淡値０の画素の数が、上記透過像内の監視領域の画素数に対して所定のパーセント以上である場合に、上記監視領域のうち当該濃淡値の画素を除いた領域を他の階調に変換して透過像を得るステップと、
   上記透過像をモニタに表示するステップと、
   を含む透過像を得る方法。
7. 請求項６記載の透過像を得る方法において、
   上記濃淡値の画素の数が、上記監視領域の画素数に対して所定のパーセント以上である場合に、上記監視領域において上記メッシュの像が含まれると判定し、
   上記濃淡値の画素の数が、上記監視領域の画素数に対して所定のパーセント未満である場合に、上記監視領域において上記メッシュの像が含まれないと判定することを特徴とする透過像を得る方法。
8. 請求項７記載の透過像を得る方法において、
   上記監視領域において上記メッシュの像が含まれる場合に、倍率を増加し、それによって、上記透過像に上記メッシュの像が含まれなくなったときに、上記透過像の各画素を表示する所定の階調を他の階調に変換して透過像を得ることを特徴とする透過像を得る方法。
9. 請求項７記載の透過像を得る方法において、
   上記監視領域において上記メッシュの像が含まれる場合に、上記試料ステージを移動し、それによって、上記透過像に上記メッシュの像が含まれなくなったときに、上記透過像の各画素を表示する所定の階調を他の階調に変換して透過像を得ることを特徴とする透過像を得る方法。
10. 請求項７記載の透過像を得る方法において、
    上記監視領域において上記メッシュの像が含まれる場合に、ビーム偏向を行い、それによって、上記透過像に上記メッシュの像が含まれなくなったときに、上記透過像の各画素を表示する所定の階調を他の階調に変換して透過像を得ることを特徴とする透過像を得る方法。

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