JP6528035B2

JP6528035B2 - 電子顕微鏡

Info

Publication number: JP6528035B2
Application number: JP2015146985A
Authority: JP
Inventors: 明仁熊本; 正樹森田; 聡安原
Original assignee: Jeol Ltd; University of Tokyo NUC
Current assignee: Jeol Ltd; University of Tokyo NUC
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: JP2016081907A

Description

本発明は、電子顕微鏡及び元素マッピング画像生成方法に関する。

従来、Ｘ線分析装置を備えた走査型電子顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１）。電子顕微鏡に搭載されたＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）やＥＥＬＳ（電子エネルギー損失分光分析装置）を用いて元素マップを取得する際には、試料上の同じ個所に電子線を長時間照射或いは繰り返し走査することで、ＥＤＳにより検出されたＸ線の積算強度やＥＥＬＳの信号量を増やすことができる。

特開２００３−００７２４５号公報

試料上の同じ個所に電子線を長時間照射或いは繰り返し走査すると、電子線により試料がダメージを受け、形態が変化する。そのため、劣化した試料に基づく元素マップを取得することになり、精度のよい元素マップを取得することができない。特に、原子分解能レベルでは、電子線照射による試料の劣化が容易に起こるために、精度のよい元素マップを取得することは困難である。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、試料の劣化を抑制しつつ精度のよい元素マップを得ることが可能な電子顕微鏡及び元素マッピング画像生成方法を提供することができる。

（１）本発明に係る電子顕微鏡は、複数の同一パターンを有する試料の電子顕微鏡画像と、前記電子顕微鏡画像の各ピクセルのスペクトルとを取得する取得部と、前記電子顕微鏡画像に含まれる同一の大きさの複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記試料の元素マッピング画像を生成する元素マップ生成部とを含む。

また、本発明に係る元素マッピング画像生成方法は、複数の同一パターンを有する試料の電子顕微鏡画像と、前記電子顕微鏡画像の各ピクセルのスペクトルとを取得する取得工程と、前記電子顕微鏡画像に含まれる同一の大きさの複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記試料の元素マッピング画像を生成する元素マップ生成工程とを含む。

本発明によれば、電子顕微鏡画像に含まれる同一の大きさの複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算して試料の元素マッピング画像を生成することで、少ない電子線照射量或いは少ない電子線照射時間（測定時間）で、精度のよい元素マップを得ることが可能となる。

（２）本発明に係る電子顕微鏡では、前記元素マップ生成部は、前記電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割し、分割した各領域に含まれる画像同士の相関をとることで各領域の位置ずれを補正し、位置ずれが補正された複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記元素マッピング画像を生成してもよい。

また、本発明に係る元素マッピング画像生成方法では、前記元素マップ生成工程において、前記電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割し、分割した各領域に含まれる画像同士の相関をとることで各領域の位置ずれを補正し、位置ずれが補正された複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記元素マッピング画像を生成してもよい。

本発明によれば、電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割し、位置ずれを補正した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算して元素マッピング画像を生成することで、少ない電子線照射量或いは少ない電子線照射時間で、精度のよい元素マップを得ることが可能となる。

（３）本発明に係る電子顕微鏡では、前記元素マップ生成部は、前記電子顕微鏡画像から基準となる領域を抽出し、前記基準となる領域と同一のパターンを有し前記基準となる領域と同一の大きさであり且つ互いに重複しない複数の領域を前記電子顕微鏡画像から抽出し、抽出した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記元素マッピング画像を生成してもよい。

また、本発明に係る元素マッピング画像生成方法では、前記元素マップ生成工程において、前記電子顕微鏡画像から基準となる領域を抽出し、前記基準となる領域と同一のパターンを有し前記基準となる領域と同一の大きさであり且つ互いに重複しない複数の領域を前記電子顕微鏡画像から抽出し、抽出した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記元素マッピング画像を生成してもよい。

本発明によれば、電子顕微鏡画像から同一パターンを有し同一サイズの互いに重複しない複数の領域を抽出し、抽出した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算して元素マッピング画像を生成することで、少ない電子線照射量或いは少ない電子線照射時間で、精度のよい元素マップを得ることが可能となる。

（４）本発明に係る電子顕微鏡では、前記元素マップ生成部は、前記電子顕微鏡画像における前記パターンの周期を判定し、判定結果に基づいて前記電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割し、分割した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記元素マッピング画像を生成してもよい。

また、本発明に係る元素マッピング画像生成方法では、前記元素マップ生成工程において、前記電子顕微鏡画像における前記パターンの周期を判定し、判定結果に基づいて前記電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割し、分割した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記元素マッピング画像を生成してもよい。

本発明によれば、電子顕微鏡画像におけるパターンの周期を判定し、判定結果に基づいて電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割し、分割した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算して元素マッピング画像を生成することで、少ない電子線照射量或いは少ない電子線照射時間で、精度のよい元素マップを得ることが可能となる。

（５）本発明に係る電子顕微鏡は、複数の同一パターンを有する試料の電子顕微鏡画像を取得する取得部と、前記電子顕微鏡画像に含まれる同一の大きさの複数の領域の画像同士を加算する画像生成部とを含む、電子顕微鏡。

本発明によれば、複数の同一パターンを有する試料の電子顕微鏡画像に含まれる同一の大きさの複数の領域の画像同士を加算することで、少ない電子線照射量或いは少ない電子線照射時間で、精度のよい当該パターンの画像を得ることが可能となる。

本実施形態に係る電子顕微鏡の構成の一例を示す図である。図２（Ａ）は、本実施形態の電子顕微鏡で取得される電子顕微鏡画像の一例を示す図であり、図２（Ｂ）は、取得された電子顕微鏡画像の各ピクセルのスペクトルを模式的に示す図であり、図２（Ｃ）は、取得された各ピクセルのスペクトルから生成される元素マッピング画像の一例を示す図である。本実施形態に係る第１の手法を説明するための図である。本実施形態に係る第１の手法を説明するための図である。図５（Ａ）は、基準領域の元素マッピング画像を示す図であり、図５（Ｂ）は、加算後の元素マッピング画像を示す図であり、図５（Ｃ）は、加算後の元素マッピング画像の周縁部をトリミングした画像を示す図である。図６（Ａ）は、基準領域の１ピクセルのスペクトルと、加算後の対応するピクセルのスペクトルを示す図であり、図６（Ｂ）は、基準領域Ａ_１の元素マッピング画像における横方向１ラインの強度と、加算後の元素マッピング画像における対応するラインの強度を示す図である。本実施形態に係る第２の手法を説明するための図である。本実施形態に係る第２の手法を説明するための図である。本実施形態に係る第２の手法を説明するための図である。本実施形態に係る第３の手法を説明するための図である。本実施形態に係る第３の手法を説明するための図である。他の実施形態に係る電子顕微鏡の構成の一例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．構成
図１は、本実施形態に係る電子顕微鏡の構成の一例を示す図である。ここでは、電子顕微鏡が、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の構成を有する場合について説明するが、本発明に係る電子顕微鏡は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の構成を有していてもよい。なお本実施形態の電子顕微鏡は図１の構成要素（各部）の一部を省略した構成としてもよい。

図１に示すように、電子顕微鏡１は、電子顕微鏡本体１０と、処理部１００と、操作部１１０と、表示部１２０と、記憶部１３０とを含む。

電子顕微鏡本体１０は、電子線源１１と、集束レンズ１２と、走査偏向器１３と、対物レンズ１４と、試料ステージ１５と、中間レンズ１６と、投影レンズ１７と、透過電子検出器１８と、ＥＤＳ検出器２０と、偏向器制御装置３０と、多重波高分析器３２とを含む。

電子線源１１は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源１１は、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線ＥＢを放出する。電子線源１１としては、例えば、電子銃を用いることができる。

集束レンズ（コンデンサーレンズ）１２は、電子線源１１の後段（電子線ＥＢの下流側
）に配置されている。集束レンズ１２は、電子線源１１で発生した電子線ＥＢを集束して試料Ｓに照射するためのレンズである。集束レンズ１２は、複数のレンズを含んで構成されていてもよい。

走査偏向器１３は、集束レンズ１２の後段に配置されている。走査偏向器１３は、電子線ＥＢを偏向させて、集束レンズ１２および対物レンズ１４で集束された電子線ＥＢ（電子プローブ）で試料Ｓ上を走査する。走査偏向器１３は、電子線ＥＢを偏向させる偏向コイルを有している。走査偏向器１３は、偏向器制御装置３０によって制御される。偏向器制御装置３０は、処理部１００で生成された走査信号に基づいて走査偏向器１３を制御する。

対物レンズ１４は、走査偏向器１３（走査コイル）の後段に配置されている。対物レンズ１４は、電子線ＥＢを集束して試料Ｓに照射するためのレンズである。

試料ステージ１５は、試料Ｓを保持する。試料ステージ１５は、試料ホルダー（図示省略）を介して試料Ｓを保持する。試料ステージ１５は、試料ホルダーを移動および静止させることにより、試料Ｓの位置決めを行うことができる。試料ステージ１５は、ステージ制御装置（図示省略）によって制御され、試料Ｓを水平方向（電子線ＥＢの進行方向に対して直交する方向）や鉛直方向（電子線ＥＢの進行方向に沿う方向）に移動させることができる。

中間レンズ１６は、対物レンズ１４の後段に配置されている。投影レンズ１７は、中間レンズ１６の後段に配置されている。中間レンズ１６及び投影レンズ１７は、試料Ｓを透過した電子線ＥＢを透過電子検出器１８に導く。例えば、中間レンズ１６及び投影レンズ１７は、対物レンズ１４の像面もしくは後焦点面（回折図形が形成される面）を投影して透過電子検出器１８上に結像する。

透過電子検出器１８は、投影レンズ１７の後段に配置されている。透過電子検出器１８は、試料Ｓを透過した電子を検出する。

ＥＤＳ検出器２０は、電子線ＥＢが照射されることにより試料Ｓから発生した特性Ｘ線を検出する。ＥＤＳ検出器２０としては、例えば、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）、Ｓｉ（Ｌｉ）検出器等を用いることができる。ＥＤＳ検出器２０の出力信号（出力パルス）は、多重波高分析器３２に送られる。

多重波高分析器（マルチチャンネルアナライザー）３２は、複数のチャンネルを持った波高分析器である。多重波高分析器３２は、ＥＤＳ検出器２０の出力信号（出力パルス）をＸ線のエネルギー毎に計数しＥＤＳスペクトル情報を生成する。多重波高分析器３２は、ＥＤＳスペクトル情報を処理部１００に出力する。

操作部１１０は、ユーザが操作情報を入力するためのものであり、入力された操作情報を処理部１００に出力する。操作部１１０の機能は、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネルなどのハードウェアにより実現することができる。

表示部１２０は、処理部１００によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。

記憶部１３０は、処理部１００の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラムや各種データを記憶するとともに、処理部１００のワーク領域として機能し、その機能はハードディスク、ＲＡＭなどにより実現できる。

処理部１００は、偏向器制御装置３０やステージ制御装置等を制御する処理や、走査透過電子顕微鏡像やＥＤＳスペクトル情報を取得する処理、元素マッピング画像を生成する処理等を行う。処理部１００の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。処理部１００は、取得部１０２、元素マップ生成部１０４を含む。

取得部１０２は、透過電子検出器１８から出力された検出信号を、走査信号に同期させて画像化することにより、電子顕微鏡画像（走査透過電子顕微鏡像）を取得する。また、取得部１０２は、多重波高分析器３２から出力されたＥＤＳスペクトル情報と走査信号に基づいて、電子顕微鏡画像（電子線ＥＢの走査領域）を構成する各ピクセルのスペクトル（ＥＤＳスペクトル）を取得する。

元素マップ生成部１０４は、取得部１０２で取得されたピクセル毎のスペクトルに基づいて、特定エネルギー範囲（ＲＯＩ）の積算強度をマッピングした元素マッピング画像を生成する。特に、本実施形態の元素マップ生成部１０４は、電子顕微鏡画像に含まれる複数の領域（大きさが同一で互いに重複しない複数の領域）それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算し、加算したピクセル毎のスペクトルに基づいて、Ｘ線積算強度をピクセル毎にマッピングした元素マッピング画像を生成する。

また、元素マップ生成部１０４は、電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割し、分割した各領域に含まれる画像同士の相関をとることで各領域の位置ずれを補正し、位置ずれが補正された複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、元素マッピング画像を生成してもよい。

また、元素マップ生成部１０４は、電子顕微鏡画像から基準となる１つの領域を抽出し、前記基準となる領域と同一のパターンを有し前記基準となる領域と同一の大きさであり且つ互いに重複しない複数の領域を電子顕微鏡画像から抽出し、抽出した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、元素マッピング画像を生成してもよい。

また、元素マップ生成部１０４は、電子顕微鏡画像における前記パターンの周期を判定し、判定結果に基づいて電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割（判定結果に基づいて分割する領域の数、各領域の大きさ及び位置を自動的に決定）し、分割した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、元素マッピング画像を生成してもよい。

２．本実施形態の手法
次に本実施形態の手法について図面を用いて説明する。

図２（Ａ）は、本実施形態の電子顕微鏡１で取得される電子顕微鏡画像の一例を示す図である。また、図２（Ｂ）は、取得された電子顕微鏡画像の各ピクセルのスペクトルを模式的に示す図であり、図２（Ｃ）は、取得された各ピクセルのスペクトルから生成される元素マッピング画像の一例を示す図である。

図２（Ａ）に示す電子顕微鏡画像ＥＩは、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）の走査透過電子顕微鏡像であり、原子が周期的に配列した周期構造を示している。また、図２（Ｃ）に示す元素マッピング画像ＭＩは、ストロンチウムの元素マッピング画像であり、同様に原子配列の周期構造を示している。

観察視野領域（電子顕微鏡画像、元素マッピング画像）に、図２（Ａ）、図２（Ｃ）に示すような周期構造（複数の同一パターンの一例）が存在する場合、同一サイズの複数の領域に適切に分割した元素マッピング画像は互いに同等なものとなる。本実施形態の手法では、この周期性に着目して、元素マッピング画像を同一サイズの複数の領域に分割し、分割した複数の画像を１つの画像に合成して元素マッピング画像を生成する。これにより、少ない電子線照射量或いは少ない電子線照射時間で、信号強度を増加させて、精度のよい元素マップを得ることが可能となる。

２−１．第１の手法
第１の手法では、電子顕微鏡画像を複数の領域に分割し、分割した複数の領域の位置ずれを補正し、位置ずれ補正後の複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、元素マッピング画像を生成する。

具体的には、まず、電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割（等間隔で分割）する。図３に示す例では、電子顕微鏡画像ＥＩを１６分割しているが、分割する領域の数は任意の数とすることができる。分割した各領域Ａ_１〜Ａ_１６は、同一の大きさであって互いに重複しない領域であり、且つ各領域Ａ_１〜Ａ_１６には、１周期以上の構造（パターン）が含まれている。第１の手法では、パターンの周期を考慮せずに分割しているため、分割した領域Ａ_１〜Ａ_１６における周期パターンの位相は互いにずれている場合がある。

次に、分割した複数の領域のうちの１つを基準領域とする。ここでは、領域Ａ_１を基準領域とする。次に、基準領域Ａ_１に含まれる画像と、基準領域以外の領域Ａ_ｎ（ｎ＝２，３，４，．．）に含まれる画像との相互相関を求め、基準領域Ａ_１と領域Ａ_ｎの位置ずれ量（Δｘ_ｎ，Δｙ_ｎ）を算出する。ここで、Δｘ_ｎは、ｘ軸方向（横方向）の位置ずれ量（位相ずれ量）であり、Δｙ_ｎは、ｙ軸方向（縦方向）の位置ずれ量である。図４（Ａ）に、各領域Ａ_ｎについて算出した基準領域Ａ_１との位置ずれ量の一例を示す。

次に、各領域Ａ_ｎの位置ずれ量（Δｘ_ｎ，Δｙ_ｎ）に基づいて、各領域Ａ_ｎの位置座標を補正する。すなわち、位置ずれ量から、各領域Ａ_ｎの原点位置をシフトさせ、原点位置がシフトされた、補正前と同じ領域サイズ（ｗ，ｈ）の領域を補正後の領域Ａ_ｎ’とする。補正前の座標を（ｘ_ｏｌｄ，ｙ_ｏｌｄ）とすると、補正後の座標（ｘ_ｎｅｗ，ｙ_ｎｅｗ）は、下式により求められる。
ｘ_ｎｅｗ＝ｘ_ｏｌｄ＋Δｘ_ｎ
ｙ_ｎｅｗ＝ｙ_ｏｌｄ＋Δｙ_ｎ

図４（Ａ）に示す例では、領域Ａ_２は、原点ＳＰの座標がｘ軸方向に＋１、ｙ軸方向に＋１だけシフトして領域Ａ_２’となり、領域Ａ_３は、原点ＳＰの座標がｙ軸方向に＋１だけシフトして領域Ａ_３’となり、領域Ａ_１６は、原点ＳＰの座標がｘ軸方向に−１、ｙ軸方向に＋１だけシフトして領域Ａ_１６’となる（図４（Ｂ）参照）。

次に、基準領域Ａ_１のピクセル（座標）毎のスペクトルＳ_１と、補正後の各領域Ａ_ｎ’のピクセル毎のスペクトルＳ_ｎ’とを、対応する座標同士で加算し（図４（Ｃ）参照）、加算したピクセル毎のスペクトルに基づき元素マッピング画像を生成する。ここで、領域Ａ_ｎの位置ずれ補正によって、補正後の領域Ａ_ｎ’においてスペクトル情報の無い座標（例えば、領域Ａ_２’、領域Ａ_３’、領域Ａ_１６’において網掛けで示した座標）が発生するため、当該座標については、スペクトルの各エネルギーの強度値を０として加算を行う。なお、領域Ａ_ｎの位置ずれ補正によって、補正後の領域Ａ_ｎ’に含まれなくなった座標のスペクトル情報については破棄する。

図５（Ａ）は、加算前の基準領域Ａ_１の元素マッピング画像を示す図であり、図５（Ｂ）は、加算後の元素マッピング画像を示す図である。図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、加算後の元素マッピング画像は、加算前と比べて信号量が増加し、精度が向上している。但し、上述したように、各領域の位置ずれ補正によりスペクトル情報の無い座標が発生するため、加算後の元素マッピング画像の周縁部は減衰している。そこで、図５（Ｃ）に示すように、加算後の元素マッピング画像の周縁部をトリミングして（更に、画像を調整する等して）、最終的な元素マッピング画像を生成してもよい。

図６（Ａ）に、加算前の基準領域Ａ_１の１ピクセルのスペクトルを実線で示し、加算後の対応するピクセルのスペクトルを点線で示す。また、図６（Ｂ）に、加算前の基準領域Ａ_１の元素マッピング画像における横方向１ラインの強度（ラインプロファイル）を実線で示し、加算後の元素マッピング画像における対応するラインの強度を点線で示す。図６（Ｂ）において、左側の縦軸は加算前の強度を示し、右側の縦軸は加算後の強度を示し、横軸は横方向の座標（ピクセル）を示す。図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、１６個の領域を加算することで、加算後の強度は加算前と比べて約１６倍に増え、且つ、統計誤差によるばらつきは１／４に減少しており、精度が向上している。

２−２．第２の手法
第２の手法では、電子顕微鏡画像から、同一のパターンを有し同一サイズの互いに重複しない複数の領域を抽出し、抽出した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、元素マッピング画像を生成する。

具体的には、まず、電子顕微鏡画像において基準となる領域（基準領域）を設定する。図７（Ａ）に示す例では、電子顕微鏡画像ＥＩの左上端に基準領域Ａ_１を設定している。

次に、電子顕微鏡画像から、基準領域Ａ_１の画像と類似度の高い画像を含む領域Ａ_ｎ（ｎ＝２，３，４，．．）を抽出する。基準領域Ａ_１と領域Ａ_ｎは、同一の大きさであって互いに重複しない領域であり、且つ各領域には、１周期以上の構造（パターン）が含まれている。図７（Ｂ）に示す例では、電子顕微鏡画像ＥＩから、基準領域Ａ_１と類似度の高い領域として領域Ａ_２〜Ａ_９を抽出している。

領域Ａ_ｎを抽出する際には、まず、基準領域Ａ_１の画像をテンプレート画像として、電子顕微鏡画像ＥＩ全体との正規化相互相関関数を計算する。計算結果の画像を図７（Ｃ）に示す。次に、計算結果の画像において、正規化相互相関関数の極大値（類似度の高い位置）を、基準領域Ａ_１に近い方から探索する。図７（Ｃ）に示す画像では、輝度の高い白色部分が類似度の高い位置となる。次に、探索した極大値の位置に、基準領域Ａ_１と同一サイズの領域を設定する。このとき、領域の左上が極大値の位置と一致するように設定する。設定した領域が、抽出領域として既に設定された他の領域と重複しない場合に、設定した領域を抽出領域（領域Ａ_ｎ）とし、極大値の探索を続行する。一方、設定した領域が他の領域と重複する場合には、設定した領域を抽出領域とせずに、極大値の探索を続行する。このように、極大値の探索を終了するまで、抽出領域の設定を繰り返す。

次に、基準領域Ａ_１のピクセル毎のスペクトルＳ_１と、抽出した各領域Ａ_ｎのピクセル毎のスペクトルＳ_ｎとを、対応する座標同士で加算し（図８参照）、加算したピクセル毎のスペクトルに基づき元素マッピング画像を生成する。

第２の手法によれば、第１の手法と比べて加算する領域の数が少なくなる（領域のサイズが同一の場合）ものの、領域Ａ_ｎの位置ずれ補正を必要としないため、加算後の元素マッピング画像の周辺部が減衰することがなく、加算後の元素マッピング画像の全面にわたって高い信号量を確保することができる。

なお、第２の手法は、原子が周期的に配列した試料の元素マップを取得する場合のみならず、半導体試料のような複数の同一パターンを有する試料の元素マップを取得する場合にも適用することができる。図９に示す電子顕微鏡画像ＥＩは、半導体試料の電子顕微鏡像であり、複数の同一のパターンが存在している。図９に示す例では、電子顕微鏡画像ＥＩにおける当該パターンの１つに基準領域Ａ_１が設定され、基準領域Ａ_１の画像と類似度の高い画像（当該パターンと同一のパターン）を含む２つの領域Ａ_２、Ａ_３が抽出されている。この場合、基準領域Ａ_１のピクセル毎のスペクトルと、抽出したＡ_２、Ａ_３のピクセル毎のスペクトルとを加算することで、半導体試料に含まれるパターンの高精度な元素マップを得ることができる。

２−３．第３の手法
第３の手法では、電子顕微鏡画像におけるパターン（構造）の周期を判定し、判定結果に基づいて電子顕微鏡画像を複数の領域に分割し、分割した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、元素マッピング画像を生成する。

具体的には、まず、電子顕微鏡画像をフーリエ変換してフーリエ変換像を得る。図１０に、電子顕微鏡画像から得られたフーリエ変換像の一例を示す。次に、フリー変換像から、公知技術により周期数（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）を求める。ここで、ｆ_ｘは電子顕微鏡画像における周期構造の横方向の周期数であり、ｆ_ｙは縦方向の周期数である。

次に、周期数（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）から、１つの分割領域（抽出領域）に含まれる周期構造の周期数（ｍ_ｘ，ｍ_ｙ）を求める。ここで、ｍ_ｘは横方向の周期数であり、ｍ_ｙは縦方向の周期数である。なお、周期数（ｍ_ｘ，ｍ_ｙ）をユーザが設定できるようにしてもよいし、プリセット値としてもよい。次に、周期数（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）及び周期数（ｍ_ｘ，ｍ_ｙ）から、分割領域の大きさ（Ｗ，Ｈ）を次式により求める。
Ｗ＝ｗｉｄｔｈ×ｍ_ｘ／ｆ_ｘ
Ｈ＝ｈｉｇｈｔ×ｍ_ｙ／ｆ_ｙ
ここで、ｗｉｄｔｈは、電子顕微鏡画像の横方向のサイズであり、ｈｉｇｈｔは、電子顕微鏡画像の縦方向のサイズである。

次に、分割領域の大きさ（Ｗ，Ｈ）から、各分割領域の位置（Ｐ_ｎ，Ｐ_ｍ）を求める。ここで、Ｐ_ｎ（ｎ＝０，１，２，．．）は、横方向ｎ番目の分割領域の左上のｘ座標であり、Ｐ_ｍ（ｍ＝０，１，２，．．）は、縦方向ｍ番目の分割領域の左上のｘ座標である。すなわち、（Ｐ_ｎ，Ｐ_ｍ）は、横方向ｎ番目で縦方向ｍ番目の分割領域Ａ_{（ｎ，ｍ）}の左上の座標である。各分割領域の位置（Ｐ_ｎ，Ｐ_ｍ）は、次式により求められる。
Ｐ_ｎ＝Ｗ×ｎ＋ｏｆｆｓｅｔ＿ｘ
Ｐ_ｍ＝Ｈ×ｍ＋ｏｆｆｓｅｔ＿ｙ
ここで、ｏｆｆｓｅｔ＿ｘは、横方向のオフセット値であり、ｏｆｆｓｅｔ＿ｙは、縦方向のオフセット値である（図１１参照）。図１１に示す例では、電子顕微鏡画像ＥＩの周期を判定した結果、電子顕微鏡画像ＥＩを、横方向に５個、縦方向に５個の計２５個の領域Ａ_{（０，０）}〜Ａ_{（４，４）}に分割している。

次に、分割した各領域Ａ_{（ｎ，ｍ）}のピクセル毎のスペクトルを、対応する座標同士で加算し、加算したピクセル毎のスペクトルに基づき元素マッピング画像を生成する。

第３の手法によれば、第２の手法と同様、分割した領域の位置ずれ補正を必要としないため、加算後の元素マッピング画像の周辺部が減衰することがなく、加算後の元素マッピング画像の全面にわたって高い信号量を確保することができる。

３．変形例
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

例えば、上記実施形態では、ＥＤＳ検出器を備えた電子顕微鏡を例にとって説明したが、本発明は、ＥＥＬＳ検出器を備えた電子顕微鏡に適用することもできる。この場合、取得部１０２は、電子顕微鏡画像の各ピクセルのＥＤＳスペクトル（Ｘ線スペクトル）を取得することに代えて、電子顕微鏡画像の各ピクセルのＥＥＬＳスペクトル（エネルギー損失スペクトル）を取得する。

また、上記実施形態では、電子顕微鏡画像に含まれる同一の大きさの複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算して元素マッピング画像を生成する場合を例にとって説明したが、電子顕微鏡画像に含まれる同一の大きさの複数の領域の画像同士（複数の領域それぞれの各ピクセルの値同士）を加算するように構成してもよい。図１２に、このように構成した場合の電子顕微鏡の構成の一例を示す。図１２において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。ここでは、電子顕微鏡２が走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）の構成を有しているが、電子顕微鏡２は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の構成を有していてもよいし、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の構成を有していてもよい。

図１２に示す電子顕微鏡２は、図１に示す電子顕微鏡１と異なり、ＥＤＳ検出器２０と多重波高分析器３２とを含まない。また、電子顕微鏡２の処理部１００は、元素マップ生成部１０４に代えて、画像生成部１０６を含む。画像生成部１０６は、取得部１０２で取得された電子顕微鏡画像（複数の同一パターンを有する試料の電子顕微鏡画像）に含まれる複数の領域（大きさが同一で互いに重複しない複数の領域）の画像同士を加算する（或いは、加算して平均化する）処理を行う。

また、画像生成部１０６は、電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割し、分割した各領域に含まれる画像同士の相関をとることで各領域の位置ずれを補正し、位置ずれが補正された複数の領域の画像同士を加算する処理を行ってもよい。より詳細には、上述した第１の手法と同様に、分割した複数の領域のうちの１つを基準領域Ａ_１とし、基準領域Ａ_１に含まれる画像と、基準領域以外の領域Ａ_ｎ（ｎ＝２，３，４，．．）に含まれる画像との相互相関を求め、基準領域Ａ_１と領域Ａ_ｎの位置ずれ量（Δｘ_ｎ，Δｙ_ｎ）を算出する。次に、各領域Ａ_ｎの位置ずれ量（Δｘ_ｎ，Δｙ_ｎ）に基づいて、各領域Ａ_ｎの位置座標を補正し、基準領域Ａ_１の画像と、補正後の各領域Ａ_ｎ’の画像とを加算（積算）する。また、画像を加算して平均化（分割した領域の数で除算）してもよい。なお、領域Ａ_ｎの位置ずれ補正によって、補正後の領域Ａ_ｎ’においてピクセル値（輝度値）の無い座標が発生するため、当該座標については、ピクセル値を０として加算を行う。また、領域Ａ_ｎの位置ずれ補正によって、補正後の領域Ａ_ｎ’に含まれなくなった座標のピクセル値については破棄する。また、加算後の画像（加算画像）の周縁部は減衰しているため、加算画像の周縁部をトリミングして最終的な加算画像を生成してもよい。

また、画像生成部１０６は、電子顕微鏡画像から基準となる１つの領域（基準領域）を抽出し、前記基準となる領域と同一のパターンを有し前記基準となる領域と同一の大きさであり且つ互いに重複しない複数の領域を電子顕微鏡画像から抽出し、抽出した複数の領
域の画像同士を加算する処理を行ってもよい。より詳細には、上述した第２の手法と同様に、基準領域Ａ_１の画像をテンプレート画像として、電子顕微鏡画像全体との正規化相互相関関数を計算し、計算結果の画像において、正規化相互相関関数の極大値（類似度の高い位置）を、基準領域Ａ_１に近い方から探索し、探索した極大値の位置に、基準領域Ａ_１と同一サイズの領域を設定する。設定した領域が、抽出領域として既に設定された他の領域と重複しない場合に、設定した領域を抽出領域（領域Ａ_ｎ）として極大値の探索を続行し、極大値の探索を終了するまで、抽出領域の設定を繰り返す。そして、基準領域Ａ_１の画像と、抽出した各領域Ａ_ｎの画像とを加算（積算）する。また、画像を加算して平均化してもよい。

また、画像生成部１０６は、電子顕微鏡画像における前記パターンの周期を判定し、判定結果に基づいて電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割（判定結果に基づいて分割する領域の数、各領域の大きさ及び位置を自動的に決定）し、分割した複数の領域の画像同士を加算する処理を行ってもよい。より詳細には、上述した第３の手法と同様に、電子顕微鏡画像をフーリエ変換して得たフーリエ変換像から周期数（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）を求め、周期数（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）から、１つの分割領域（抽出領域）に含まれる周期構造の周期数（ｍ_ｘ，ｍ_ｙ）を求める（或いは、設定する）。次に、周期数（ｆ_ｘ，ｆ_ｙ）及び周期数（ｍ_ｘ，ｍ_ｙ）から、分割領域の大きさ（Ｗ，Ｈ）を求め、分割領域の大きさ（Ｗ，Ｈ）から、各分割領域の位置（Ｐ_ｎ，Ｐ_ｍ）を求める。そして、分割した各領域の画像同士を加算（積算）する。また、画像を加算して平均化してもよい。

このように、試料が周期構造等の複数の同一パターンを有する場合において、当該試料の電子顕微鏡画像に含まれる同一の大きさの複数の領域の画像同士を加算することで、電子線照射による試料の劣化を抑えつつ、少ない電子線照射量或いは少ない電子線照射時間で、精度のよい画像（試料の周期構造等の画像）を得ることができる。特に、透過型電子顕微鏡において原子レベルの観察を行う場合には、電子線が試料の極狭い領域に集中して照射されるため、電子線照射量或いは電子線照射時間を制限することは重要である。

１，２電子顕微鏡、１０電子顕微鏡本体、１１電子線源、１２集束レンズ、１３
走査偏向器、１４対物レンズ、１５試料ステージ、１６中間レンズ、１７投影レンズ、１８透過電子検出器、２０ＥＤＳ検出器、３０偏向器制御装置、３２多重波高分析器、１００処理部、１０２取得部、１０４元素マップ生成部、１０６画像生成部、１１０操作部、１２０表示部、１３０記憶部、ＥＢ電子線、Ｓ試料

Claims

複数の同一パターンを有する試料の電子顕微鏡画像と、前記電子顕微鏡画像の各ピクセルのスペクトルとを取得する取得部と、
前記電子顕微鏡画像に含まれる同一の大きさの複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記試料の元素マッピング画像を生成する元素マップ生成部とを含み、
前記元素マップ生成部は、
前記電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割し、分割した各領域に含まれる画像同士の相関をとることで各領域の位置ずれを補正し、位置ずれが補正された複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記元素マッピング画像を生成する、電子顕微鏡。
複数の同一パターンを有する試料の電子顕微鏡画像と、前記電子顕微鏡画像の各ピクセルのスペクトルとを取得する取得部と、
前記電子顕微鏡画像に含まれる同一の大きさの複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記試料の元素マッピング画像を生成する元素マップ生成部とを含み、
前記元素マップ生成部は、
前記電子顕微鏡画像における前記パターンの周期を判定し、判定結果に基づいて前記電子顕微鏡画像を同一の大きさの複数の領域に分割し、分割した複数の領域それぞれの各ピクセルのスペクトル同士を加算することで、前記元素マッピング画像を生成する、電子顕微鏡。