JP2020112435A - 分析装置および画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で分析者の作業効率を向上させる分析装置を提供する。【解決手段】分析装置は、照射部と、第１の検出部と、処理部とを備える。照射部は、電子ビームを試料の観察領域に照射する。第１の検出部は、電子ビームの照射によって観察領域から発生する電子を検出する。処理部は、ディスプレイ２２と通信可能に構成され、第１の検出部の検出信号に基づいて観察領域の電子像７０ｄをディスプレイ２２に表示するように構成される。処理部は、ディスプレイ２２に表示された電子像７０ｄを構成する複数の画素のうち、輝度が所定の輝度範囲に含まれる画素７６を選択的に着色する。【選択図】図５

Description

本発明は、分析装置および画像処理方法に関する。

電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）などの分析装置は、電子ビームおよびイオンビーム等の荷電粒子ビームを試料の観察領域に照射し、この照射によって試料から発生する信号（二次電子、反射電子および特性Ｘ線など）を検出することによって、試料の観察および分析が可能に構成されている。

このような分析装置において、特性Ｘ線は元素毎に固有の波長を持つため、観察を所望する元素の特性Ｘ線に基づくＸ線像を観察することで、観察領域における所望の元素の有無を判別することができる。しかしＥＰＭＡのような波長分散型Ｘ線分析を用いる分析装置においては、Ｘ線像は信号強度が小さい。よってこのような分析装置では、観察を所望する元素の分布を観察するのに十分な輝度を有する画像を得るには時間がかかるという問題がある。

一方、反射電子に基づく反射電子像および二次電子に基づく二次電子像は、元素の種類までは特定ができないものの、Ｘ線像と比較すると信号強度が強いため画像の取得は短時間で行なわれる。

そのため、特開２００４−４５３６６号公報（特許文献１）には、反射電子像あるいは二次電子像（以下、電子像とも総称する）を観察し、介在物の位置を特定した後、エネルギー分散型Ｘ線分光器により介在物の組成分析を行なうクラスター状介在物分析装置が開示されている。具体的には、特許文献１に記載のクラスター状介在物分析装置では、電子像の輝度の違いを利用して、コンピュータによる２値化処理が行なわれることで、介在物情報（重心位置、大きさ、形状）が求められる。

特開２００４−４５３６６号公報

しかしながら、このような構成において、上述のように反射電子像および二次電子像では共に元素の特定はできないので、反射電子像または二次電子像に対してコンピュータによる２値化処理を行なっても元素の特定はできない。よって、このような構成では、必ずしも分析者が観察を所望する元素の分布を適切に観察できない可能性がある。例えば特許文献１に記載の分析装置での電子像の観察時に、分析者が誤って観察を所望する介在物が存在しない視野を選択しても、該視野において背景と、別の介在物またはノイズ等との２値化が行なわれる可能性がある。よって、分析者が介在物またはノイズ等を、観察を所望する介在物と誤解して、時間をロスする可能性がある。

また、特許文献１に記載の分析装置においては、３つ以上の元素を区別したい場合に対応できない。特に、３つ以上の元素を含む視野において、観察を所望する２つの元素同士の輝度が比較的近い場合には、２値化に類するコンピュータによる機械的な輝度の差の増幅では当該２つの元素同士は区別されない可能性がある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成で分析者の作業効率を向上させる分析装置および画像処理方法を提供することである。

本発明の第１の態様は、照射部と、第１の検出部と、処理部とを備える分析装置に関する。照射部は、電子ビームを試料の観察領域に照射する。第１の検出部は、電子ビームの照射によって観察領域から発生する電子を検出する。処理部は、ディスプレイと通信可能に構成され、第１の検出部の検出信号に基づいて観察領域の電子像をディスプレイに表示するように構成される。処理部は、ディスプレイに表示された電子像を構成する複数の画素のうち、輝度が所定の輝度範囲に含まれる画素を選択的に着色する。

本発明によれば、簡易な構成で分析者の作業効率を向上させる分析装置および画像処理方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に従う分析装置の構成例を説明する概略図である。 コンピュータの構成を概略的に示す図である。 視野探索の第１段階におけるディスプレイの表示の一例を示す図である。 視野探索の第２段階におけるディスプレイの表示の一例を示す図である。 視野探索の第３段階におけるディスプレイの表示の一例を示す図である。 視野探索の第４段階におけるディスプレイの表示の一例を示す図である。 分析装置を用いた試料の分析を説明するフローチャートである。 分析装置による試料の自動分析を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に従う分析装置の構成例を説明する概略図である。本発明の実施の形態に従う分析装置１００は、荷電粒子ビームを試料に照射し、試料から発生する信号を検出して試料の観察および分析を行なうように構成される。分析装置１００は、例えば、電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）である。

図１を参照して、本発明の実施の形態に従うＥＰＭＡ１００は、波長分散型Ｘ線分光器を含む分析装置であって、電子ビーム照射部５０およびコンピュータ２０を含み、入力機器２１およびディスプレイ２２と通信する。

電子ビーム照射部５０は、電子銃１と、偏向コイル２と、対物レンズ３と、試料ステージ４と、試料ステージ駆動部５と、複数の分光器６ａ，６ｂと、偏向コイル制御部７と、電子検出器８とを備える。電子銃１、偏向コイル２、対物レンズ３、試料ステージ４、分光器６ａ，６ｂおよび電子検出器８は図示しない計測室内に設けられる。Ｘ線の計測中は、計測室内は排気されて真空に近い状態とされる。

電子銃１は、試料ステージ４上の試料Ｓに照射される電子線Ｅを発生する励起源であり、収束レンズ（図示せず）を制御することによって電子線Ｅのビーム電流を調整することができる。偏向コイル２は、偏向コイル制御部７から供給される駆動電流により磁場を形成する。偏向コイル２により形成される磁場によって、電子線Ｅを偏向させることができる。

対物レンズ３は、偏向コイル２と試料ステージ４上に載置される試料Ｓとの間に設けられ、偏向コイル２を通過した電子線Ｅを微小径に絞る。試料ステージ４は、試料Ｓを載置するためのステージであり、試料ステージ駆動部５により水平面内で移動可能に構成される。

電子ビーム照射部５０では、試料ステージ駆動部５による試料ステージ４の駆動、および／または偏向コイル制御部７による偏向コイル２の駆動により、試料Ｓの観察領域における電子線Ｅの照射位置を２次元的に走査することができる。通常は、走査範囲が比較的狭いときは、偏向コイル２による走査が行なわれ、走査範囲が比較的広いときは、試料ステージ４の移動による走査が行なわれる。以上より、電子銃１、偏向コイル２および対物レンズ３は、電子ビームを試料Ｓの観察領域に照射する「照射部」の一実施例を構成する。

分光器６ａ，６ｂは、電子線Ｅが照射された試料Ｓの観察領域から放出される特性Ｘ線を検出するための機器である。なお、図２では、２つの分光器６ａ，６ｂのみが示されているが、実際には、電子ビーム照射部５０には、試料Ｓを取り囲むように全部で４つの分光器が設けられている。各分光器の構成は、分光結晶を除いて同じであり、以下では、各分光器を単に「分光器６」と称する場合がある。分光器６は、「第２の検出部」の一実施例に対応する。

分光器６ａは、分光結晶６１ａと、検出器６３ａと、スリット６４ａとを含む。試料Ｓ上の電子線Ｅの照射位置と分光結晶６１ａと検出器６３ａとは、図示しないローランド円上に配置される。分光結晶６１ａは、図示しない駆動機構によって、直線６２ａ上を移動しつつ傾斜される。検出器６３ａは、図示しない駆動機構によって、分光結晶６１ａに対する特性Ｘ線の入射角と回折Ｘ線の出射角とがブラッグの回折条件を満たすように、分光結晶６１ａの移動に応じて図示のように回動する。これにより、試料Ｓから放出される特性Ｘ線の波長走査を行なうことができる。

分光器６ｂは、分光結晶６１ｂと、検出器６３ｂと、スリット６４ｂとを含んで構成される。分光器６ｂおよび図示されない分光器の構成は、分光結晶を除いて分光器６ａと同様であるので、説明を繰り返さない。なお、各分光器の構成は、上記のような構成に限られるものではなく、従来より知られている各種の構成を採用することができる。

電子検出器８は、電子線Ｅの照射によって試料Ｓの観察領域から放出される電子を検出するための機器である。電子検出器８は反射電子を検出する。電子検出器８は、「第１の検出部」の一実施例に対応する。電子検出器８の検出信号はコンピュータ２０に送られる。また、図示しない別の電子検出器によって、電子線Ｅが照射された試料Ｓから放出される二次電子を検出し、該検出信号をコンピュータ２０に送信するように構成してもよい（。

偏向コイル制御部７は、コンピュータ２０からの指示に従って、偏向コイル２へ供給される駆動電流を制御する。予め定められた駆動電流パターン（大きさ及び変更速度）に従って駆動電流を制御することにより、試料Ｓ上において電子線Ｅの照射位置を所望の走査速度で走査することができる。

コンピュータ２０は、電子ビーム照射部５０と通信可能に接続される。コンピュータ２０は、内蔵するプログラム及びテーブルに従って、電子ビーム照射部５０の各部の動作を制御するための制御信号を生成し、生成した制御信号を電子ビーム照射部５０へ出力する。

また、コンピュータ２０は、試料Ｓ上の観察領域における電子線Ｅの位置走査に応じて、観察領域の画像を生成する。具体的には、コンピュータ２０は、電子検出器８により検出された反射電子の検出信号に基づいて、試料Ｓの観察領域の反射電子像を生成する。

コンピュータ２０は、さらに、４つの分光器６により検出された特性Ｘ線に基づいて、試料Ｓの観察領域における分析対象元素の分布画像（Ｘ線像）を生成する。さらに、コンピュータ２０は、分析対象のＸ線の波長走査を受信すると、受信した波長走査に基づいてＸ線スペクトルを作成する。コンピュータ２０は、Ｘ線スペクトルに基づく定性分析および／または定量分析等を行なう。以下、このような定性分析および／または定量分析等を行なう観察領域を、特に分析領域とも称する。

ＥＰＭＡ１００は、生成した観察画像および分析結果などの各種情報を分析者に提供するための出力機器としてディスプレイを有する。ディスプレイ２２は、コンピュータ２０と通信可能に構成される。ディスプレイ２２は、電子ビーム照射部５０の制御および電子ビーム照射部５０で得られたデータに関する処理の情報を表示するための表示部を構成する。ディスプレイ２２は、試料Ｓの分析領域を設定する際に分析者が観察する観察領域の画像（Ｘ線像および／または反射電子像）が表示される。また、ディスプレイ２２は、反射電子および／または特性Ｘ線の分析に関する処理の情報も表示するように構成してもよい。このような構成において例えば、ディスプレイ２２には、Ｘ線スペクトルならびにこれに基づく定性分析および定量分析の結果などが表示される。

よって、分析者は、ディスプレイ２２の表示に基づいて電子ビーム照射部５０を制御するための各種指示をコンピュータ２０に与えることができる。また、分析者はディスプレイ２２の表示に基づいて、コンピュータ２０を用いて電子ビーム照射部５０で検出されたデータを分析することができる。すなわち、分析者は、ディスプレイ２２における、電子ビーム照射部５０における観察条件を示す数値、観察画像（電子ビーム照射部５０における観察条件を示す数値、および、観察画像（Ｘ線像、二次電子像、反射電子像等）、得られた特性Ｘ線、二次電子、反射電子の分析結果を示すグラフ等の表示を利用することができる。

入力機器２１は、コンピュータ２０に接続されており、コンピュータ２０と通信可能に構成されている。入力機器２１は、分析者の指令をコンピュータ２０に入力するために用いられる。入力機器２１は、例えばマウス等のポインティングデバイス、キーボードおよびタッチパネル等である。

上述のように、ＥＰＭＡ１００は、電子ビームを試料Ｓ表面に照射し、試料表面から放出される信号を検出するように構成される。検出信号には、試料表面に含まれる元素に特有のエネルギーを有する特性Ｘ線、反射電子および二次電子等が含まれる。ＥＰＭＡ１００では、検出された特性Ｘ線のエネルギーおよび強度を分析することにより、試料表面の観察対象領域に存在する元素の同定および定量を行なうことができる。

また、ＥＰＭＡ１００では、検出された二次電子および反射電子により、試料表面の形状および組成を観察することができる。分析者は観察領域の二次電子像または反射電子像を観察しながら、試料表面上の分析領域を探すことができる。具体的には、分析者は観察領域の電子像を観察しながら、観察領域（すなわち、試料表面上の電子線Ｅの照射領域およびＸ線、電子線等の測定領域）を設定するとともに、試料表面上の分析領域（すなわち、定性分析および定量分析を行なう領域）を選択することができる。

図２は、コンピュータ２０の構成を概略的に示す図である。
図２を参照して、コンピュータ２０は、ＣＰＵ２３と、メモリ２４と、入力インターフェイス（以下、入力Ｉ／Ｆとも称する）２５と、表示コントローラ２６と、通信インターフェイス（以下、通信Ｉ／Ｆとも称する）２７とを備える。

コンピュータ２０は、メモリ２４に格納されるプログラムに従って動作するように構成される。メモリ２４は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＨＤＤ（Hard Disk Drive）を含む。

ＲＯＭは、ＣＰＵ２３にて実行されるプログラムを格納することができる。プログラムには、電子ビーム照射部５０の制御、および、電子ビーム照射部５０で検出されたデータの処理に関するプログラムが含まれる。ＲＡＭは、ＣＰＵ２３におけるプログラムの実行中に利用されるデータを一時的に格納することができ、作業領域として利用される一時的なデータメモリとして機能することができる。ＨＤＤは、不揮発性の記憶装置であり、電子ビーム照射部５０による検出信号およびその分析結果等の情報を格納することができる。ＨＤＤに加えて、あるいは、ＨＤＤに代えて、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置を採用してもよい。

ＣＰＵ２３は、電子ビーム照射部５０およびＥＰＭＡ１００全体を制御する。ＣＰＵ２３は、メモリ２４のＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。

入力Ｉ／Ｆ２５は、入力機器２１に接続される。入力Ｉ／Ｆ２５は、コンピュータ２０が入力機器２１と通信するためのインターフェイスであり、入力機器２１から各種信号を受信する。

表示コントローラ２６は、ディスプレイ２２に接続される。表示コントローラ２６はディスプレイ２２に、ディスプレイ２２の表示内容を指令する信号を出力する。ディスプレイ２２がタッチパネルを備えるディスプレイである場合、表示コントローラ２６はディスプレイ２２から、ディスプレイ２２への分析者のタッチ操作を示す信号を受信する。

通信Ｉ／Ｆ２７は、電子ビーム照射部５０に接続される。通信Ｉ／Ｆ２７は、コンピュータ２０が電子ビーム照射部５０と通信するためのインターフェイスであり、電子ビーム照射部５０との間で各種信号を入出力する。

コンピュータ２０は、一般的な機能を持つコンピュータに、電子ビーム照射部５０の制御、および、電子ビーム照射部５０で検出されたデータの処理に関するソフトウェアをインストールし、メモリ２４に専用のプログラムおよびデータを格納することで実現することができる。具体的には、コンピュータ２０ではＯＳと呼ばれる基本ソフトウェアプログラムが常時動作している。この基本ソフトウェアプログラムは、ディスプレイ２２への表示、入力機器２１への操作入力の処理およびメモリ２４へのアクセス等を受け持ち、並列的に処理可能である。

一方、電子ビーム照射部５０の制御、および、電子ビーム照射部５０で検出されたデータの処理に関するソフトウェアプログラムは、基本ソフトウェアプログラムの上で実行される。電子ビーム照射部５０の制御に関するソフトウェアプログラムは、コンピュータ２０のメモリ２４に外部から供給され、ＣＰＵ２３が該供給されたプログラムコードを読み出して実行することにより実現される。

このような構成の分析装置において、上述のように、試料表面上における特定の元素の分布を観察したい場合、特性Ｘ線の検出信号から生成されるＸ線像、反射電子の検出信号からなる反射電子像、二次電子の検出信号からなる二次電子像等が用いられる。

Ｘ線像は、元素ごとに異なる波長を持つ特性Ｘ線の検出信号に基づくので、特定の元素の有無を確認できる。このようなＸ線像を観察する分析装置として、ＥＰＭＡがある。ＥＰＭＡは、波長分散型Ｘ線分光器を有しており、エネルギー分散型分光器に比べて、特性Ｘ線の分解能が高い一方、検出信号の信号強度が低い。そのため、このような分析装置において十分な輝度を有するＸ線像を取得するには、検出信号を繰り返し積算する、１画素辺りの測定時間を長く設定する等の方法が必要である。すなわち、ＥＰＭＡにおいては、元素の有無を判断できるだけのＸ線像を取得するために時間がかかる。よって、ＥＰＭＡでＸ線像のみを用いて所望の元素を含む領域を探索しようとすると、観察領域を変更するたびに十分な輝度を確保するための待機時間が必要となる。従って、広範囲で所望の元素を含む領域を探索するときには、分析者に手間をかける虞がある。

そのために、このような構成の分析装置では、観察を所望する領域の明確なＸ線像を取得する前に、まず観察を所望する領域を視野内に収めるための「視野探索」が行なわれる。

このような視野探索として、特許文献１に開示されるように、Ｘ線像の観察に先んじて、原子番号の大小を明暗に反映する反射電子像、試料の表面の形状を捉える二次電子像等を観察することで、分析領域を決定し、その後Ｘ線像に切り替えて組成分析を行なう構成が知られている。

しかし、反射電子像および二次電子像では、Ｘ線像とは異なり、観察領域に含まれる元素の種類を特定することはできない。そのため、特許文献１に開示される上記方法では、反射電子像および二次電子像で観察を所望する元素と異なる元素を、所望の元素と勘違いして観察を行ない、結果的に作業時間をロスしてしまう虞があった。

したがって、本発明の実施の形態では、特性Ｘ線による元素の特定と、反射電子による画像取得の速さという２つの長所を組み合わせて、視野探索を行なうことができるＥＰＭＡ１００を提供する。したがって、簡易な構成で分析者の作業効率を向上させる分析装置を提供することができる。

次に図３〜図６を参照して、本発明の実施の形態に従う分析装置における、Ｘ線像および反射電子像を用いた視野探索を説明する。図３〜図６は当該視野探索の第１〜第４段階におけるディスプレイ２２の表示をそれぞれ示した図である。

図３は、視野探索の第１段階におけるディスプレイの表示の一例を示す図である。ＥＰＭＡ１００の起動後、試料に電子ビームが照射されると、ディスプレイ２２には、分析者の指示により、観察を所望する特定の元素の特性Ｘ線に対応するＸ線像７０ａが表示された状態となる。その際、最初の視野において所望の元素の存在が確認される場合は、図３のように、Ｘ線像７０ａにおいて、背景７１ａ内に、特定の元素が存在する領域７２ａおよび７３ａが存在する態様が表示される。最初の視野において、所望の元素の存在が確認されない場合は、分析者は、試料ステージ４を操作することで、視野を移動させることができる。この操作により、図３のように所望の元素を含む視野を得ることができる。

なお、上記のように、Ｘ線像は比較的信号強度が弱いので、リアルタイムの短時間の観察においては、特定の元素を含む領域７２ａおよび７３ａの像のごく一部の画素の信号のみがノイズフィルターの閾値を超えるため、表示されるＸ線像における元素の分布は粗くなる。よって、所望の元素を含む領域７２ａおよび７３ａの像は、背景７１ａ中に明確に見えるわけではなく、視認性が悪い。なお、以下元素の像および元素の存在する領域の像は、簡単のために、それぞれ単に元素および元素の存在する領域とも称する。

なお、図３では、Ｘ線像７０ａの画素の輝度分布を示すヒストグラム８０ａもディスプレイ２２上に表示する構成が示されている。ヒストグラム８０ａは、Ｘ線像７０ａ中の特定の輝度（横軸）を示す画素の数（縦軸）を表している。ヒストグラム中の特に画素数が大きな輝度（すなわち、分布のピーク）は符号付きの矢印で示している。以上は図４〜図６のヒストグラム８０ｂ〜８０ｄでも同様であるので、説明を繰り返さない。

このように構成すれば、Ｘ線像７０ａの画素において、輝度がどのように分布しているかが判別しやすいので、特定の元素の有無の確認に役立つ。たとえば、図３では、ヒストグラム８０ａには、ピーク８１ａおよびピーク８２ａが存在する。ここで、ピーク８１ａはピーク８２ａに比べ、輝度が低く、画素数が多いことから、背景７１ａの画素を示すと考えられる。一方、ピーク８２ａはピーク８１ａに比べ、輝度が高く、画素数が少ないことから、領域７２ａおよび７３ａの画素を示すと考えられる。よって、図３のヒストグラム８０ａからは、視野内に所望の元素が存在することが示唆される。

以上のことから、図３のＸ線像７０ａからは、特定の元素の存在が確認できるが、当該元素の分布状態の視認性は弱い。

図４は、視野探索の第２段階におけるディスプレイの表示の一例を示す図である。本発明の実施の形態に従うＥＰＭＡ１００においては、図３のように所望の元素の特性Ｘ線に対応するＸ線像７０ａがディスプレイ２２に表示された状態となった後に、分析者の指示により、図４のようにＸ線像７０ａと同一視野の反射電子像７０ｂが表示された状態になる。反射電子像７０では、元素番号の小さな元素が含まれる背景７１ｂは暗く見え、元素番号の大きな元素が含まれる領域７２ｂ〜７４ｂは明るく見える。

反射電子像７０ｂは図３のＸ線像７０ａと同一の視野の像なので、図４の反射電子像７０ｂにおける領域７２ｂ、７３ｂは、Ｘ線像７０ａ中の領域７２ａおよび７３ａと同一の位置にあることが分かる。ただし、上述のように、反射電子は特性Ｘ線より信号強度が強いため、反射電子像は一般にＸ線像より輝度が高い画像が得られる。よって、図４の反射電子像７０ｂにおける領域７２ｂ、７３ｂは、Ｘ線像７０ａ中の同一位置の領域７２ａおよび７３ａより明るい像となる。

また、反射電子像の明暗は原子番号の大小に相関するため、領域７４ｂのように、Ｘ線像７０ａでは観察されなかった領域も表示される。つまり、反射電子像は観察を所望する元素を明確に表示するが、一方で、所望の元素以外の元素も表示する状況が起こりうる。特に、試料に、観察を所望する元素に原子番号が近い元素が存在する領域が含まれる場合、反射電子像に表示される当該元素の輝度と所望の元素の輝度は近いため、反射電子像のみで当該元素と所望の元素を見分けることは困難である。よって、このまま視野を移動して試料の反射電子像の観察を続けると、移動した先の視野に含まれる元素が、観察を所望する元素か、それ以外の元素であるかを判別することが困難である状況が生じる可能性が懸念される。

なお、図４では、反射電子像７０ｂの画素の輝度分布を示すヒストグラム８０ｂもディスプレイ２２上に表示される構成が示されている。ヒストグラム８０ｂは、反射電子像７０ｂ中の特定の輝度（横軸）を示す画素の数（縦軸）を表している。ヒストグラム中の特に画素数が大きな輝度（すなわち、分布のピーク）は符号付きの矢印で示している。以上は図５および図６のヒストグラム８０ｃおよび８０ｄでも同様であるので、説明を繰り返さない。

このように構成すれば、反射電子像７０ｂの画素において、輝度がどのように分布しているかが判別しやすいので、観察を所望する元素の有無の確認に役立つ。たとえば、図４では、ヒストグラム８０ｂには、ピーク８１ｂ，８２ｂ，８３ｂが存在する。ここで、ピーク８１ｂは他の２つのピークに比べ、輝度が低く、画素数が多いことから、背景７１ｂの画素を示すと考えられる。一方、ピーク８３ｂは他の２つのピークに比べ、輝度が高く、画素数が少ないことから、領域７４ｂに含まれる画素を示すと考えられる。さらに、ピーク８２ｂは他の２つのピークに比べ、輝度、画素数共に中くらいの値であるため、領域７２ｂおよび７３ｂに含まれる画素を示すと考えられる。よって、図４のヒストグラム８０ｂは、視野内の元素の種類、数および量等を理解する上で役立つ。

ヒストグラム８０ｂの下部にあるボタン８４〜８６については図５で後述する。
図５は、視野探索の第３段階におけるディスプレイの表示の一例を示す図である。図５では、図４と同じヒストグラム８０ｂが表示されているが、図５のヒストグラム８０ｂにおいては、ピーク８２ｂを含む輝度範囲が選択されている点が異なる。

図４の反射電子像７０ｂにおいて、観察視野に特定の元素を含む領域７２ｂ，７３ｂが存在し、当該領域７２ｂ，７３ｂはヒストグラム８０ｂのピーク８２ｂに対応することが確認された。しかし、上で説明したように視野を動かすと、新たな視野が所望の元素を含むか否かを判別することが困難であると予想される。そのため、図５においては、ヒストグラム８０ｂにおいて、特定の元素に対応する、ピーク８２ｂを含む所定の輝度範囲に含まれる反射電子像７０ｃの画素に着色する。

図５では、入力機器２１に対応するポインタ９０もディスプレイ２２上に表示する構成が開示されている。このようにポインタ９０をディスプレイ２２上に表示し、入力機器２１により操作することで、分析者は容易にコンピュータ２０への指示を入力できる。

また、図５では、所定の輝度範囲に含まれる反射電子像７０ｂの着色の手段として、ヒストグラム８０ｃの下部のボタン８４〜８６が例示されている。ボタン８４，８５，８６はそれぞれ緑（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）、赤（Ｒ：Ｒｅｄ）、青（Ｂ：Ｂｌｕｅ）の着色に対応する。具体的な着色の方法の例としては、分析者がボタン８４〜８６のいずれかのボタンをポインタ９０を用いて選択し、その後、ヒストグラム８０ｂの任意の輝度範囲をポインタ９０を用いて選択することで、反射電子像７０ｃの画素の選択された輝度範囲に含まれる部分が着色される。

具体的には、図５では、分析者がポインタ９０を用いて、選択した画素の着色に用いられるボタン８４〜８６の一つである、「緑（Ｇ）」に対応するボタンを選択し、その上で、ヒストグラム８０ｂでピーク８２ｂを含む所定の輝度範囲を選択する。当該輝度範囲は、たとえば、反射電子像７０ｃを観察しながら、所望の元素からなる領域を過不足無く含むように選択されるように構成することができる。このようにして、コンピュータ２０は、ディスプレイ２２に表示された反射電子像を構成する複数の画素のうち、輝度が所定の輝度範囲に含まれる画素を選択的に着色する。また、当該所定の輝度範囲は、ディスプレイ２２に表示されたＸ線像７０ａを構成する複数の画素の中から選択された画素に対応する反射電子像７０ｂ中の画素の輝度に基づいて設定されている。

このことにより、反射電子像７０ｃにおいて、所望の元素が存在する領域は、それ以外の領域と異なる色で表示されるため、より明確に表される。また、視野を移動しても、所望の元素には着色されているので、他の元素と混同することがなくなることが期待される。

なお、ボタンおよびボタンに対応する色の数は、３つに限定されず、いくつでもよい。さらに、着色される元素および対応する輝度範囲は、１つでは無く複数でもいい。たとえば、反射電子像７０ｃの領域７４ｂを構成する画素の輝度に対応する輝度範囲８３ｂに含まれる画素を赤色に塗ることが可能である。このように構成すれば、反射電子像を用いた視野探しにおいて、領域７２ｃ，７３ｃに対応する元素と、領域７４ｂの元素の両方を一度に観察できるため効率がよい。また、領域７２ｃ，７３ｃに対応する元素を含む領域と、領域７４ｂの元素を含む領域の位置関係を確認することも可能である。

さらに、着色する輝度範囲の選択を含む着色の態様は、上記に限定されず、所定の輝度範囲に着色できるのであればどのような方法でもよい。

コンピュータ２０は、「処理部」の一実施例に相当する。また、ポインタ９０を操作する入力機器２１は、所定の輝度範囲の設定の入力を受け付ける「入力部」の一実施例に対応する。

図６は、視野探索の第４段階におけるディスプレイの表示の一例を示す図である。図６は、図５において観察を所望する元素に対応する輝度範囲に含まれる画素に着色するように設定された後、視野を移動して別の所望の元素を含む領域が視野に含まれた状態を示す。

図６を参照して、領域７６は、緑色（Ｇ）に着色されているため、観察を所望する元素を含む領域であることが分かる。一方、領域７７は、緑色に着色されていないため、所望の元素とは異なる元素からなる領域である。

このようにして、分析者はＸ線像で特定の元素が存在する領域を確認した後、反射電子像で当該領域を構成する画素の輝度に対応する輝度範囲に含まれる画素に着色することで、視野を変えても特定の元素が存在する領域が着色されて見える。つまり、強い信号強度の画像で、特定の元素の有無を確認できる状態で視野探索ができる。よって、Ｘ線像および反射電子像のいずれか一方のみを使用して視野探索を行なうときに比べて、作業効率を向上させることができる。

ただし、反射電子像の輝度は原子番号の大小にも依存するが、ビーム電流の強度および検出器の設定にも依存するので、視野探索の途中でビーム電流の強度および検出器の設定を調整しないように気をつける必要がある。

また図３〜図６においては、Ｘ線像と反射電子像のいずれか一方のみが表示されていたが、Ｘ線像と反射電子像の少なくとも一方が表示されている状態であればよい。たとえば視野探索の第１〜第４段階を通じて、Ｘ線像と反射電子像とが共に表示され続ける構成であってもよい。

また、図３〜図６において、分析者が入力機器２１を用いて行なった操作の一部もしくは全てを、コンピュータ２０内のプログラムもしくは外部のプログラムによって、自動で行なうように構成してもよい。例えば、Ｘ線像の一部の画素をユーザが選択する操作を行なうと、コンピュータ２０は反射電子像において、選択された画素の輝度を含む輝度範囲を設定する。そしてコンピュータ２０は反射電子像において設定された輝度範囲に含まれる画素を着色するという構成をとってもよい。

以下、図７を用いて本発明の実施の形態に係るＥＰＭＡ１００のコンピュータ２０におけるＥＰＭＡ１００の制御について説明する。図７は、分析装置を用いた試料の分析を説明するフローチャートである。図７のフローチャートは、電子ビーム照射部５０への試料の収納が完了した後に実行される。

図７を参照して、ステップ１０１において、コンピュータ２０は、電子ビーム照射の指示を分析者から受け付ける。なお、電子ビーム照射の指示を受け付ける際もしくは受け付ける前に、電子ビーム照射の条件設定を受け付けるよう構成してもよい。続いて、ステップ１０２において、コンピュータ２０は、電子ビーム照射部５０に電子ビームを照射するよう指令する。

続いてステップ１０３において、コンピュータ２０は、電子ビーム照射部５０から特性Ｘ線の検出信号を受信し、当該検出信号を基にＸ線像を生成し、当該Ｘ線像を表示された状態にするための指令をディスプレイ２２に出力する。

ステップ１０４において、コンピュータ２０は、分析者の指示に基づいて、ディスプレイ２２上のＸ線像の視野に所望の元素を含むように試料ステージ４を移動させ、視野を設定する指令を、電子ビーム照射部５０に出力する。ステップ１０４の際、もしくはステップ１０４の直前に、コンピュータ２０は分析者によるＸ線像の観察条件の設定を受け付け、電子ビーム照射部５０に反映するための指令を出力するように構成してもよい。

次に、ステップ１０５において、コンピュータ２０は、反射電子像を表示された状態にするための指令をディスプレイ２２に出力する。

さらにステップ１０６において、コンピュータ２０は、Ｘ線像で所望の元素が検出された領域に対応する反射電子像の領域を構成する画素の輝度に対応する輝度範囲に含まれる画素に着色を行なう。ここで、着色される画素の輝度範囲は、例えば、Ｘ線像で所望の元素が検出された領域に対応する反射電子像の領域を可能な限り過不足無く検出するように設定される。

続いて、ステップ１０７において、コンピュータ２０は、分析者の指示に基づいて、反射電子像の視野に観察を所望する元素を含む別の領域が含まれるまで試料ステージを移動させ、視野を設定する。ステップ１０８において、コンピュータ２０は、分析者の指示に基づいて、ディスプレイ２２に表示されている反射電子像を保存する。続いてステップ１０８により、コンピュータ２０は、ディスプレイ２２にＸ線像を表示された状態にするための指令を出力する。ステップ１０９により、コンピュータ２０は、分析者の指示に基づいて、ディスプレイ２２に表示されたＸ線像を保存する。なお、Ｘ線像および反射電子像を保存するタイミングは上記の例に限定されず、視野の設定後、次の視野に移るまでの間ならいつでもよい。例えば、ステップ１０８において反射電子像と同一視野のＸ線像を同時に保存する構成としてもよい。

ステップ１１１において、コンピュータ２０は、試料の観察を終了する指示を分析者から受け付けたか否かを判定する。ステップ１１１においてコンピュータ２０が試料の観察を終了する指示を分析者から受け付けた場合（ステップ１１１にてＹＥＳ）、コンピュータ２０は電子ビーム照射部５０を停止させ、処理を終了する。

ステップ１１１において、コンピュータ２０が試料の観察を終了する指示を分析者から受け付けない場合（ステップ１１１にてＮＯ）、コンピュータ２０はステップ１１２において再びディスプレイ２２に反射電子像を表示された状態にするための指令を出力し、ステップ１０７に戻る。

なお、ステップ１０３〜１１２では反射電子像とＸ線像の表示は、表示が明記されている、もしくは、必要とされているステップ以外においては、表示されていてもいなくてもよい。たとえば、ディスプレイ２２に常に反射電子像とＸ線像が表示されている状態で、コンピュータ２０がステップ１０３〜１１２を実行するよう構成してもよい。

このように本発明の実施の形態に従うＥＰＭＡ１００では、Ｘ線像で一度目的の組成を見いだすことで、以降はリアルタイムに更新される反射電子像上で同様の組成を持つ部分を探索できる。

また、反射電子像は最小で原子番号の差の約１０分の１を判別できるため、元素単位、および、元素単位以下の組成をより細かく判別することが可能である。

特定の輝度で区分けする方法として、閾値以下もしくは以上の領域を二値化等で抽出し、抽出した領域の面積、周囲長、直径などを測定したり、円形度、アスペクト比などを解析し、統計的に処理して粒子を分離・抽出する「粒子解析」が知られている。このような粒子解析においては、対象の画像における輝度の分布にもとづいて粒子を分離するため、当該分離された粒子は、元素および／または組成と関連付けられていない。

本発明の実施の形態に従うＥＰＭＡ１００では、Ｘ線像を参照して元素（組成）をもとに輝度範囲を選択しているため、観察を所望する元素（組成）に対応する領域に適切に着目することができる。

なお、図７のステップ１０１〜１１２において分析者が指示を出すとしたステップを、コンピュータ２０内およびコンピュータ２０外のプログラムにより自動的に制御されるよう構成してもよい。

以下、図８を用いて、図７のステップ１０３〜１０７において分析者が指示を出すとしたステップを、コンピュータ２０内のプログラムが自動的に制御するように変更した場合のフローチャートを示す。図８は、分析装置による試料の自動分析を説明するフローチャートである。

図８のフローチャートは、図７と同様にコンピュータ２０により実行される。図８では、図７のステップ１０１〜１０４，ステップ１０７〜１１２の間に、追加される新たなステップ２０１〜２０３が示されている。以下に、新たなステップ２０１〜２０３を主に説明する。

ステップ１０３において、コンピュータ２０はディスプレイにＸ線像を表示するための指令を出力する。ステップ１０４において、コンピュータ２０は、ディスプレイ２２上のＸ線像の視野に所望の元素を含むように試料ステージ４を移動させ、視野を設定する指令を、電子ビーム照射部５０に出力する。

続くステップ２０１において、コンピュータ２０は、視野内のＸ線像の輝度が基準以上の領域を選択する。例えば、コンピュータ２０は、視野内のＸ線像の輝度が所定の閾値以上の画素が別の所定の閾値以上の密度で存在する領域を選択する。なお、このステップでは、Ｘ線像上の所望の元素が含まれる領域が適切に選択できる方法であれば、選択方法を問わない。

ステップ２０２において、コンピュータ２０はステップ２０１で選択した領域と同じ位置の領域が選択された反射電子像を表示する。ステップ２０３において、コンピュータ２０は、反射電子像の選択されている領域を構成する画素の輝度に対応する輝度範囲に含まれる画素を着色する。

続くステップ１０７において、コンピュータ２０は、分析者の指示に基づいて、反射電子像の視野に観察を所望する元素を含む別の領域が含まれるまで試料ステージを移動させ、視野を設定する。ステップ１０８〜１１０において、コンピュータ２０は反射電子像およびＸ線像を表示する。

なお、図８では、コンピュータ２０がディスプレイ２２にＸ線像および反射電子像を表示する処理を示したが、このように構成すると、分析者がコンピュータ２０の処理を目視で確認できるという利点がある。一方、分析者による目視の確認が必要でない場合は、コンピュータ２０はディスプレイ２２にＸ線像および反射電子像を必ずしも表示する必要は無く、全てコンピュータ２０内部の計算にとどめてもよい。

以上のように、本発明の実施の形態に従うＥＰＭＡ１００は、Ｘ線像で検出された所望の元素を含む領域に対応する、反射電子像の画素の輝度範囲を着色することができる。よって、信号強度が高い反射電子像において、所望の元素を含む領域を選択的に観察することができる。よって、簡易な構成で分析者の作業効率を向上させる分析装置を提供することができる。

また、上記実施の形態は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。具体的には、上記実施の形態では分析装置としてＥＰＭＡを例示したが、電子線に代えてイオンビームを励起源として用いることもできる。また、上記実施の形態では反射電子を検出して反射電子像を作成し、特性Ｘ線を検出して特定の元素の二次元分布像（Ｘ線像）を生成する構成としたが、観察画像の生成に用いる信号として、他の信号（二次電子や蛍光等）を検出することも可能であり、種々の走査型荷電粒子顕微鏡において本発明の構成を用いることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電子銃、２ 偏向コイル、３ 対物レンズ、４ 試料ステージ、５ 試料ステージ駆動部、６，６ａ，６ｂ 分光器、７ 偏向コイル制御部、８ 電子検出器、２０ コンピュータ、２１ 入力機器、２２ ディスプレイ、２４ メモリ、２６ 表示コントローラ、５０ 電子ビーム照射部、６１ａ，６１ｂ 分光結晶、６３ａ，６３ｂ 検出器、６４ａ，６４ｂ スリット、７０ａ Ｘ線像、７０ｂ，７０ｃ 反射電子像、７１ａ，７１ｂ 背景、７２ａ，７２ｂ，７３ｂ，７４ｂ，７６，７７ 領域、Ｅ 電子線、２５ 入力インターフェイス（入力Ｉ／Ｆ）、２７ 通信インターフェイス（通信Ｉ／Ｆ）、Ｓ 試料。

Claims (6)

1. 電子ビームを試料の観察領域に照射する照射部と、
   前記電子ビームの照射によって前記観察領域から発生する電子を検出する第１の検出部と、
   ディスプレイと通信可能に構成され、前記第１の検出部の検出信号に基づいて前記観察領域の電子像を前記ディスプレイに表示するように構成された処理部とを備え、
   前記処理部は、前記ディスプレイに表示された前記電子像を構成する複数の画素のうち、輝度が所定の輝度範囲に含まれる画素を選択的に着色する、分析装置。
2. 前記所定の輝度範囲の設定の入力を受け付ける入力部をさらに備える、請求項１に記載の分析装置。
3. 前記観察領域から発生する特性Ｘ線を検出する第２の検出部をさらに備え、
   前記電子像は、前記観察領域から発生する反射電子に基づいて生成された反射電子像であり、
   前記処理部はさらに、前記第２の検出部の検出信号に基づいて前記観察領域のＸ線像を生成し、前記Ｘ線像を前記ディスプレイに表示するように構成され、
   前記所定の輝度範囲は、前記ディスプレイに表示された前記Ｘ線像を構成する複数の画素の中から選択された画素に対応する前記電子像中の画素の輝度に基づいて設定される、請求項１または２に記載の分析装置。
4. 電子ビームを試料の観察領域に照射する照射部と、
   前記電子ビームの照射によって前記観察領域から発生する電子を検出する第１の検出部とを含む、
   分析装置によって実行される画像処理方法であって、
   前記画像処理方法は、
   前記電子の検出信号に基づいて前記電子像をディスプレイに表示するステップと、
   前記ディスプレイに表示された前記電子像を構成する複数の画素のうち、輝度が所定の輝度範囲に含まれる画素を選択的に着色するステップとを備える、画像処理方法。
5. 前記所定の輝度範囲の設定の入力を受け付けるステップをさらに備える、請求項４に記載の画像処理方法。
6. 前記観察領域から発生する特性Ｘ線を検出するステップと、
   検出された前記特性Ｘ線に基づいて前記観察領域のＸ線像を生成するステップと、
   前記ディスプレイに表示された前記Ｘ線像を構成する複数の画素の中から選択された画素に対応する前記電子像中の画素の輝度に基づいて、前記所定の輝度範囲を設定するステップとをさらに備える、請求項４または５に記載の画像処理方法。
   

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