JP2001356104A - 電子マイクロアナライザーのｘ線像の画像処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きなビーム電流のＸ線分析条件で分析した
場合においても高分解能のＸ線像を得ることができる電
子マイクロアナライザーのＸ線像の画像処理方法及び装
置を提供する。 【解決手段】 試料を異なる電子ビーム条件で分析して
Ｘ線像と組成像を求め、Ｘ線像よりも高分解能の組成像
を用いてＸ線像の表示領域を制限することによって、高
分解能のＸ線像を得るものであり、電子マイクロアナラ
イザーにおいて、Ｘ線分析条件によるＸ線像と、Ｘ線分
析条件よりも電子ビーム電流が小さなＳＥＭ観察条件に
よる組成像を求め、Ｘ線像と組成像の信号強度関係を用
いて組成像に対応するＸ線像を求めることによって、Ｘ
線像の表示領域を組成像で制限してＸ線像の分解能を高
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子マイクロアナ
ライザーに関し、特に電子マイクロアナライザーを用い
た特性Ｘ線の分布像の画像処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子マイクロアナライザーでは、細く集
束させた電子ビームを試料表面に照射し、試料から放出
される特性Ｘ線の波長と強度をＸ線分光器で分析するも
のである。一般に、電子マイクロアナライザーの構造は
走査顕微鏡と類似しており、電子検出器を設けることに
よって、試料から放出される電子（例えば、二次電子、
反射電子、背面散乱電子）を検出することによって、試
料表面の組成像を得ることができる。Ｘ線を信号とする
走査像は、Ｘ線の発生強度及び分光効率が小さいために
大きな入射電流を要する。そのため、プローブ径が大き
くなることに加えて、Ｘ線の発生領域が大きく、また試
料による吸収も小さいので、電子像に比べて空間分解能
が劣ることになる。

【０００３】そのため、従来では、検出されたＸ線像に
対して画像処理を施すことによって分解能を高めてい
る。画像処理としては、例えば、検出されたＸ線強度の
中から所定のしきい値よりも高いデータのみを抽出し、
これによってＸ線像を形成する方法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子マイクロア
ナライザーでは、Ｘ線像の形成に要する電子ビーム条件
（以下、Ｘ線分析条件）は、通常走査顕微鏡による観察
に用いる電子ビーム条件（以下、ＳＥＭ観察条件とす
る）よりも大きな電流である。Ｘ線分析条件で得られる
画像データの分解能は、照射される電子ビーム径に依存
するため、大きな電流を要するＸ線分析条件では高い分
解能を得ることができないという問題がある。

【０００５】しきい値を用いた画像処理では、該しきい
値の選択によって得られるＸ線像が変化することにな
り、再現性や正確性の点で問題を含むことになる。そこ
で、本発明は前記した従来の問題点を解決し、大きなビ
ーム電流のＸ線分析条件で分析した場合において高分解
能のＸ線像を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、試料を異なる
電子ビーム条件で分析してＸ線像と組成像を求め、Ｘ線
像よりも高分解能の組成像を用いてＸ線像の表示領域を
制限することによって、高分解能のＸ線像を得るもので
ある。本発明による画像処理方法は、電子マイクロアナ
ライザーにおいて、Ｘ線分析条件によるＸ線像と、Ｘ線
分析条件よりも電子ビーム電流が小さなＳＥＭ観察条件
による組成像を求め、Ｘ線像と組成像の信号強度関係を
用いて組成像に対応するＸ線像を求めることによって、
Ｘ線像の表示領域を組成像で制限してＸ線像の分解能を
高める。

【０００７】また、本発明による画像処理装置は、電子
マイクロアナライザーにおいて、Ｘ線分析条件によって
Ｘ線像を形成するＸ線像形成手段と、Ｘ線分析条件より
も電子ビーム電流が小さなＳＥＭ観察条件によって組成
像を形成する組成像形成手段と、Ｘ線像及び組成像の各
信号強度を用いてＸ線像と組成像の信号強度関係を形成
する信号強度関係形成手段と、信号強度関係を用いて組
成像に対応するＸ線像を求め、Ｘ線像の表示領域を組成
像で制限するＸ線像表示領域制限手段とを備える構成と
する。

【０００８】図１は、本発明の電子マイクロアナライザ
ーのＸ線像の画像処理を説明するための概略図である。
図１において、Ｘ線像（図１中の）は電子マイクロア
ナライザーの電子ビーム条件をＸ線分析条件として得ら
れる特性Ｘ線による像であり、組成像（図１中の）は
電子ビーム条件をＸ線分析条件よりも電子ビーム電流が
小さなＳＥＭ観察条件として得られる電子線（例えば、
背面散乱電子ＢＳＥ）により得られる像である。このＸ
線像及び組成像は、電子マイクロアナライザーの電子ビ
ーム条件を変更することによって、それぞれ求めること
ができる。

【０００９】本発明は、このＸ線像及び組成像の信号強
度の対応関係を求め（図１中の）、この対応関係を用
いて高分解能の組成像に対応するＸ線像の表示領域を求
め（図１中の）、このＸ線像の表示領域によってＸ線
像の表示領域を制限する画像処理を行う（図１中の
）。これによって、画像処理されて得られたＸ線像の
表示領域は高分解能の組成像に基づいたものとなるた
め、表示されるＸ線像の分解能は、Ｘ線像取得時の照射
ビーム径で得られる分解能よりも高いものとすることが
できる。

【００１０】なお、Ｘ線分析条件及びＳＥＭ観察条件
は、電子マイクロアナライザーにおいて試料に照射する
電子ビームの電流条件を含むものであり、Ｘ線分析条件
はＸ線像の形成に要する電子ビーム条件であり、ＳＥＭ
観察条件は走査顕微鏡による観察に用いる電子ビーム条
件である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
を参照しながら詳細に説明する。本発明の電子マイクロ
アナライザーのＸ線像の画像処理を図２〜図４を用いて
説明する。図２は、本発明の電子マイクロアナライザー
のＸ線像の画像処理装置を説明するための概略図であ
る。なお、図２では電子マイクロアナライザーが備える
構成については省略している。画像処理装置１は、Ｘ線
像形成手段２と組成像形成手段３と信号強度関係形成手
段４とＸ線像表示領域制限手段５を備え、画像処理され
たＸ線像は表示手段６に表示することができる。

【００１２】Ｘ線像形成手段２は、電子マイクロアナラ
イザーが通常備える構成において電子ビーム条件をＸ線
分析条件に設定してＸ線信号を検出し、これによってＸ
線像を形成する。また、組成像形成手段３は、電子マイ
クロアナライザーの電子線検出器を設けた構成とし、電
子ビーム条件を走査顕微鏡で用いられるＳＥＭ観察条件
に設定して電子線を検出し、これによって組成像を形成
する。以下、検出する電子線として背面散乱電子線を用
いてＢＳＥ像を形成する場合について説明する。

【００１３】ＢＳＥ像等の組成像の信号強度は、ビーム
照射位置における試料の平均元素番号に依存した強度を
持つ。したがって、特性Ｘ線が検出される領域とＢＳＥ
像の信号強度とはある程度の相関関係を有する。信号強
度関係形成手段４は、Ｘ線像と組成像の信号強度の相関
関係に基づいて両者の対応関係を求めるものであり、Ｘ
線像形成手段２で形成したＸ線像の信号強度と組成像形
成手段３で形成した組成像の信号強度とから求めること
ができる。対応関係は、線型あるいは非線型の式で求め
ることも、あるいは対応テーブルで求めることもでき
る。

【００１４】Ｘ線像表示領域制限手段５は、組成像に基
づいてＸ線像の表示領域を制限することによって表示さ
れるＸ線像の分解能を高めるものであり、組成像に対し
て信号強度関係形成手段４で形成された対応関係を適用
することによって、Ｘ線像上で組成像と対応する部分を
抽出することによって、表示領域の制限を行う。Ｘ線像
表示領域制限手段５で形成されたＸ線像は、表示手段６
で表示したり、あるいは図示しない分析装置等の処理装
置に送ることができる。

【００１５】次に、図３のフローチャート及び図４の概
略図を用いてより詳細に説明する。電子マイクロアナラ
イザーの電子ビーム条件をＳＥＭ観察条件に設定して、
電子線（ここでは背面散乱電子線）信号を検出する。図
４（ａ）は背面散乱電子線によって形成した組成像を模
式的に示している（ステップＳ１）。また、電子マイク
ロアナライザーの電子ビーム条件をＸ線分析条件に設定
して、特性Ｘ線信号を検出する。図４（ｂ）は特性Ｘ線
信号によって形成したＸ線像を模式的に示している。Ｘ
線像の分解能は組成像の分解能よりも低いため、図４
（ｂ）に示す領域の境界は組成像の境界よりも不明瞭と
なる。なお、上記工程では、組成像を先に求めて分析位
置を定め、次にＸ線像を求めるという順序としている
が、検出順を逆とすることもできる（ステップＳ２）。

【００１６】図４（ｄ）は、Ｘ線像のＸ線信号と組成像
のＢＳＥ信号の信号強度、及び信号強度の相関関係を示
している。ＢＳＥ信号強度Ａ（図中の実線で示す）は、
図４（ａ）中の一点鎖線におけるＢＳＥ像の信号強度を
示し、一方、Ｘ線信号強度Ｂ（図中の破線で示す）は、
図４（ｂ）中の一点鎖線におけるＸ線像の信号強度を示
している。Ｘ線信号強度Ｂは低い分解能のために、ＢＳ
Ｅ信号強度Ａよりも広い分布状態を示している。

【００１７】図４（ｇ）は、図４（ａ）のＢＳＥ像の信
号レベルと、図４（ｂ）のＸ線像のＸ線信号強度を各画
素毎に関連付け、各ＢＳＥ信号レベルに対して得られる
Ｘ線信号強度を平均し、相関関係図として求めたもので
ある。このようにして得られた相関関係図は、どのＢＳ
Ｅ信号レベルの場所に目的のＸ線信号がより多く検出さ
れるかを示すものである。図４（ｇ）の相関関係図にお
いて、Ｂａ，Ｂｂの異なるＢＳＥ信号レベルでピークが
現れるのは、目的の元素が単体で存在していたり、他の
元素と結合して存在しているなどの組成の違いにより、
平均元素番号が異なる場合があることを示している。一
般に分析条件ではＳＥＭ観察条件よりもビーム径が広が
っているために、Ｘ線信号は目的の元素が存在しない領
域まで広がって検出されるが、この領域と同じＢＳＥ信
号レベルでＸ線信号が検出されない場合も同時に存在す
るために、この信号レベルにおいて平均して得られるＸ
線信号は相対的に低い値を示すことになる。このような
相関関係図を用いて、Ｘ線信号の検出と相関性が強いＢ
ＳＥ信号レベルを持つ領域を抽出し、この領域のみでＸ
線信号を表示することにより、分析条件でのビーム径の
広がりに起因したＸ線信号を削除し、Ｘ線像の分解能の
向上を図ることができる。なお、信号強度の相関関係
は、図４（ｇ）に示すようなグラフで求めることも、あ
るいは式やテーブル形式で求めることもできる（ステッ
プＳ３）。

【００１８】図４（ｇ）に示す相関関係において、Ｘ線
信号と相関性が強いＢＳＥ信号レベルを選択するため
に、ＢＳＥ信号レベルのピークの上下で上限値、下限値
を設ける。図４（ｇ）ではピークＢａに対する上限値、
下限値をＢａｕ，Ｂａｄで示し、ピークＢｂに対する上
限値、下限値をＢｂｕ，Ｂｂｄで示している。ここで
は、相関関係図にピークが２つ存在する場合を例示して
いるが、これ以上のピークが存在する場合、あるいは単
一のピークのみ存在する場合がある。なお、これらの上
限、下限の値は、人為的に設定したり、事前に設定した
条件に基づいてピークの形状から自動的に設定すること
ができる（ステップＳ４）。

【００１９】組成像（図４（ｄ）中のＸ線信号強度Ａ）
の内で、ＢＳＥ信号強度の上限Ｂａｕと下限Ｂａｄの範
囲内にある部分は図４（ｄ）中のα１で示される範囲と
なる。同様に、ＢＳＥ信号強度の上限Ｂｂｕと下限Ｂｂ
ｄの範囲内にある部分は図４（ｄ）中のα２，α３で示
される範囲となる。これらの範囲（α１，α２，α３）
は表示するＸ線象の信号強度に対応する元素の境界を示
すことになる。そこで、図４（ｅ）に示すＸ線信号強度
Ｂの表示範囲を、これらの範囲α１，α２，α３で制限
すれば、図４（ｆ）中のＣに示すプロファイルが得られ
る。このようにして得られた表示範囲は、組成像の信号
レベルに基づいて制限されたものであるため、表示範囲
を制限されたＸ線像の分解能は組成像と同程度となる。

【００２０】以下、本発明のＸ線像の画像処理のより詳
細な処理手順例について、図５，６のフローチャート、
及び図７，８の説明図を用いて説明する。はじめに、電
子マイクロアナライザーの電子ビーム条件をＳＥＭの観
察条件に設定し（ステップＳ１１）、背面散乱電子線等
の電子線を検出してＢＳＥ像等の組成像を求める。図７
（ａ），（ｂ）中の右方の分布図は組成像を模式的に示
している（ステップＳ１２）。また、同試料の同分析範
囲で、電子マイクロアナライザーの電子ビーム条件をＸ
線分析条件に設定し（ステップＳ１３）、特性Ｘ線を検
出してＸ線像を求める。図７（ａ），（ｂ）中の左方の
分布図は組成像を模式的に示している（ステップＳ１
４）。

【００２１】ここで、ステップＳ１５〜ステップＳ２６
の工程によって、ＢＳＥ信号強度とＸ線信号強度との相
関関係を求めた後、ステップＳ２７〜ステップＳ３５の
工程によって、求めたＢＳＥ信号強度とＸ線信号強度と
の相関関係を用いて分解能を高めたＸ線像を求める。Ｂ
ＳＥ信号強度とＸ線信号強度との相関関係を求めるため
に、はじめに相関関係を求める範囲をＢＳＥ信号強度の
強度範囲によって設定する。ここでは、ＢＳＥ信号強度
の強度範囲を、図７（ａ），（ｂ）中に示すＢＳＥ信号
強度の下限Ｂmin〜上限Ｂmaxの範囲で設定する場合を示
し、このＢＳＥ信号強度の範囲内において、ＢＳＥ信号
強度とＸ線信号強度との相関関係を求めることにする
（ステップＳ１５）。

【００２２】ＢＳＥ信号強度とＸ線信号強度との相関関
係は、あるＢＳＥ信号強度を示す分布位置におけるＸ線
信号強度を求め、これらの信号強度間の関係を求めるこ
とによって得ることができる。この関係を求めるため
に、各画素位置におけるＢＳＥ信号強度を複数の段階に
振り分け、各段階のＢＳＥ信号レベル毎に、それぞれ対
応する画素位置のＸ線信号強度の平均値を求める。

【００２３】ステップＳ１６からステップＳ２６は、Ｂ
ＳＥ信号強度の最小値から最大値までを複数のレベル
（Ｉ段階）に均等に分割し、各画素のＢＳＥ信号強度を
対応する信号レベルに当てはめ、各信号レベル毎に該信
号レベルを有する画素のＸ線信号の平均強度を求める計
算例を示している。このようにして求めたＢＳＥ信号レ
ベルと平均Ｘ線強度を関係をグラフで図示することによ
り、相関関係を得ることができる。ステップＳ１６から
ステップＳ２６の相関関係を求める工程において、画素
番号ｎを初期値０からはじめて（ステップＳ１６）順次
１を加えながら（ステップＳ２０）、ステップＳ１７〜
１９の工程を全画素数について行う（ステップＳ２
１）。

【００２４】ステップＳ１７〜１９の工程は、あるＢＳ
Ｅ信号強度を持つ画素のＸ線信号強度の総和を、ＢＳＥ
信号強度毎に求める工程であり、ステップＳ１７におい
て以下の式によって選択された画素のＢＳＥ信号強度Ｂ
[ｎ]をＩ段階のレベルｉ（整数値）に規格化し、 ｉ＝Ｉ×（Ｂ[ｎ]−Ｂmin）／（Ｂmax−Ｂmin） ステップＳ１８において、以下の式によって選択された
画素のＸ線信号強度Ｃ[ｎ]をｉに関するＸ線信号強度の
合計Ｓ[ｉ]に加算する。なお、Ｓ[ｉ]の初期値は０とす
る。 Ｓ[ｉ]＝Ｓ[ｉ]＋Ｃ[ｎ] また、平均値を求めるために、ステップＳ１９において
以下の式によってＳ[ｉ]に加算されたデータ数Ｎ[ｉ]に
１を追加して、レベルｉのＸ線信号の全データ数Ｎ[ｉ]
を求めておく。 Ｎ[ｉ]＝Ｎ[ｉ]＋１ 次に、レベルｉについて、初期値０（ステップＳ２２）
から順次１を加えながら（ステップＳ２４）、ステップ
Ｓ２３の平均値を求める工程を全レベルについて行う
（ステップＳ２５）。ステップＳ２３では、以下の式に
よってレベルｉに関するＸ線信号強度の合計[ｉ]をレベ
ルｉのデータ数Ｎ[ｉ]で除算して平均値Ａ[ｉ]を求め
る。 Ａ[ｉ]＝Ｓ[ｉ]／Ｎ[ｉ] 求めた平均値Ａ[ｉ]をＢＳＥ信号強度のレベルｉに対し
て表示することによって、図４（ｇ）に示すような相関
関係図を得ることができる。

【００２５】次に、図６のフローチャートに示すステッ
プＳ２７〜ステップＳ３５の工程により、前記ステップ
Ｓ１６〜ステップＳ２６の工程で求めた相関関係を用い
てＸ線像を形成する。相関関係図からＸ線信号の発生と
相関が強いレベルｉの範囲を定め(ステップＳ２７)、求
めたレベルｉの範囲に対応するＢＳＥ信号強度の範囲を
求める(ステップＳ２８)ことによって、ＢＳＥ信号レベ
ルの範囲を選択する。この範囲の選択方法としては、相
関が強いレベルを人為的に判断して設定することができ
るほか、相関関係のピークの高さや幅を数値計算により
求め、これらを用いて予め設定した条件に従い自動的に
設定することもできる。

【００２６】このＢＳＥ信号強度の範囲内において、あ
るＢＳＥ信号強度を有する画素位置によって表示するＸ
線像の範囲を定め、Ｘ線像側において対応する画素位置
のＸ線信号強度を求めることによって、高い分解能のＸ
線像を得ることができる。そこで、ステップＳ３４，３
５によって全画素に対して、各画素（例えば、初期値を
０とする画素番号ｎ（ステップＳ２９）毎に、ＢＳＥ信
号レベルが設定した信号レベルの範囲内にあるかどうか
を求め(ステップＳ３０)、信号レベルが範囲内にある場
合にはＸ線信号Ｄ[ｎ]を当該画素のＸ線信号強度Ｂ[ｎ]
とし(ステップＳ３１)、信号レベルが範囲外である場合
にはＸ線信号Ｄ[ｎ]を０とする（ステップＳ３２）。

【００２７】上記工程で得られたＸ線信号強度Ｄ［ｎ］
をＢＳＥ像の各対応する画素位置に当てはめることによ
って、表示領域を制限して高分解能としたＸ線像を得る
ことができる。求めたＸ線像は、表示手段に表示するこ
とも、あるいはＸ線像の画像データを他の分析装置に送
信して、分析処理を行うこともできる（ステップＳ３
３）。本発明の実施態様によれば、Ｘ線像とＢＳＥ像と
の相関関係を求めることができ、求めた相関関係を用い
て、表示するＸ線像を制限することによってＢＳＥ像と
同程度の高い分解能でＸ線像を求めることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子マイ
クロアナライザーの方法及び装置によれば、大きなビー
ム電流のＸ線分析条件で分析した場合においても高分解
能のＸ線像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子マイクロアナライザーのＸ線像の
画像処理を説明するための概略図である。

【図２】本発明の電子マイクロアナライザーのＸ線像の
画像処理装置を説明するための概略図である。

【図３】本発明の電子マイクロアナライザーのＸ線像の
画像処理を説明するためのフローチャートである。

【図４】本発明の電子マイクロアナライザーのＸ線像の
画像処理を説明するための説明図である。

【図５】本発明のＸ線像の画像処理のより詳細な処理手
順例を説明するためのフローチャートである。

【図６】本発明のＸ線像の画像処理のより詳細な処理手
順例を説明するためのフローチャートである。

【図７】本発明のＸ線像の画像処理のより詳細な処理手
順例を説明するための説明図である。

【図８】本発明のＸ線像の画像処理のより詳細な処理手
順例を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１…画像処理装置、２…Ｘ線像形成手段、３…組成像形
成手段、４…信号強度関係形成手段、５…Ｘ線像表示領
域制限手段、６…表示手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子マイクロアナライザーにおいて、Ｘ
   線分析条件によるＸ線像と、Ｘ線分析条件よりも電子ビ
   ーム電流が小さなＳＥＭ観察条件による組成像を求め、
   Ｘ線像と組成像の信号強度関係を用いて組成像に対応す
   るＸ線像を求めることによって、Ｘ線像の表示領域を組
   成像で制限してＸ線像の分解能を高めることを特徴とす
   る電子マイクロアナライザーのＸ線像の画像処理方法。
2. 【請求項２】 電子マイクロアナライザーにおいて、Ｘ
   線分析条件によってＸ線像を形成するＸ線像形成手段
   と、Ｘ線分析条件よりも電子ビーム電流が小さなＳＥＭ
   観察条件によって組成像を形成する組成像形成手段と、
   前記Ｘ線像及び組成像の各信号強度を用いてＸ線像と組
   成像の信号強度関係を形成する信号強度関係形成手段
   と、前記信号強度関係を用いて組成像に対応するＸ線像
   を求め、Ｘ線像の表示領域を組成像で制限するＸ線像表
   示領域制限手段とを備えることを特徴とする電子マイク
   ロアナライザーのＸ線像の画像処理装置。