JP4665335B2 - 電子線分析装置 - Google Patents

Description

【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１１（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、照射領域の面積を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´a1，１１´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１１ｄ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。

Claims (2)

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、前記分析データの変化が所定値より大きい場合に、前記分析データの変化状態に基づい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。
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、
   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、前記分析データの変化が所定値より大きい場合に、前記分析データの変化状態に基づい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。

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