JP2002323463A - 電子線分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電子線分析装置の持つ照射領域の持つ
問題を解決し、短い分析時間で十分に高い分解能を得、
また、分解能の位置によるばらつきを小さくする。 【解決手段】 試料に対し電子線を走査して試料のマッ
ピング分析を行う電子線分析装置１において、電子線の
各照射位置における分析データを用いて内挿演算あるい
は外挿演算することによって、各照射位置以外の位置に
おける分析データを補間し、マッピング表示するための
分析データを増やす。また、電子線照射位置における分
析データを用いて分析データの変化状態を求めることに
よって、照射位置以外の追加する照射位置を算出し、追
加照射位置に電子線を照射し分析することで分析データ
を補間し、マッピング表示するための分析データを増や
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線の照射によ
り試料から放出される荷電粒子やＸ線を検出することに
よって試料の組成分布を分析する電子線分析装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】試料に電子線を照射すると、試料から
は、照射した電子線によって励起や散乱された荷電粒子
やＸ線が放出される。この荷電粒子やＸ線を検出するこ
とによって試料の組成分析を行うことができ、電子線の
照射位置を走査しながら荷電粒子やＸ線を検出すること
によって、試料の組成分布や形状をマッピング分析する
ことができる。

【０００３】電子線分析装置では、装置の安定性や試料
に対するダメージの低減を考慮して測定時間を短縮する
必要があり、電子線の照射回数を制限する必要がある。
一方、電子線分析装置において高い分解能を得るために
は、照射する電子線を小径とし、試料上を照射する電子
線の照射領域の範囲を小さくする必要がある。しかしな
がら、所定面積の範囲を分析するには、照射位置を順に
ずらしながら多数点で電子線照射を行う必要がある。

【０００４】図１１は、従来の電子線分析装置における
分解能と電子線の照射領域との関係を説明するための概
略図である。なお、照射領域は矩形で示している。図１
１（ａ）において、照射領域１０を順に試料をずらして
走査させることによって全分析領域を照射領域１０ａ〜
１０ｇ，…によってカバーしている。なお、図中の×点
は各照射領域１０中の照射位置（１１ａ〜１１ｇ，…）
を代表して示している。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）
上の一点鎖線上にある照射位置（１１ａ〜１１ｅ）の分
析データを概略的に示している。

【０００５】ここで、高い分解能を得るためには、電子
線の照射位置の間隔を縮める必要がある。図１１（ｃ）
は、図１１（ａ）の照射領域１０ａ〜１０ｅ，…におい
て、隣接する照射領域の間の位置に電子線を照射して照
射領域１０´ａ，１０´ｂ，…とし、この照射領域１０
´ａ，１０´ｂ，…における分析データを求める。これ
によって、図１１（ｄ）に示すように、図１１（ｂ）に
示す分析データ位置間において、分析データを検出して
分解能を高める。

【０００６】例えば、図１２に示すように、一照射領域
の分解能を一走査方向に沿って４倍に高めるに場合は、
照射領域１０ａ〜１０ｄを照射領域の１／４幅分だけ一
走査方向にずらして分析を行い、これによって、一照射
領域内に４つの分析データを得る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子線分析装置
では、分析データをそのまま表示しており、表示するデ
ータ数が少ない場合には高分解能を得ることができず、
表示画面は粗いものとなる。そこで、従来の電子線分析
装置において高分解能を得るには、多数の分析位置が必
要となるが、全分析データを得るための分析時間が長時
間化するという問題や、試料に対するダメージが増える
という問題がある。

【０００８】また、一般に、照射領域の面積が大きくす
ることによって少ない回数で試料面を走査することがで
きるが、広い面積の照射領域について十分なデータを得
るためには長い分析時間が必要であり、分析時間が長時
間化するという問題を解決することはできない。

【０００９】また、試料は、分析位置によって信号強度
変化に差があり、試料面上において照射領域を等間隔と
した場合には、分解能が位置によってばらつくおそれが
あり、試料面全面において所定の分解能を得るために
は、照射領域の間隔を最小の間隔に合わせなければなら
ず分析時間が長時間化することになる。

【００１０】そこで、本発明は、従来の電子線分析装置
の持つ照射領域の持つ問題を解決し、短い分析時間で十
分に高い分解能を得ることができる電子線分析装置を提
供することを目的とし、また、分解能の位置によるばら
つきがを小さくすることができる電子線分析装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、データ演算に
よって分析データを増やすことで高い分解能を得るもの
である。本発明の電子線分析装置の第１の態様は、試料
に対し電子線を照射して試料のマッピング分析を行う電
子線分析装置において、電子線の各照射位置における分
析データを用いて内挿演算あるいは外挿演算することに
よって、各照射位置以外の位置における分析データを補
間し、マッピング表示するための分析データを増やすも
のである。

【００１２】第１の態様によれば、分析データは単に演
算によって求めることができるため、分析時間を長時間
化することなくマッピング表示するための分析データを
増やすことができる。内挿演算及び外挿演算によるデー
タ補間は、例えば、一次式や二次式の近似式を求める、
この近似式に基づいて任意の位置における分析データを
算出することができる。

【００１３】一次式によるデータ補間では、隣接する２
点の分析データ値を結ぶ一次式を求め、この一次式に基
づいて内挿値あるいは外挿値を求めることができる。ま
た、二次式によるデータ補間では、隣接する３点の分析
データ値に基づき最小２乗法等によってこれらの点を近
似する２次曲線を求め、この２次曲線に基づいて内挿値
あるいは外挿値を求めることができる。なお、データ補
間を行う方法は、上記の一次式や二次式による近似式に
限らず周知の近似方法を適用することができる。

【００１４】また、本発明の電子線分析装置の第２の態
様は、試料に対し電子線を照射して試料のマッピング分
析を行う電子線分析装置において、電子線照射位置にお
ける分析データを用いて分析データの変化状態を求める
ことによって、前記照射位置以外の追加する照射位置を
算出し、該追加照射位置に電子線を照射し分析すること
で分析データを補間し、マッピング表示するための分析
データを増やすものである。

【００１５】第２の態様によれば、はじめに定めた照射
位置に電子線を照射して分析データを求め、例えば分析
データの変化が大きい箇所に追加の照射位置を算出し設
定する。この新たに設定した追加の照射位置に電子線を
照射し分析することで分析データを補間する。これによ
れば、分析データの変化が著しい箇所では電子線の照射
位置間隔を短くし、分析データの変化が緩慢な箇所では
電子線の照射位置間隔を長くすることができ、試料の全
面の電子線照射を最小の照射位置間隔で行う場合と比較
して、分析時間を短縮することができる。

【００１６】

【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。図１は本発明の電子線
分析装置の第１の態様を説明するための概略図である。
第１の態様によれば、電子線分析装置１は、電子線分析
装置本体２と、電子線分析装置本体２で求めた分析デー
タを処理する信号処理手段３を備える。電子線分析装置
本体２は、電子線を試料に照射する電子線源、試料から
放出されるＸ線や荷電粒子を検出する検出器、試料を保
持し走査する試料ステージ等を備える。電子線分析装置
本体２において、試料に電子線を照射すると、試料から
は照射した電子線によって励起や散乱された荷電粒子や
Ｘ線が放出される。この荷電粒子やＸ線を検出すること
によって試料の組成分析を行うことができ、電子線の照
射位置を走査しながら荷電粒子やＸ線を検出することに
よって、試料の組成分布や形状をマッピング分析するこ
とができる。なお、上記した電子線分析装置本体２は周
知の構成例である。

【００１７】信号処理手段３は、電子線分析装置本体２
で求めた分析データ及び補間手段５で求めた補間データ
を記録する記録手段４と、分析データに基づいて内挿演
算あるいは外挿演算を行って補間データを求める補間処
理を行う補間手段５と、分析データや補間データを表示
する表示手段６及び出力する出力手段７を備える。第１
の態様では、補間手段５によって補間データを求めるこ
とによって、マッピング分析に用いる分析データのデー
タ数を増やし、分解能を向上させる。

【００１８】図２は、分析データ及び補間データの関係
を説明するための図である。図２（ａ）は、試料面上に
おいて電子線の照射領域１０と照射位置１１と補間デー
タ位置１２の関係を示している。ここで、矩形で示され
る照射領域１０は試料面上に電子線が照射される領域を
示している。各照射領域１０に電子線を照射することに
よって一つの分析データを得ることができる。各照射領
域１０内の照射位置１１（図中の×印で示す）は、この
照射位置を代表的に表すと共に分析データの位置を表し
ている。

【００１９】マッピング分析は、試料上で照射領域１０
を所定間隔でずらして走査することで行うことができ、
得られた分析データは記録手段４に記録される。図２
（ａ）は、照射領域１０の幅を所定間隔として走査した
例を示している。なお、図２では照射領域は矩形で示し
ているが、実際の電子線の照射状態を表しているわけで
ない。

【００２０】図２（ｂ）はマッピング分析による分析デ
ータの変化を示しており、例えば、図２（ａ）の一点鎖
線上の変化を示している。図２（ｂ）において、分析デ
ータは×印で示している。ここで、補間手段５は、記録
手段４に記録される分析データを読み出し、内挿演算あ
るいは外挿演算を行って補間データを算出し、記録手段
４に記録する。内挿演算は隣接する分析データの内側の
値を算出する処理であり、外挿演算はマッピング分析の
外周位置の分析データよりも外側の値を算出する処理で
ある。図２（ａ），（ｂ）において、丸印は補間データ
のデータ位置及び補間データを表している。

【００２１】補間手段による演算で求めた補間データを
分析データとして扱うことによって、マッピング分析に
おける分析データ数を実際の分析を行うことなく増やす
ことができる。補間手段が行う内挿演算及び外挿演算の
一例として、一次式あるいは二次式による近似式を用い
ることができる。図３（ａ）は一次式による近似式の例
を示し、図３（ｂ）は二次式による近似式の例を示して
いる。

【００２２】一次式による近似式の場合には、隣接する
２点の分析データを用いて一次式を求め、前記２点の間
において、求めた一次式上にある点を算出することによ
って内挿した補間データを求めることができる。また、
分析データの外側の補間データを求める場合には、隣接
する２点（図中の（ｎ−１）とｎ）の分析データ（×
印）を用いて一次式を求め、前記点ｎの外側において、
求めた一次式上にある点を算出することによって外挿し
た補間データ（丸印）を求めることができる。

【００２３】二次式による近似式の場合には、隣接する
３点の分析データを用いて最小自乗法等により二次式を
求め、前記３点の両端間において、求めた二次式上にあ
る点を算出することによって内挿した補間データを求め
ることができる。また、分析データの外側の補間データ
を求める場合には、隣接する３点（図中の（ｎ−２）と
（ｎ−１）とｎ）の分析データ（×印）を用いて二次式
を求め、前記点ｎの外側において、求めた二次式上にあ
る点を算出することによって外挿した補間データを求め
ることができる。

【００２４】なお、上記補間は、横方向に隣接する分析
データを用いた例を示しているが、縦方向に隣接する分
析データについても同様に行うことができる。さらに、
横方向及び縦方向に隣接する分析データについてそれぞ
れ補間データ（丸印）を求め、これらの補間データの平
均をとることもできる。

【００２５】図４は、分析データと補間手段で算出する
補間データの試料面上の関係を説明するための図であ
る。図４（ａ）は照射領域１０ａ〜１０ｅを示し、図４
（ｂ）は各照射領域中の照射位置１１ａ〜１１ｅにおけ
る分析データを概略的に示している。なお、ここでは、
横方向の走査について示している。

【００２６】図４（ｃ）は、照射位置１１ａ〜１１ｅの
分析データを用いて、各照射位置の中間位置での補間デ
ータ１１´a1〜１１´e1を求めた状態を示している。補
間データを求める位置は任意に定めることができ、図４
（ｄ）は、照射位置１１ａ〜１１ｅの分析データを用い
て、各分析データ間内に３つの補間データ１１´a1，１
１´a2，１１´a3を求めた状態を示している。

【００２７】図５は本発明の電子線分析装置の第２の態
様を説明するための概略図である。第２の態様によれ
ば、電子線分析装置１は、第１の態様が備える構成に加
えて信号処理手段３中に分析点算出手段８を備える。第
２の態様は、分析点算出手段８以外の構成は第１の態様
と同様とすることができるため、以下では主に照射位置
算出手段８について説明する。

【００２８】照射位置算出手段８は、記録手段４に記録
される分析データに基づいて、分析データを補間するた
めに新たに電子線を照射すべき照射位置を算出し、この
照射位置を電子線分析装置本体２にフィードバックす
る。電子線分析装置本体２は、照射位置算出手段８から
フィードバックされた位置データに基づいて、新たな照
射位置に電子線を照射し、該照射位置の分析データを求
め、記録手段４に記録する。

【００２９】第２の態様では、照射位置算出手段８を用
いて分析データを補間することによって、マッピング分
析に用いる分析データのデータ数を増やし、分解能を向
上させる。なお、第２の態様では、第１の態様と同様
に、補間手段５による演算によって補間データを得るこ
ともできる図６は、分析データ及び補間データの関係を
説明するための図である。なお、ここで、補間データ
は、照射位置算出手段８で算出した照射位置で求めた分
析データを表すものとする。図６（ａ）は図２（ａ）と
同様に、試料面上において電子線の照射領域１０と照射
位置１１と補間データ位置１２の関係を示し、矩形の照
射領域１０によって試料面上に電子線が照射される領域
を示している。各照射領域１０に電子線を照射すること
によって一つの分析データを得ることができる。各照射
領域１０内の照射位置１１（図中の×印で示す）は、電
子線の照射位置を代表的に示すと共に、分析データ位置
を代表して示している。

【００３０】マッピング分析は、試料上で照射領域１０
を所定間隔ずらして走査し、得られた分析データを記録
手段４に記録する。図６（ｂ）はマッピング分析による
分析データの変化を示しており、例えば、図６（ａ）の
一点鎖線上の変化を×印の分析データで示している。

【００３１】ここで、照射位置算出手段８は、記録手段
４に記録される分析データを読み出し、該分析データの
変化の程度を求め、変化の程度に応じて追加して求める
分析データの照射位置を算出する。例えば、隣接する分
析データの差分値を求め、その差分値の大きさを予め定
めた所定値と比較し、差分値の大きさが所定値よりも大
きい場合には、隣接する分析データ間を補間するよう、
新たに電子線を照射する位置を算出する。なお、差分値
の大きさが所定値よりも小さい場合には、既に求めてい
る分析データのみとし、新たな電子線照射は行わない。

【００３２】図６（ｃ）は、図６（ｂ）の分析データの
差分を示している。この差分値を図中の破線で示す所定
値と比較することによって、電子線を照射か否かの判
定、及び照射位置を算出する。図６（ｃ）において、照
射位置１１ａと照射位置１１ｂの間、及び照射位置１１
ｄと照射位置１１ｅの間の分析データの差分値は所定値
以下であり、照射位置１１ｂと照射位置１１ｃの間、及
び照射位置１１ｃと照射位置１１ｄの間の分析データの
差分値は所定値以上である。そこで、図６（ｄ）に示す
ように、照射位置１１ｂと照射位置１１ｃの間、及び照
射位置１１ｃと照射位置１１ｄの間に、新たに電子線を
照射するための照射位置（図中の黒丸印）を算出する。

【００３３】この照射位置は、差分値の大きさに応じて
定めることができ、例えば、照射位置１１ｂと照射位置
１１ｃの間には、分析データの差分が大きいため２点の
照射位置を算出し、照射位置１１ｃと照射位置１１ｄの
間には、分析データの差分が比較的小さいため１点の照
射位置を算出する。図６（ｅ）は、算出した照射位置の
基づいて分析データを求め、この分析データを補間デー
タとして補間した状態を示している。

【００３４】照射位置算出手段８は、隣接する２点間の
差分の他、微分値に基づいて判定することもできる。ま
た、隣接する２点に限らず、連続する複数の分析データ
の変化状態からその変化状態を曲線近似して、この曲線
近似に基づいて新たに電子線を照射する位置を算出する
か否かの判定、及び照射位置の算出を行うことができ
る。

【００３５】また、照射位置は、２つの分析データ間を
等間隔で分割した位置とすることも、曲線近似から分析
データの変化を等しくするような位置とすることもでき
る。照射位置算出手段８で算出した照射位置で分析デー
タを求めることによって、マッピング分析において分析
データ変化の大きな箇所のみで分析を行い、少ない分析
回数で高い分解能を得ることができる。照射位置算出手
段８による算出は、図６で示すように直線上に並ぶ分析
データを用いて行う他に、平面上に並ぶ分析データを用
いて行うこともできる。

【００３６】図７〜図１０は、平面上に並ぶ分析データ
を用いて照射位置を算出する例を説明するための概略図
である。図７に示す例は、照射位置３点で平面を形成
し、平面の各辺に沿って分析データの変化を求め、その
データ変化が大きい場合に、辺上の位置に新たな照射位
置を定める例である。なお、図７（ｂ）は、図７（ａ）
の平面の一部について斜視図で示している。また、各辺
について、内挿演算あるいは外挿演算による補間データ
を求めることもできる。

【００３７】図８に示す例は、照射位置３点で平面を形
成し、平面の内において分析データの変化を求め、その
データ変化が大きい場合に、平面の内（例えば、重心位
置）に新たな照射位置を定める例である。なお、図８
（ｂ）は、図８（ａ）の平面の一部について斜視図で示
している。また、新たな照射位置を定めない平面におい
て、３点の分析データを用いた内挿演算あるいは外挿演
算による補間データを求めることもできる。

【００３８】図９、図１０に示す例は、はじめの走査で
照射する照射位置を間引いて設定する例であり、図９は
図７と同様に辺上に照射位置を定める例であり、図１０
は図８と同様に平面上に照射位置を定める例である。ま
た、図９、図１０に示す例においても、辺の両端の分析
データあるいは３点の分析データを用いて内挿演算ある
いは外挿演算を行い補間データを求めることができる。

【００３９】図９、図１０に示す例によれば、照射領域
によって試料全面をカバーすることなく、間引いた照射
領域によって所定の分解能の分析データを得ることがで
きる。なお、図７〜図１０において、×印は当初の照射
位置を示し、丸印は補間演算により求めた補間データ位
置を示し、黒丸印は追加照射位置を示している。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子線分
析装置によれば、従来の電子線分析装置の持つ照射領域
の持つ問題を解決し、短い分析時間で十分に高い分解能
を得ることができ、また、分解能の位置によるばらつき
がを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子線分析装置の第１の態様を説明す
るための概略図である。

【図２】第１の態様の分析データ及び補間データの関係
を説明するための図である。

【図３】本発明の補間手段が行う内挿演算及び外挿演算
の一例を示す図である。

【図４】分析データと補間手段で算出する補間データの
試料面上の関係を説明するための図である。

【図５】本発明の電子線分析装置の第２の態様を説明す
るための概略図である。

【図６】第２の態様の分析データ及び補間データの関係
を説明するための図である。

【図７】平面上に並ぶ分析データを用いて照射位置を算
出する例を説明するための概略図である。

【図８】平面上に並ぶ分析データを用いて照射位置を算
出する例を説明するための概略図である。

【図９】平面上に並ぶ分析データを用いて照射位置を算
出する例を説明するための概略図である。

【図１０】平面上に並ぶ分析データを用いて照射位置を
算出する例を説明するための概略図である。

【図１１】従来の電子線分析装置における分解能と電子
線の照射領域との関係を説明するための概略図である。

【図１２】従来の電子線分析装置における電子線の照射
領域を説明するための概略図である。

【符号の説明】

１…電子線分析装置、２…電子線分析装置本体、３…信
号処理手段、４…記録手段、５…補間手段、６…表示手
段、７…出力手段、１０…照射領域、１１…照射位置、
１２…補間データ位置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 37/252 Ｈ０１Ｊ 37/252 Ｚ Ｆターム(参考） 2G001 AA03 BA05 BA07 BA30 CA01 CA03 CA10 FA06 FA29 FA30 GA04 GA06 JA01 JA07 KA01 PA11 5C033 PP05 PP06 RR06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に対し電子線を照射して試料のマッ
   ピング分析を行う電子線分析装置であって、電子線の各
   照射位置における分析データを用いて内挿演算あるいは
   外挿演算することによって、各照射位置以外の位置にお
   ける分析データを補間し、マッピング分析するための分
   析データを増やすことを特徴とする、電子線分析装置。
2. 【請求項２】 試料に対し電子線を照射して試料のマッ
   ピング分析を行う電子線分析装置であって、電子線の照
   射位置における分析データを用いて分析データの変化状
   態を求めることによって、前記照射位置以外の追加する
   照射位置を算出し、該追加照射位置に電子線を照射し分
   析することで分析データを補間し、マッピング分析する
   ための分析データを増やすことを特徴とする、電子線分
   析装置。