JP2007212206A - マッピングデータ表示方法、プログラム、および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】取得したスペクトルマッピングデータから、十分な情報を抽出したマッピング図を表示することのできるマッピングデータ表示方法を提供する。
【解決手段】試料面上の複数の点での分光スペクトル測定で得られたマッピングデータを表示手段へ表示する方法であって、試料面上の各点で得られたスペクトルデータの複数の波数での値から各点における、主成分スコア、所定の既知物質との類似度、濃度、厚み、物性値、からなる一群から選択される１または複数の演算値を演算する演算工程と、演算工程にて演算した演算値に関する情報の２次元または３次元のマッピング図を作成するマッピング図作成工程と、マッピング図作成工程で作成されたマッピング図を表示手段に表示するマッピング図表示工程と、を備えたことを特徴とするマッピングデータ表示方法。
【選択図】図２

Description

本発明はマッピングデータの表示方法、プログラム、および装置の改良に関する。

試料面上の物質の分布、欠陥部位などを調べるため、分光測定装置を用いたマッピング測定が広く行われている。例えば赤外顕微鏡では、試料面上の微小領域に赤外光を照射し、そこからの反射光または透過光を検出することで該微小領域からの赤外スペクトルを採取する。そして、試料を移動させる、２次元検出器を用いる等の方法で、試料面上の各点から赤外スペクトルを採取し、物質の分布などを調べる。
通常、マッピング測定の結果を２次元もしくは３次元マッピング図として表示する場合、採取した赤外スペクトルのうち特定のピークに着目し、そのピーク高さや、ピーク面積などによりマッピング図を作成している（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１５１６７９号公報

このように特定のピークのみを取り出すことは、特定の官能基の情報のみを表すことであり、スペクトル全体の特徴のごく一部を示しているに過ぎず、多くの情報を捨てていることとなる。また、通常分光スペクトルは複数のピークを有するため、着目するピークがどの官能基や結合によるものであるかを帰属する作業が必要になるが、着目するピークに他のピークが重なる場合もあり、この場合ピークの帰属が難しく、主観を頼りに解析を行わなければならなかった。また、試料の欠陥部位等を調べる際、欠陥部位は他の領域とは異なった性質を示すが、具体的に何の性質が異なっているのかが測定前は不明であり、そのためにもスペクトル全体の特徴を考慮する必要があった。
本発明の目的は、取得したスペクトルマッピングデータから、十分な情報を抽出したマッピング図を表示し、客観的な分析を可能にするマッピングデータ表示方法、プログラム、装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のマッピングデータ表示方法は、試料面上の複数の点での分光スペクトルを分光測定装置で測定して得られたマッピングデータを表示手段へ表示する方法であり、下記の演算工程と、マッピング図作成工程と、マッピング表示工程とを備えることを特徴とする。そして、演算工程では、前記試料面上の少なくとも一部の領域内の各点で得られたスペクトルデータの複数の波数での値から、各スペクトルデータを個々のサンプルとしスペクトルデータの複数の波数での値を変量として主成分分析を行ったときの各サンプルの主成分スコア、各点のスペクトルと所定の既知物質のスペクトルとの類似度、所定の物質の各点での濃度、各点での試料の厚み、各点での試料の物性値、からなる一群から選択される１または複数の演算値を演算し、マッピング図作成工程では、前記演算工程にて演算した演算値に関する情報の２次元または３次元のマッピング図を作成し、マッピング図表示工程では、前記マッピング図作成工程で作成されたマッピング図を前記表示手段に表示することを特徴とする。

上記のマッピングデータ表示方法において、前記演算工程では、各点ごとに複数の演算値を求め、前記マッピング図作成工程では、前記複数の演算値を組として、該演算値の組に対応する情報のマッピング図を作成することが好適である。
上記のマッピングデータ表示方法において、前記マッピング図作成工程では、前記複数の演算値の組に基いて試料面上の少なくとも一部の領域内の各点を複数のグループに分割し、試料面上の各点がどのグループに属しているかという情報のマッピング図を作成することが好適である。
上記のマッピングデータ表示方法において、前記グループ分けの基準を設定する設定工程をさらに備えることが好適である。
上記のマッピングデータ表示方法において、前記各点での試料の物性値は、屈折率または誘電率であることが好適である。
本発明のマッピングデータ表示プログラムは、上記のマッピングデータ表示方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明のマッピングデータ表示装置は、試料面上の複数の点での分光スペクトルを分光測定装置で測定して得られたマッピングデータを表示手段に表示する装置であって、前記試料面上の少なくとも一部の領域内の各点で得られたスペクトルデータの複数の波数での値から、各スペクトルデータを個々のサンプルとしスペクトルデータの複数の波数での値を変量として主成分分析を行ったときの各サンプルの主成分スコア、各点のスペクトルと所定の既知物質のスペクトルとの類似度、所定の物質の各点での濃度、各点での試料の厚み、各点での試料の物性値、からなる一群から選択される１または複数の演算値を演算する演算手段と、前記演算工程にて演算した演算値に関する情報の２次元または３次元のマッピング図を作成するマッピング図作成手段と、を備え、前記マッピング図作成手段で作成されたマッピング図を前記表示手段に表示することを特徴とする。

本発明のマッピングデータの表示方法、プログラム、および装置によれば、試料面上の各点でのスペクトルデータの複数の波数での値から、各スペクトルデータを個々のサンプルとしスペクトルデータの複数の波数での値を変量として主成分分析を行ったときの各サンプルの主成分スコア、各点のスペクトルと所定の既知物質のスペクトルとの類似度、所定の物質の各点での濃度、各点での試料の厚み、各点での試料の物性値、からなる一群から選択される１または複数の演算値を演算し、該演算値の情報のマッピング図を表示することとしているため、測定したスペクトルマッピングデータから従来よりも多くの情報を抽出したマッピング図を表示でき、マッピングデータの解析が容易となる。

以下に図面を参照して本発明にかかる好適な実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態にかかるマッピングデータ表示装置の概略構成図である。図１のマッピングデータ表示装置１０は、マルチチャンネル赤外顕微鏡等のマッピング測定が可能な分光測定装置１２に接続されており、該分光測定装置１２からの測定データを受け取り、記憶する。マッピングデータ表示装置１０は、コンピュータ等から構成されており、ディスプレイなどで構成される表示手段１４と、キーボード、マウス等で構成される入力手段１６とを備える。

分光測定装置１２では、試料面を小領域に分割し、各小領域からの分光スペクトルデータを測定する。該測定されたスペクトルデータは、試料面上の位置情報とともに、マッピングデータ表示装置１０に送られ、ハードディスク、メモリ等の記憶手段１８に記憶される。このように、試料面上の各点のスペクトルデータは試料面上の位置座標と対応付けられて記憶されている。

マッピングデータ表示装置１０は、記憶手段１８に記憶された各スペクトルデータの複数の波数での値から、各種演算値を求める演算手段２０と、演算手段２０によって求められた演算値の情報に関するマッピング図を作成するマッピング図作成手段２２と、マッピング図作成手段２２等により作成されたマッピング図等の表示手段１４への表示を制御する表示制御手段２４とを備える。これらの各手段の機能はプログラムとして実現されている。

演算手段２０では、記憶手段１８に記憶された各スペクトルデータに対して、各種演算を施す。得られた演算値は、その位置情報（試料面上で各スペクトルが採取された位置）とを関連付けて記憶手段１８に記憶される。本実施形態の演算手段２０は、主成分演算部２６と、類似度演算部２８と、濃度演算部３０と、物性値演算部３２と、膜厚演算部３４とを備える。各演算部の機能は次のとおりである。

主成分演算部２６は、試料面上の少なくとも一部の領域での各点のスペクトルデータを個々のサンプルデータとし、各スペクトルデータの複数の波数での値（強度など）を変量として主成分分析（ＰＣＡ）を行い、個々のサンプルの主成分スコアを演算する。
類似度演算部２８は、記憶手段１８の既知物質データベースに記憶された各既知物質のスペクトルデータと、試料面上の各点でのスペクトルデータとの類似度を演算する。類似度は、相関係数、ユークリッド距離などによって評価される。
濃度演算部３０は、測定したスペクトルデータから所望の物質の濃度を算出する。濃度の算出は、あらかじめ記憶手段１８に記憶しておいた所望の物質に対する検量モデルを用いて行う。
物性値演算部３２は、測定したスペクトルデータから物性値の演算を行う。物性値としては、屈折率、誘電率などが挙げられる。例えば、反射スペクトルからの屈折率、誘電率の算出は、Ｋ−Ｋ変換（クラマース−クローニッヒ変換）などの公知の方法によって行えばよい。
膜厚演算部３４は、測定したスペクトルデータから膜厚の算出を行う。この膜厚は公知の方法、例えば、スペクトルデータの干渉波形を抽出し、その干渉波形の周期から求めるといった方法（例えば特開平７−４９２２号公報等）で求めることができる。

マッピング図作成手段２２では、演算手段２０により求められた演算値の情報のマッピング図を作成する。つまり、位置情報と対応付けられて記憶された演算値を記憶手段１８から読み出し、所望のマッピング図を作成する。例えば、上記演算値そのもののマッピング図の他にも、複数の演算値の組に対応する情報のマッピング図の作成も行う。複数の演算値の組に対応する情報としては、下記に詳しく説明するグループ分け以外に、例えば、３つの種類の異なる演算値を３原色に対応させてカラー表示する、各点における複数の演算値を変量として主成分分析を行い、各点での主成分スコアをマッピング図として表示する、等が挙げられる。

設定手段３６では、演算手段２０、マッピング図作成手段２２へ、どの演算値を求めるか、どの演算値（もしくは複数の演算値の組から求めた値）のマッピング図を作成するか、等の設定情報を送る。これらの設定情報は入力手段１６を介して使用者が設定することができる。

次に本実施形態のマッピング解析装置を用いたマッピングデータの表示方法の一例を手順に沿って説明する（図２参照）。
マッピングデータ取得工程
マッピングデータ取得工程Ｓ１０では、分光測定装置１２によって、試料面上の所定区域を小領域に分け、それぞれの小領域での分光スペクトル（吸収スペクトル、反射スペクトルなど）をマッピング測定する。このとき、小領域の位置座標の情報とそこでの分光スペクトルデータとの組であるマッピングデータは、マッピングデータ解析装置１０の記憶手段１８に記憶される。

演算工程
演算工程Ｓ１２では、マッピング測定によって得られた試料面上の少なくとも一部の領域内の各点のスペクトルデータを各サンプルとして、各サンプルに対し所望の演算を施す。つまり、主成分演算部２６、類似度演算部２８、濃度演算部３０、物性値演算部３２、膜厚演算部３４は、記憶手段１８から各点でのスペクトルデータを読み出し、読み出したスペクトルデータから、各点での主成分スコア、類似度、濃度、物性値、膜厚等の演算値を求める。求めた各サンプルの主成分スコア、類似度、濃度、物性値、膜厚等の演算値は、試料面上の位置情報と関係付けて記憶手段１８に記憶される。ここで、演算工程Ｓ１２で求める演算値としては、使用者が適宜必要なものを選択して求めることができる。

設定工程
設定工程Ｓ１４では、次のマッピング図作成工程Ｓ１６における作成条件の設定を行う。使用者は入力手段１６を介して、設定手段３６により作成するマッピング図に対する条件を目的に応じて設定することができる。ここでは複数の演算値に基いて試料面上の各点を複数のグループに分割したマッピング図を作成する場合について説明する。

グループ分け条件の設定では、試料面上の各点を複数のグループに分ける条件を、各点での複数の演算値に対する条件として設定する。例えば、第１グループは、第１主成分スコアの値が１０以上３０以下で、膜厚が１００μｍ以上、ポリエチレンとの相関係数が０．８以上である点、第２グループは、・・・である点、等というような条件を設定する。
この場合、複数の演算値を軸としたグラフ上で試料面上の各点がどのように分布しているかを示す散布図（図３参照）を表示し、該散布図に基いてグループ分けの基準を設定することが好適である。つまり、図１に示した散布図作成手段３８により、所定の演算値を軸にとった散布図が作成され、その散布図は表示制御手段２４によって表示手段１４に表示される。使用者は入力手段１６を介して設定手段３６によって、どの演算値を軸として散布図を作成するかを設定することができる。その設定情報は散布図作成手段３８に送られ、散布図作成手段３８では軸となる各サンプル（試料面上の各点）の演算値を記憶手段１８から読み出し、散布図を作成する。作成された散布図は表示制御手段２４によって表示手段１４に表示される。例えば、第１主成分スコア、相関係数（類似度）の２つの演算値を軸として選択すると、図３に示すような二次元散布図が表示される。また、相関係数、膜厚、濃度の３つの演算値を軸として選択すると、図４に示すような３次元の散布図を表示することができる。

使用者は、図３、図４で示したような散布図を参考にして、グループ分けの基準を設定することができる。例えば、図３、図４で示したような散布図が表示手段１４上に表示され、使用者はマウス等の入力手段１６によって表示手段１４上に表示されたポインタを動かし、散布図上の所望の領域（例えば図３、４で点線で囲んだ部分）を選択する。設定手段では使用者によって選択された領域内に含まれるサンプルを一つのグループとし、その条件（演算値の範囲）は記憶手段１８に記憶される。

マッピング図作成工程
マッピング図作成工程Ｓ１６では、上記の設定工程Ｓ１４で設定した条件に従い、マッピング図を作成する。上記のグループ分けの例では、設定したグループ分けの条件に基づいて、試料面上の各点がどのグループに属しているかを示す、２次元もしくは３次元のマッピング図を表示する。マッピング図作成手段２２は、記憶手段１８から、上記のグループ分けの条件、グループ分けの基準に用いる各サンプルの演算値、を読み出し、そのサンプルがどのグループに属しているのかを上記のグループ分けの条件により判断し、グループ分けマッピング図を作成する。作成したマッピング図のデータは記憶手段１８に記憶される。

表示工程
表示工程Ｓ１８では、マッピング図作成工程Ｓ１６で作成されたマッピング図を表示制御手段２４によって表示手段１４に表示する。図５にグループ分けのマッピング図の例を示す。図５のマッピング図は、横軸、縦軸が試料面の位置座標（Ｘ座標、Ｙ座標）を示し、各点（図中の格子で区切られた四角形の一つ一つ）は属しているグループ毎に色分けされている。ここでは、３つのグループに分けた例を示したが、この数は特に限定されない。

上記ではグループ分けのマッピング図の表示を行う例を示したが、演算値それ自体のマッピング図の表示を行うことも好適である。図６にその２次元表示の例を示した。図６の２次元表示のマッピング図は、縦軸、横軸を試料面のＸ座標、Ｙ座標にとり、各点での演算値の値に応じて色分け（模様分け）して示したものである。使用者は、どの演算値のマッピング図を作成するかを、入力手段１６を介して設定手段３６によって設定することができる。設定手段３６は、選択された演算値のマッピング図を作成するように、マッピング図作成手段２２に指令を送る。例えば、図６のように濃度のマッピング図を表示したい場合、使用者は入力手段１６を介して、設定手段３６に濃度のマッピング図を表示したい旨を設定する。設定手段３６はマッピング図作成手段２２に設定情報を送り、マッピング図作成手段２２では設定条件に従い、記憶手段１８から各点での濃度の値を読み出し、マッピング図を作成する。作成されたマッピング図は表示制御手段２４によって表示手段１４に表示される。また、上記のマッピング図としては、図７に示すように、試料面をＸＹ平面、所定の演算値に関する情報をＺ軸にとり、３次元グラフとして表示させてもよい。

また、複数の演算値を組にし、その組に対応する情報をマッピング図で表示する例としては、上記のグループ分けの他に、各点における複数の演算値を変量として主成分分析を行い、各点での主成分スコアをマッピング図として表示する、といった例も挙げられる。ここで、複数の演算値の組としては、異なる種類の演算値だけでなく、同じ種類の演算値を複数含んでいてもよい。例えば、異なる光の振動数に対する屈折率、異なる物質に対する類似度、異なる成分の主成分スコア、等を含んでいてもよい。

上記のようなマッピング図を表示することにより、従来よりも簡便かつ容易に試料の欠陥部位などの情報を得ることができる。欠陥部位は他の領域とは異なった性質を示すが、具体的に何の性質が異なっているのかが測定前には不明であることが多く、ピークのどの部分に着目すべきか分からない。そのため、従来のように特定のピークの情報のみを表示したマッピング図では情報量が足りず、欠陥部位等を特定することが困難であった。しかし、本実施形態では、各点のスペクトルデータの複数の波数での値を用いて算出した演算値（主成分スコア、所定の既知物質のスペクトルとの類似度、所定の物質の濃度、試料の膜厚、試料の物性値）のマッピング図を表示することにより、従来のような特定のピークの強度によるマッピング図よりも、多くの情報を得ることができる。また、各点での値がより具体的なものになるため、スペクトルの解析が不慣れな人でも、容易にマッピング図の解析を行うことができる。さらに、上記のグループ分けのマッピング図のように複数の演算値を組み合わせた情報のマッピング図を表示することにより、さらに多くの情報を含んだマッピング図を表示することができる。このように、本発明にかかるマッピングデータ解析方法および装置によれば、試料の欠陥部位などを調べる際にも大いに役立つ。

また、上記の演算工程Ｓ１２にて、複数の演算を組み合わせて所望の演算値を求めることも好適である。図８にその工程の手順を示す。図８に示すようにまず、類似度演算工程では、類似度演算部２８によって、各点でのスペクトルから所定の物質との類似度を演算する。次に検量モデル選択工程では、類似度演算工程にて求めた類似度に基いて、各点に含まれる物質を推定する。例えば、所定の基準値以上の類似度を持った物質を、その点に含まれる物質であると推定すればよい。次に膜厚演算工程では膜厚演算部３４により、各点でのスペクトルから干渉波形を抽出し、各点での膜厚を演算する。記憶手段１８にはあらかじめ複数の検量モデルが記憶されており、演算した類似度に基いて、適切なものを選択する。そして、濃度演算工程では濃度演算部３６により、上記で選択した検量モデルと、膜厚演算工程にて求めた膜厚とを用いてその点での濃度を算出する。

また、上記演算工程Ｓ１２にて、主成分分析の演算を行う試料面上の範囲を選択して行うことも好適である。図９に示すように、範囲設定工程にて主成分演算部２６で行う主成分分析を試料面上のどの領域で行うかを設定する。所望の演算値（主成分スコア以外の演算値）を演算手段２０で求めたのち、該演算値が所定の範囲にある領域を選択する、といった方法で設定することも可能である。この場合、使用者は、その演算値のマッピング図を参照しながら、主成分分析を行う試料面上の領域を選択することもできる。主成分演算工程では主成分演算部２６により、選択した領域内の各点でのスペクトルを各サンプルとして、主成分分析を行う。このように主成分分析を行う範囲を限定することで、演算時間の短縮化が図れる。

本発明の実施形態にかかるマッピングデータ表示装置のブロック図 本発明の実施形態にかかるマッピングデータ表示方法の流れ図 散布図の表示の一例 散布図の表示の一例 グループ分けのマッピング図の表示の一例 演算値のマッピング図の表示の一例 演算値のマッピング図の表示の一例 演算工程Ｓ１２における処理工程の一例 演算工程Ｓ１２における処理工程の一例

符号の説明

１０ マッピングデータ表示装置
１２ 分光測定装置
１４ 表示手段
１６ 入力手段
１８ 記憶手段
２０ 演算手段
２２ マッピング図作成手段
２４ 表示制御手段

Claims (7)

1. 試料面上の複数の点での分光スペクトルを分光測定装置で測定して得られたマッピングデータを表示手段へ表示する方法であって、
   前記試料面上の少なくとも一部の領域内の各点で得られたスペクトルデータの複数の波数での値から、各スペクトルデータを個々のサンプルとしスペクトルデータの複数の波数での値を変量として主成分分析を行ったときの各サンプルの主成分スコア、各点のスペクトルと所定の既知物質のスペクトルとの類似度、所定の物質の各点での濃度、各点での試料の厚み、各点での試料の物性値、からなる一群から選択される１または複数の演算値を演算する演算工程と、
   前記演算工程にて演算した演算値に関する情報の２次元または３次元のマッピング図を作成するマッピング図作成工程と、
   前記マッピング図作成工程で作成されたマッピング図を前記表示手段に表示するマッピング図表示工程と、
   を備えたことを特徴とするマッピングデータ表示方法。
2. 請求項１記載のマッピングデータ表示方法において、
   前記演算工程では、各点ごとに複数の演算値を求め、
   前記マッピング図作成工程では、前記複数の演算値を組として、該演算値の組に対応する情報のマッピング図を作成することを特徴とするマッピングデータ表示方法。
3. 請求項２に記載のマッピングデータ表示方法において、
   前記マッピング図作成工程では、前記複数の演算値の組に基いて試料面上の少なくとも一部の領域内の各点を複数のグループに分割し、試料面上の各点がどのグループに属しているかという情報のマッピング図を作成することを特徴とするマッピングデータ表示方法。
4. 請求項３に記載のマッピングデータ表示方法において、
   前記グループ分けの基準を設定する設定工程をさらに備えたことを特徴とするマッピングデータ表示方法。
5. 請求項１から４に記載のマッピングデータ表示方法において、
   前記各点での試料の物性値は、屈折率または誘電率であることを特徴とするマッピングデータ表示方法。
6. 請求項１から５に記載のマッピングデータ表示方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
7. 試料面上の複数の点での分光スペクトルを分光測定装置で測定して得られたマッピングデータを表示手段に表示する装置であって、
   前記試料面上の少なくとも一部の領域内の各点で得られたスペクトルデータの複数の波数での値から、各スペクトルデータを個々のサンプルとしスペクトルデータの複数の波数での値を変量として主成分分析を行ったときの各サンプルの主成分スコア、各点のスペクトルと所定の既知物質のスペクトルとの類似度、所定の物質の各点での濃度、各点での試料の厚み、各点での試料の物性値、からなる一群から選択される１または複数の演算値を演算する演算手段と、
   前記演算工程にて演算した演算値に関する情報の２次元または３次元のマッピング図を作成するマッピング図作成手段と、
   を備え、
   前記マッピング図作成手段で作成されたマッピング図を前記表示手段に表示することを特徴とするマッピングデータ表示装置。

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