JP6895344B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）や走査透過電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＴＥＭ）などの電子顕微鏡（荷電粒子線装置の一例）では、細く集束させた電子ビームで試料を走査することで、試料像や元素マップを得ることができる。このような電子顕微鏡では、電子ビームで試料の測定対象領域を繰り返し高速に走査して、試料像や元素マップを得ることができる。これにより、試料の帯電や試料ダメージを軽減することができる。

電子顕微鏡に搭載されたエネルギー分散型Ｘ線検出器（以下「ＥＤＳ検出器」ともいう）から出力されるＸ線信号データを記憶装置に格納する手法として、スペクトルマップ方式や、タグデータ方式が知られている。例えば、特許文献１には、タグデータ方式が開示されている。

特開２０１０−１６４４４２号公報

図１７は、タグデータ方式で記憶装置に記憶されたデータ列の構造を説明するための図である。なお、「Ｆ１」は１フレーム目に取得されたデータであることを示しており、「Ｆ２」は２フレーム目に取得されたデータであることを示しており、「Ｆ３」は３フレーム目に取得されたデータであることを示している。

タグデータ方式では、例えば、図１７に示すように、位置データブロックＸ，Ｙと、電子信号データブロックＡと、Ｘ線信号データブロックＥと、が時間軸に沿って並べられたデータ列（すなわち時系列データ）として、記憶装置に記憶される。

位置データブロックＸは、電子線の照射位置（Ｘ座標）のデータであることを示すタグと、電子線の照射位置のＸ座標のデータと、を含む。位置データブロックＹは、電子線の照射位置（Ｙ座標）のデータであることを示すタグと、電子線の照射位置のＹ座標のデータと、を含む。例えば、図１７に示すデータ列において、座標（Ｘ１，Ｙ１）を示す位置データブロックＸ，Ｙと、次に現れる座標（Ｘ２，Ｙ１）を示す位置データブロックＸ，Ｙと、の間の電子信号データブロックＡおよび２つのＸ線信号データブロックＥは、座標（Ｘ１，Ｙ１）におけるデータである。

電子信号データブロックＡは、電子信号（電子顕微鏡像）の強度であることを示すタグと、電子信号の強度値のデータと、を含む。

Ｘ線信号データブロックＥは、特性Ｘ線のエネルギー値であることを示すタグと、特性Ｘ線のエネルギー値のデータと、を含む。

タグデータ方式では、上記のように、データブロックＸ，Ｙ，Ａ，Ｅが時間軸に沿って
並べられるため、１フレーム目のデータブロックＸ，Ｙ，Ａ，Ｅの後に、２フレーム目のデータブロックＸ，Ｙ，Ａ，Ｅが配置され、２フレーム目のデータブロックＸ，Ｙ，Ａ，Ｅの後に、３フレーム目のデータブロックＸ，Ｙ，Ａ，Ｅが配置される。３フレーム目以降についても同様である。

図１８は、スペクトルマップ方式で記憶装置に記憶されたデータの構造を説明するための図である。

スペクトルマップ方式では、図１８に示すように、電子線の照射位置の座標ごとに、スペクトルが収集される。スペクトルマップ方式では、電子ビームで試料の測定対象領域を繰り返し走査すると、各座標のスペクトルが積算されていく。

タグデータ方式とスペクトルマップ方式を比較すると、タグデータ方式では、フレームごとにデータを保持している。そのため、タグデータ方式では、ｉｎ−ｓｉｔｕ分析（観察）などによる分析中の元素分布の変化の観察（動的観察）を行うことができる。これに対して、スペクトルマップ方式では、フレームごとにデータを保持していないため、そのような観察を行うことができない。

一方、スペクトルマップ方式では、フレーム数が増えても、データサイズは一定であるというメリットがある。これに対して、タグデータ方式では、フレーム数が増えると、フレーム数に応じてデータ列が長くなり、データサイズが大きくなってしまう。

試料の帯電や試料ダメージを軽減するために、電子ビームで試料の測定対象領域を繰り返し高速に走査して元素マップを得る場合、フレーム数が極めて多くなるため、タグデータ方式では、データサイズが大きくなることが特に問題となる。

また、ＥＤＳ検出器から出力されたＸ線信号データから生成される元素マップの質は、Ｘ線のデータ数（カウント数）に依存するため、測定時間が同じであれば、走査の速度に依存しない。

そのため、電子ビームを高速に走査して観察や分析を行う場合に、タグデータ方式を用いると、元素マップの質は変わらずに、データサイズが大きくなるだけであり、元素マップを行ううえでのメリットは小さい。

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係る目的の１つは、元素マップデータのデータサイズを低減できる荷電粒子線装置を提供することにある。

本発明に係る荷電粒子線装置は、
荷電粒子線で試料を繰り返し走査して、元素マップを取得する荷電粒子線装置であって、
荷電粒子源と、
前記荷電粒子線を偏向させる偏向器と、
前記荷電粒子線が照射されることにより試料から発生するＸ線を検出し、Ｘ線信号データを出力するＸ線検出器と、
前記Ｘ線信号データおよび前記荷電粒子線が照射された位置を示す位置データを、記憶部に記憶させる処理部と、
を含み、
前記処理部は、複数フレーム分の前記Ｘ線信号データおよび前記位置データから、同じ位置を示す複数の前記位置データのうちの１つの前記位置データを残し、同じ位置を示す複数の前記位置データのうちの残した１つの前記位置データ以外の他の前記位置データを削除して、前記記憶部に記憶させる。

このような荷電粒子線装置では、削除した位置データの分だけ、元素マップのデータサイズを小さくすることができる。

第１実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 記憶部に格納されたデータ列の構造を説明するための図。 第２実施形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図。 時系列データ記憶部に格納されたデータ列の構造を説明するための図。 記憶部に格納されたデータ列の構造を説明するための図。 第２実施形態に係る電子顕微鏡の処理部の処理の流れの一例を示すフローチャート。 フレームごとに生成された二次電子像と基準画像との類似度を示すグラフ。 基準画像である１フレーム目の二次電子像。 異常と判定された二次電子像の一例。 異常と判定された二次電子像の一例。 削除対象となるフレームの選び方を説明するための図。 削除対象となるフレームの選び方を説明するための図。 削除対象となるフレームのＸ線信号データを削除して得られたデータ列の構造を説明するための図。 第１変形例に係る処理部の処理の流れの一例を示すフローチャート。 第２変形例に係る処理部の処理の流れの一例を示すフローチャート。 記憶部に格納されたデータ列の構造の変形例を説明するための図。 タグデータ方式で記憶装置に記憶されたデータ列の構造を説明するための図。 スペクトルマップ方式で記憶装置に記憶されたデータの構造を説明するための図。

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。

また、以下では、本発明に係る荷電粒子線装置として、電子顕微鏡を例に挙げて説明するが、本発明に係る荷電粒子線装置は電子顕微鏡に限定されない。

１． 第１実施形態
１．１． 電子顕微鏡
まず、第１実施形態に係る電子顕微鏡について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成を示す図である。

電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源１０（荷電粒子源の一例）と、集束レンズ１２と、対物レンズ１４と、偏向器１６と、試料ステージ２０と、二次電子検出器３０と、ＥＤＳ検出器４０（Ｘ線検出器の一例）と、走査信号発生器５０と、処理部６０と、記憶部７０と、を含む。

電子源１０は、電子を発生させる。電子源１０は、例えば、陰極から放出された電子を陽極で加速し電子線ＥＢ（荷電粒子線の一例）を放出する電子銃である。

集束レンズ１２は、電子源１０から放出された電子線ＥＢを集束させて電子プローブを形成する。集束レンズ１２によって、電子プローブの径やプローブ電流（照射電流量）を制御することができる。

対物レンズ１４は、試料Ｓの直前に配置された電子プローブを形成するためのレンズである。対物レンズ１４は、例えば、コイルと、ヨークと、を含んで構成されている。対物レンズ１４では、コイルで作られた磁力線を、鉄などの透磁率の高い材料で作られたヨークに閉じ込め、ヨークの一部に切欠き（レンズギャップ）を作ることで、高密度に分布した磁力線を光軸上に漏洩させる。

偏向器１６は、集束レンズ１２と対物レンズ１４とによって形成された電子プローブ（集束された電子線ＥＢ）を偏向させる。偏向器１６は、電子プローブで、試料Ｓ上を走査するために用いられる。偏向器１６は、走査信号発生器５０が発生させた走査信号に基づき駆動し、電子線ＥＢを偏向させる。この結果、電子プローブで試料Ｓ上を走査することができる。なお、偏向器１６は、図示の例では、２段であるが、１段であってもよいし、３段以上であってもよい。

試料ステージ２０には、試料Ｓが載置される。試料ステージ２０は、試料Ｓを支持し、試料Ｓを移動させることができる。試料ステージ２０は、試料Ｓを移動させるための駆動機構を有している。

二次電子検出器３０は、電子線ＥＢ（電子プローブ）が試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから放出される二次電子を検出する。二次電子検出器３０は、例えば、シンチレーター、光電子増倍管、および信号処理回路を含んで構成されている。二次電子検出器３０では、シンチレーターに入射した二次電子はシンチレーターで光に変換され、当該光を光電子増倍管で電気信号に変換し増幅する。この電気信号は、信号処理回路でデジタル信号に変換され、電子信号データとして、処理部６０に送られる。電子信号データは、試料Ｓから放出された二次電子の強度の情報を含むデータである。

ＥＤＳ検出器４０は、電子線ＥＢが試料Ｓに照射することにより試料Ｓから発生する特性Ｘ線を検出する。ＥＤＳ検出器４０は、例えば、シリコンドリフト検出器（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｄｒｉｆｔ ｄｅｔｅｃｔｏｒ、ＳＤＤ）と、信号処理回路と、を含んで構成されている。ＥＤＳ検出器４０では、シリコンドリフト検出器の出力信号に基づき信号処理回路がＸ線のエネルギー値を解析し、Ｘ線信号データとして処理部６０に送られる。Ｘ線信号データは、試料Ｓから発生するＸ線のエネルギー値の情報を含むデータである。

走査信号発生器５０は、電子プローブを走査するための走査信号を生成する。走査信号は、例えば、電子プローブをラスター走査させるための信号である。ラスター走査とは、電子プローブを一次元的に走査して走査線を得、当該走査線でその垂直方向に走査することをいう。電子プローブをラスター走査させることにより、二次元的な画像（二次電子像や元素マップ）を得ることができる。走査信号発生器５０で生成された走査信号は、さらに、処理部６０に送られる。

処理部６０は、二次電子検出器３０からの電子信号データ、ＥＤＳ検出器４０からのＸ線信号データ、および走査信号発生器５０からの走査信号を受け付けて、電子信号データ、Ｘ線信号データ、および走査信号に基づく位置データを記憶部７０に記憶させる処理を行う。処理部６０の機能は、専用回路により実現することができる。なお、処理部６０の機能は、例えば、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等）でプログラムを実行することにより実現してもよい。処理部６０の処理の詳細については後述する。

記憶部７０は、電子信号データ、Ｘ線信号データ、および位置データを記憶する。記憶部７０の機能は、ハードディスクや、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリー（記憶装置）により実現できる。なお、記憶部７０は、処理部６０の作業領域として用いられ、処理部６０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用されてもよい。

電子顕微鏡１００では、電子源１０で発生した電子線ＥＢを集束レンズ１２および対物レンズ１４で集束し、走査信号に基づき偏向器１６で電子線ＥＢを偏向する。これにより、試料Ｓが電子プローブで走査される。

電子プローブで試料Ｓ表面を走査したときの電子プローブの照射点から放出される二次電子は、二次電子検出器３０で検出される。また、電子プローブで試料Ｓ表面を走査したときの電子プローブの照射点から放出される特性Ｘ線は、ＥＤＳ検出器４０で検出される。

電子顕微鏡１００では、試料Ｓの測定対象領域を電子プローブで繰り返し高速に走査し、試料Ｓからの特性Ｘ線および二次電子を検出する。これにより、二次電子検出器３０の出力信号（電子信号データ）、ＥＤＳ検出器４０の出力信号（Ｘ線信号データ）、および走査信号が、順次、処理部６０に送られる。そして、電子信号データ、Ｘ線信号データ、および走査信号に基づく位置データは、後述する処理部６０の処理によって、記憶部７０に記憶される。

１．２． 処理
次に、処理部６０の処理について説明する。図２は、記憶部７０に格納されたデータ列（元素マップデータ）の構造を説明するための図である。なお、図２において、「Ｆ１」は、１フレーム目に取得されたデータであることを示しており、「Ｆ２」は、２フレーム目に取得されたデータであることを示している。「Ｆ３」以降についても同様である。

処理部６０には、電子信号データ、Ｘ線信号データ、および走査信号が順次入力される。

処理部６０は、走査信号が入力されると、電子線ＥＢの照射位置（Ｘ座標）のデータであることを示すデータ（以下「タグ」ともいう）と、電子線ＥＢの照射位置（Ｘ座標）の位置データと、を含む位置データブロックＸ、および、電子線ＥＢの照射位置（Ｙ座標）のデータであることを示すタグと、電子線ＥＢの照射位置（Ｙ座標）の位置データと、を含む位置データブロックＹを生成する。位置データは、試料Ｓ上での電子線ＥＢの照射位置を示すデータである。位置データは、例えば、試料Ｓ上の位置（電子線の照射位置）を表す座標値である。

処理部６０は、電子信号データが入力されると、電子信号の強度のデータであることを示すタグと、電子信号データと、を含む電子信号データブロックＡを生成する。電子信号データは、二次電子検出器３０から出力されたデータであり、二次電子検出器３０に入射した二次電子（電子信号）の強度を示すデータである。

なお、電子信号データは、反射電子信号のデータであってもよい。すなわち、図示はしないが、電子顕微鏡１００が反射電子検出器を備えており、電子信号データは当該反射電子検出器で反射電子信号を検出して得られたデータであってもよい。

処理部６０は、Ｘ線信号データが入力されると、Ｘ線信号のエネルギーのデータであることを示すタグと、Ｘ線信号データと、を含むＸ線信号データブロックＥを生成する。Ｘ線信号データは、ＥＤＳ検出器４０から出力されたデータであり、ＥＤＳ検出器４０に入射した特性Ｘ線（Ｘ線信号）のエネルギー値を示すデータである。

処理部６０は、あらかじめ設定されたフレーム数分だけ、電子信号データ、Ｘ線信号データ、および走査信号（位置データ）を取得して各データブロックＸ，Ｙ，Ａ，Ｅを生成し、これらのデータブロックＸ，Ｙ，Ａ，Ｅを１つのデータパックとして、記憶部７０に記憶させる。

図２に示す例では、設定されたフレーム数は「３」であり、処理部６０は、３フレーム分の電子信号データ、Ｘ線信号データ、および走査信号データを取得して、位置データブロックＸ，Ｙ、電子信号データブロックＡ、Ｘ線信号データブロックＥ、を生成し、１つのデータパックを生成する。１つのデータパックに含まれるフレーム数は、ユーザーが適宜設定してもよいし、あらかじめ決まった数に固定されていてもよい。

このとき、処理部６０は、重複している位置データブロックＸ，Ｙを削除する。例えば、１フレーム目の座標（Ｘ１，Ｙ１）を示す位置データブロックＸ，Ｙと、２フレーム目の座標（Ｘ１，Ｙ１）を示す位置データブロックＸ，Ｙと、３フレーム目の座標（Ｘ１，Ｙ１）を示す位置データブロックＸ，Ｙは、同じ位置を示すデータである。そのため、１つのデータパックには座標（Ｘ１，Ｙ１）を示す位置データブロックＸ，Ｙが１つとなるように、２つの位置データブロックＸ，Ｙを削除する。

処理部６０は、重複する位置データブロックＸ，Ｙを削除した後、電子信号データブロックＡおよびＸ線信号データブロックＥを並べる処理を行う。

具体的には、処理部６０は、位置データブロックＸ，Ｙの後に、電子信号データブロックＡをフレーム順に並べる。電子信号データブロックＡをフレーム順に並べることで、電子信号データブロックＡがどのフレームのデータであるのかを特定できる。図２に示す例では、位置データブロックＸ，Ｙの後に、１フレーム目の電子信号データブロックＡ（Ｆ１）、２フレーム目の電子信号データブロックＡ（Ｆ２）、３フレーム目の電子信号データブロックＡ（Ｆ３）がこの順に並べられている。

また、処理部６０は、位置データブロックＸ，Ｙの後に、Ｘ線信号データブロックＥをフレーム順に並べる。なお、Ｘ線信号データブロックＥの並び順は特に限定されない。図２に示す例では、電子信号データブロックＡの後に、１フレーム目のＸ線信号データブロックＥ（Ｆ１）、２フレーム目のＸ線信号データブロックＥ（Ｆ２）、３フレーム目のＸ線信号データブロックＥ（Ｆ３）がこの順に並べられている。

なお、図２に示す例では、３フレーム分の電子信号データブロックＡの後に、３フレーム分のＸ線信号データブロックＥが並べられているが、電子信号データブロックＡがフレーム順に並んでいれば並び順は特に限定されない。例えば、位置データブロックＸ，Ｙの後に、１フレーム目の電子信号データブロックＡ（Ｆ１）、１フレーム目のＸ線信号データブロックＥ（Ｆ１）、２フレーム目の電子信号データブロックＡ（Ｆ２）、２フレーム目のＸ線信号データブロックＥ（Ｆ２）、３フレーム目の電子信号データブロックＡ（Ｆ３）、３フレーム目のＸ線信号データブロックＥ（Ｆ３）がこの順に並んでいてもよい。

処理部６０は、位置データブロックＸ，Ｙごとに（位置データごとに）、上述した、重複する位置データブロックＸ，Ｙを削除する処理、および位置データブロックＸ，Ｙの後に電子信号データブロックＡ，Ｘ線信号データブロックＥを並べる処理を繰り返して、１
つのデータパックを生成する。

処理部６０は、設定されたフレーム数分だけ、電子信号データ、Ｘ線信号データ、および走査信号（位置データ）を取得して各データブロックＸ，Ｙ，Ａ，Ｅを生成し、これらのデータブロックＸ，Ｙ，Ａ，Ｅを１つのデータパックとして、記憶部７０に記憶させる処理を繰り返し行う。この結果、データパック１、データパック２、データパック３、・・・が、記憶部７０に記憶される。処理部６０は、例えば、電子プローブの走査が終了するまで、上記の処理を繰り返し行う。以上の処理により、データ列（元素マップデータ）が記憶部７０に記憶される。

次に、図２に示すデータ列からデータを読み出す手法について説明する。

図２に示すデータ列は、位置データブロックＸ，Ｙの後に、当該位置データブロックＸ，Ｙで指定される座標の電子信号データを含む電子信号データブロックＡおよび当該座標のＸ線信号データを含むＸ線信号データブロックＥが並べられている。そのため、例えば、座標（Ｘ１，Ｙ１）を示す位置データブロックＸ，Ｙと、その次の座標（Ｘ２，Ｙ１）を示す位置データブロックＸ，Ｙと、の間に挟まれている電子信号データブロックＡ、Ｘ線信号データブロックＥを抽出することで、座標（Ｘ１，Ｙ１）における電子信号データおよびＸ線信号データを取得することができる。

また、図２に示すデータ列から、データパック１を抽出することで、３フレーム分の電子信号データおよびＸ線信号データを抽出することができる。すなわち、３フレーム分のデータが積算された、二次電子像および元素マップを得ることができる。また、ｍ個のデータパックを抽出することにより、ｍ×３フレーム分のデータが積算された、二次電子像および元素マップを得ることができる。このように、図２に示すデータ列から、分析中の元素分布の変化の観察（動的観察）が可能である。

なお、電子信号データブロックＡは、フレーム順に並んでいるため、図２に示すデータ列から、フレームごとの電子信号データを抽出することもできる。したがって、フレームごとに、二次電子像を生成することができる。

上記では、図２に示すように、データ列が、位置データブロックＸ，Ｙ、電子信号データブロックＡ、およびＸ線信号データブロックＥを含む場合について説明したが、データ列は、これ以外のデータを含んでいてもよい。例えば、データ列に、測定の経過時間を示す経過時間情報データや、試料吸収電流の信号データ、カソードルミネッセンスの信号データなどのデータを追加してもよい。

電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡１００では、処理部６０は、複数フレーム分の電子信号データ、Ｘ線信号データ、および位置データから、重複している位置データを削除して、記憶部７０に記憶させる。そのため、電子顕微鏡１００では、元素マップデータのデータサイズを小さくすることができる。

例えば、図１７に示す従来のタグデータ方式の場合、３フレーム分のデータを取得すると、同じ位置を示す位置データブロックＸ，Ｙが３つ含まれることとなる。これに対して、本実施形態では、図２に示すように、３フレーム分のデータを１つのデータパックとして、重複している位置データブロックを削除する。そのため、１つのデータパック（３フレーム分のデータ）には、１つの位置を示す位置データブロックＸ，Ｙが１つとなる。したがって、電子顕微鏡１００によれば、従来のタグデータ方式に比べて、元素マップデー
タのデータサイズを小さくすることができる。

また、上述したように、図２に示すデータ列では、フレームごとに二次電子像を生成することができる。また、図２に示すデータ列では、データパックごとに、元素マップを生成することができる。したがって、電子顕微鏡１００では、分析中の元素分布の変化の観察（動的観察）も可能である。

電子顕微鏡１００では、１つのデータパックに含めるフレーム数を適宜設定することができる。例えば、１つのデータパックに含めるフレーム数を多くすることで、元素マップデータのデータサイズをより小さくすることができる。また、１つのデータパックに含めるフレーム数を少なくすることで、元素分布の変化をより短い時間間隔で捉えることができる。

電子顕微鏡１００では、処理部６０は、設定されたフレーム数分だけ電子信号データ、Ｘ線信号データ、および位置データを取得し、重複している位置データを削除して、記憶部７０に記憶させる。そのため、電子顕微鏡１００では、元素マップデータのデータサイズを小さくすることができる。さらに、例えば、後述する第２実施形態に比べて、装置の構成を簡易化することができる。

２． 第２実施形態
２．１． 電子顕微鏡
次に、第２実施形態に係る電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図３は、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００において、第１実施形態に係る電子顕微鏡１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述した電子顕微鏡１００では、処理部６０は、設定されたフレーム数分だけ、電子信号データ、Ｘ線信号データ、および位置データを取得し、重複している位置データを削除して、１つのデータパックとして記憶部７０に記憶させていた。

これに対して、電子顕微鏡１００では、処理部６０は、Ｘ線信号データ、電子信号データ、および位置データが時系列に並んだデータ列を取得し、フレームごとに電子信号データから試料像を生成し、生成された試料像と基準画像とを比較して類似度を求める。そして、データ列を類似度に基づき複数のデータパックに分け、データパックごとに重複している位置データを削除して、記憶部７０に記憶させる。

電子顕微鏡２００は、図３に示すように、データ処理回路２０２と、時系列データ記憶部２０４と、を含んで構成されている。

データ処理回路２０２には、電子信号データ、Ｘ線信号データ、および走査信号が順次入力される。データ処理回路２０２は、電子信号データ、Ｘ線信号データ、および走査信号に基づく位置データから、それぞれ電子信号データブロックＡ、Ｘ線信号データブロックＥ、位置データブロックＸ，Ｙを生成し、順次、時系列データ記憶部２０４に記憶させる。この結果、時系列データ記憶部２０４には、位置データブロックＸ，Ｙ、電子信号データブロックＡ、およびＸ線信号データブロックＥが時間軸に沿って並べられたデータ列（時系列データ）が格納される。

時系列データ記憶部２０４は、位置データブロックＸ，Ｙ、電子信号データブロックＡ、およびＸ線信号データブロックＥが時間軸に沿って並べられたデータ列を記憶する。記憶部７０の機能は、ハードディスクや、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリー（記憶装置）によ
り実現できる。

図４は、時系列データ記憶部２０４に格納されたデータ列の構造を説明するための図である。

図４に示すように、時系列データ記憶部２０４には、１フレーム目から最終フレームまで、位置データブロックＸ，Ｙ、電子信号データブロックＡ、およびＸ線信号データブロックＥが時間軸に沿って並べられたデータ列が記憶される。

処理部６０は、時系列データ記憶部２０４に記憶されているデータ列（図４参照）を取得し、当該データ列から電子信号データブロックＡ（電子信号データ）を抽出して、フレームごとに二次電子像を生成する。

処理部６０は、生成された二次電子像と基準画像とを比較して、フレームごとに類似度を求める。基準画像は、例えば、類似度を求めようとする二次電子像の１つ前のフレームの二次電子像である。すなわち、ｎフレーム目の二次電子像の比較対象となる基準画像は、ｎ−１フレーム目の二次電子像である。このように基準画像を設定することにより、二次電子像の変化を知ることができる。なお、基準画像は、指定されたフレーム（例えば１フレーム目）の二次電子像であってもよい。

類似度は、２つの画像が似ている度合いであり、例えば、相互相関の最大強度値や、相関関数などの類似性を数値化することができるもので表される。類似度は、例えば、２つの画像の相互相関を計算することで求められる。

下記表１は、生成された二次電子像と基準画像との類似度を求めた結果の一例を示す表である。表１において、類似度Ｒは、０＜Ｒ≦１の値をとり、２つの画像の類似度が高い場合、類似度は１に近い数値となる（２つの画像が同じ画像である場合、類似度は１である）。

処理部６０は、求めた類似度に基づいて、データ列（時系列データ）を複数のデータパックに分ける。処理部６０は、類似する二次電子像が連続する複数のフレーム（すなわち、類似度Ｒが１に近い連続する複数のフレーム）のデータを１つのデータパックとする。

ここで、例えば、類似度Ｒが０．８以上のときに基準画像と類似すると設定する（すなわち閾値を０．８とする）。表１では、１フレーム目から３フレーム目までは、類似度Ｒが０．８以上であり、４フレーム目の類似度Ｒが０．８未満（類似度Ｒ＝０．７）である。そのため、１フレーム目の各データ（電子信号データブロックＡ、Ｘ線信号データブロックＥ、位置データブロックＸ，Ｙ）、２フレーム目の各データ、および３フレーム目の各データを、１つのデータパック（データパック１）とする。同様に、４フレーム目から７フレーム目までをデータパック２とし、８フレーム目をデータパック３とし、９フレーム目から１３フレーム目までをデータパック４とする。１３フレーム目以降も同様の処理を行う。

処理部６０は、このようにして類似度に基づいてデータ列を複数のデータパックに分けると、データパックごとに、重複している位置データブロックＸ，Ｙを削除する。処理部６０は、このようにして生成したデータパック１、データパック２、データパック３、データパック４、・・・を、記憶部７０に記憶させる。

図５は、記憶部７０に格納されたデータ列の構造を説明するための図である。

処理部６０は、類似度に基づいてデータ列を複数のデータパックに分けているため、図５示すデータ列では、各データパックに含まれるフレーム数は異なっている。例えば、データパック１には３フレーム分（１フレーム目から３フレーム目）のデータが含まれており、データパック２には４フレーム分（４フレーム目から７フレーム目）のデータ、データパック３には１フレーム分（８フレーム目）のデータ、データパック４には５フレーム分（９フレーム目から１３フレーム目）のデータが、それぞれ含まれている。

図５に示すデータ列では、各データパックごとに重複する位置データブロックＸ，Ｙが削除されている。そのため、図５に示すデータ列は、図４に示すデータ列と比べて、削除された位置データブロックＸ，Ｙの分だけ、データサイズが小さくなる。

２つの画像が類似している判断される類似度Ｒの値（閾値）は、適宜設定可能である。例えば、閾値を小さくすることで、１つのデータパックに含まれるフレーム数が多くなり、元素マップデータのデータサイズをより小さくすることができる。また、閾値を大きくすることで、１つのデータパックに含まれるフレーム数が少なくなり、元素分布の変化をより短い時間間隔で捉えることができる。

図６は、第２実施形態に係る電子顕微鏡２００の処理部６０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

処理部６０は、時系列データ記憶部２０４から、１フレーム目から最終フレームまで、電子信号データブロックＡ、Ｘ線信号データブロックＥ、位置データブロックＸ，Ｙが時系列に並んだデータ列（図４参照）を読み出して、当該データ列を取得する（Ｓ１００）。

次に、処理部６０は、取得したデータ列から電子信号データブロックＡ（電子信号データ）を抽出して、フレームごとに二次電子像を生成する（Ｓ１０２）。

次に、処理部６０は、生成した二次電子像と基準画像とを比較して、フレームごとに類似度を求める（Ｓ１０４）。ここでは、基準画像は、類似度を求めようとする二次電子像（ｎフレーム目の二次電子像）の１つ前のフレームの二次電子像（ｎ−１フレーム目の二次電子像）である。

次に、処理部６０は、類似度に基づいてデータ列を複数のデータパックに分ける（Ｓ１０６）。これにより、類似する二次電子像が連続する複数のフレームを１つのデータパックとすることができる。

次に、処理部６０は、データパックごとに重複している位置データブロックＸ，Ｙを削除し（Ｓ１０８）、生成された複数のデータパックを記憶部７０に記憶させる（Ｓ１１０）。この結果、記憶部７０には、時系列データ記憶部２０４に格納されたデータ列よりも、削除された位置データブロックＸ，Ｙの分だけデータサイズの小さいデータ列が格納される。その後、処理部６０は、処理を終了する。

電子顕微鏡２００は、例えば、以下の特徴を有する。

電子顕微鏡２００では、処理部６０は、Ｘ線信号データ、電子信号データ、および位置データが時系列に並んだデータ列を取得し、フレームごとに電子信号データから二次電子像を生成し、生成された二次電子像と基準画像とを比較して類似度を求め、類似度に基づいてデータ列を複数のデータパックに分け、データパックごとに、重複している位置データを削除して記憶部７０に記憶させる。そのため、電子顕微鏡２００では、元素マップデータのデータサイズを小さくすることができる。

さらに、電子顕微鏡２００では、１つのデータパックに含めるフレーム数を、二次電子像の変化に応じて増減できる。具体的には、二次電子像の変化が大きい場合には１つのデータパックに含めるフレーム数を少なくし、二次電子像の変化が小さい場合には１つのデータパックに含めるフレーム数を多くすることできる。これにより、試料Ｓの元素分布の動的な変化を捉えつつ、元素マップデータのデータサイズを小さくすることができる。

２．２． 変形例
次に、第２実施形態に係る電子顕微鏡の変形例について説明する。以下では、上述した電子顕微鏡２００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

（１）第１変形例
まず、第１変形例について説明する。本変形例では、処理部６０は、フレームごとに生成された二次電子像と基準画像との類似度に基づいて、二次電子像が異常か否かを判定し、二次電子像が異常と判定した場合に、異常と判断された二次電子像が得られたフレームのＸ線信号データを削除する。

処理部６０は、例えば、１フレーム目の二次電子像を基準画像として、フレームごとに生成された二次電子像と基準画像との類似度を求める。

図７は、フレームごとに生成された二次電子像と基準画像との類似度を示すグラフである。図７に示すグラフでは、横軸がフレームを表し、縦軸が類似度を表している。なお、縦軸に示す類似度は、値が大きいほど類似していることを示す。図８は、基準画像である１フレーム目の二次電子像であり、図９は、異常と判定された二次電子像Ｉ２の一例であり、図１０は、異常と判定された二次電子像Ｉ４の一例である。なお、二次電子像Ｉ２の類似度は、図７のグラフの矢印Ｉ２で示す値であり、二次電子像Ｉ４の類似度は、図７のグラフの矢印Ｉ４で示す値である。

処理部６０は、例えば、図９および図１０に示すような異常な二次電子像が得られたフレームのＸ線信号データが削除されるように、データ列から類似度に基づき削除対象となるフレームを抽出する。

処理部６０は、例えば、図１１に示すように、所定の類似度以下のフレームを抽出して削除対象とする。図１１において、丸で囲った類似度を持つフレームが削除対象となるフレームである。

また、処理部６０は、例えば、図１２に示すように、類似度の移動平均と分散から、大きく外れた類似度を持つフレームを抽出して削除対象とする。具体的には、例えば、以下の式を用いて、大きく外れた類似度を持つフレームを選択する。

類似度＜ａ−ｆ×σ
ただし、ａは類似度の移動平均値であり、σは類似度の分散であり、ｆは係数（１，２，３，・・・）である。ｆの値は、２以上が好ましい。

図１２において、丸で囲った類似度を持つフレームが削除対象となるフレームである。

処理部６０は、１フレーム目から最終フレームまで、電子信号データブロックＡ、Ｘ線信号データブロックＥ、位置データブロックＸ，Ｙが時系列に並んだデータ列から、削除対象となるフレームのＸ線信号データブロックＥを削除する。

図１３は、削除対象となるフレームのＸ線信号データを削除して得られたデータ列の構造を説明するための図である。図１３では、削除されたデータブロックを破線で示している。なお、図１３は、図５に対応している。

図１３では、３フレーム目、４フレーム目、８フレーム目の二次電子像が異常と判断され、３フレーム目、４フレーム目、８フレーム目のＸ線信号データブロックＥが削除されている。

図１４は、第１変形例に係る処理部６０の処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図１４では、図６と同じ処理を行うステップには同じ符号を付して、その説明を省略する。

処理部６０は、フレームごとに生成した二次電子像と基準画像とを比較して、フレームごとに類似度を求めた後に（Ｓ１０４の後に）、フレームごとに、類似度に基づいて二次電子像が異常か否かを判定する。そして、二次電子像が異常と判定した場合に、異常と判定された二次電子像が得られたフレームのＸ線信号データブロックＥを削除する（Ｓ２００）。

次に、処理部６０は、類似度に基づいてデータ列を複数のデータパックに分ける（Ｓ１０６）。本処理の対象となるデータ列は、異常と判定された二次電子像が得られたフレームのＸ線信号データブロックＥが削除されたデータ列である。

なお、処理部６０は、二次電子像が異常か否かを判定するために用いる類似度と、データパックに分けるために用いる類似度と、をそれぞれ別の基準画像を用いて求めてもよい。例えば、二次電子像が異常か否かを判定するために用いる類似度を求める際の基準画像を、１フレーム目の二次電子像とし、データパックに分けるために用いる類似度を求める際の基準画像を、類似度を求めようとする二次電子像の１つ前のフレームの二次電子像としてもよい。

また、上記では、データ列をデータパックに分ける前に、異常と判定された二次電子像が得られたフレームのＸ線信号データブロックＥを削除した場合（すなわち、ステップＳ１０６の処理の前にステップＳ２００の処理を行った場合）について説明したがこれに限
定されない。例えば、データ列をデータパックに分けた後に、Ｘ線信号データブロックＥを削除してもよい（すなわち、ステップＳ１０６の処理の後にステップＳ２００の処理を行ってもよい）。

本変形例では、処理部６０は、フレームごとに生成された二次電子像と基準画像との類似度に基づいて、二次電子像が異常か否かを判定し、二次電子像が異常と判定した場合、異常と判断された二次電子像が得られたフレームのＸ線信号データを削除する。これにより、あらかじめ不要なＸ線信号データを削除することができる。そのため、例えば、試料が電子線の照射により徐々に破壊されていく場合に、試料が破壊される前の状態の元素マップデータを取得することができる。さらに、本変形例では、元素マップデータのデータサイズをより小さくすることができる。

（２）第２変形例
本変形例では、処理部６０は、基準画像に対する、フレームごとに生成された二次電子像の位置ずれ量を求め、当該位置ずれ量に基づいて位置データを補正する処理を行う。

処理部６０は、類似度を求める処理（図６に示すステップＳ１０４の処理）で求める類似度として、相互相関関数を用いる。ここで、相互相関関数の最大値は類似度を表し、相互相関関数の最大値の座標は位置ずれを表す。そのため、処理部６０は、相互相関関数の最大値の座標から、基準画像（例えば１フレーム目の二次電子像）に対する各フレームの位置ずれ（Δｘ_ｎ，Δｙ_ｎ）を計算する。

下記表は、基準画像に対する、各フレームの二次電子像の位置ずれ（Δｘ，Δｙ）の計算結果を示す表である。

位置ずれの補正（位置データの補正）は、例えば、フレームごとに、位置ずれ（Δｘ，Δｙ）の分だけ、位置座標（位置データで特定される座標）をシフトさせることで行う。

補正前の座標を（ｘ_ｏｌｄ，ｙ_ｏｌｄ）とし、補正後の座標を（ｘ_ｎｅｗ，ｙ_ｎｅｗ）とした場合、位置ずれの補正は、以下の式で表される。

ｘ_ｎｅｗ＝ｘ_ｏｌｄ＋Δｘ
ｙ_ｎｅｗ＝ｙ_ｏｌｄ＋Δｙ
位置ずれを補正した場合、Ｘ線信号データがない座標が発生するため、その座標のＸ線信号データは零としてもよい。また、位置ずれを補正した場合、もとのデータには無い座標が発生するため、その座標のＸ線信号データは破棄する。

処理部６０は、位置ずれが補正されたＸ線信号データを含むデータ列を、類似度に基づいて分けることでデータパックを生成し、記憶部７０に記憶させる。

図１５は、第２変形例に係る処理部６０の処理の流れの一例を示すフローチャートであ
る。なお、図１５では、図６と同じ処理を行うステップには同じ符号を付して、その説明を省略する。

処理部６０は、フレームごとに生成した二次電子像と基準画像とを比較して、フレームごとに類似度を求める処理の後に（Ｓ１０４の後に）、位置データを補正する（Ｓ３００）。

処理部６０は、ステップＳ１０４において、二次電子像と基準画像との相互相関関数を求め、相互相関関数の最大値を類似度とし、この最大値の座標から位置ずれ（Δｘ_ｎ，Δｙ_ｎ）を求める。処理部６０は、求めた位置ずれ（Δｘ_ｎ，Δｙ_ｎ）に基づいて位置データを補正する。

次に、処理部６０は、位置データが補正されたデータ列を複数のデータパックに分ける（Ｓ１０６）。

なお、上記では、データ列をデータパックに分ける前に、位置ずれの補正を行う場合（すなわち、ステップＳ１０６の処理の前にステップＳ３００の処理を行う場合）について説明したがこれに限定されない。例えば、データ列をデータパックに分けた後に、位置ずれの補正を行ってもよい（すなわち、ステップＳ１０６の処理の後にステップＳ３００の処理を行ってもよい）。

本変形例では、処理部６０は、基準画像に対する、フレームごとに生成された二次電子像の位置ずれ量を求め、位置ずれ量に基づいて位置データを補正する。そのため、本変形例によれば、試料Ｓのドリフトの影響が低減されたデータを得ることができる。

３． その他
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した第２実施形態では、処理部６０は、図５に示すように、位置データブロックＸ，Ｙの後に、各フレームの電子信号データブロックＡをフレーム順に並べたが、例えば、位置データブロックＸ，Ｙの後に、各フレームの電子信号データの平均値のデータを持つ電子信号データブロックＡを配置してもよい。

例えば、図５に示すデータ列において、データパック１では、位置データブロックＸ，Ｙの後に、１フレーム目の電子信号データブロックＡ（Ｆ１）、２フレーム目の電子信号データブロックＡ（Ｆ２）、３フレーム目の電子信号データブロックＡ（Ｆ３）の順に並べた。

これに対して、本変形例では、図１６に示すように、データパック１では、位置データブロックＸ，Ｙの後に、１フレーム目の電子信号データと、２フレーム目の電子信号データと、３フレーム目の電子信号データとの平均値のデータを持つ電子信号データブロックＡ（Ｆ１〜Ｆ３）を配置する。処理部６０は、この処理を、他の電子信号データについても同様に行う。

本変形例によれば、データパックに含まれる、同じ位置データに関連付けられた複数の電子信号データを平均化して１つのデータとする。そのため、元素マップデータのデータサイズをより小さくできる。

また、例えば、上述した実施形態では、本発明に係る荷電粒子線装置が走査電子顕微鏡
である例について説明したが、本発明に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子線（電子線やイオンビーム等）で試料を走査して観察や分析を行うことが可能な装置であればよい。本発明に係る荷電粒子線装置は、例えば、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）や、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ装置）などであってもよい。

また、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

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、方法およ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。

１…データパック、２…データパック、３…データパック、４…データパック、１０…電子源、１２…集束レンズ、１４…対物レンズ、１６…偏向器、２０…試料ステージ、３０…二次電子検出器、４０…ＥＤＳ検出器、５０…走査信号発生器、６０…処理部、７０…記憶部、１００…電子顕微鏡、２００…電子顕微鏡、２０２…データ処理回路、２０４…時系列データ記憶部

Claims (6)

1. 荷電粒子線で試料を繰り返し走査して、元素マップを取得する荷電粒子線装置であって、
   荷電粒子源と、
   前記荷電粒子線を偏向させる偏向器と、
   前記荷電粒子線が照射されることにより試料から発生するＸ線を検出し、Ｘ線信号データを出力するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線信号データおよび前記荷電粒子線が照射された位置を示す位置データを、記憶部に記憶させる処理部と、
   を含み、
   前記処理部は、複数フレーム分の前記Ｘ線信号データおよび前記位置データから、同じ位置を示す複数の前記位置データのうちの１つの前記位置データを残し、同じ位置を示す複数の前記位置データのうちの残した１つの前記位置データ以外の他の前記位置データを削除して、前記記憶部に記憶させる、荷電粒子線装置。
2. 請求項１において、
   前記処理部は、残した１つの前記位置データに、他の前記位置データに関連付けられていた前記Ｘ線信号データを関連付けて、前記記憶部に記憶させる、荷電粒子線装置。
3. 請求項１または２において、
   前記荷電粒子線が照射されることにより試料から放出された電子を検出し、電子信号データを出力する電子検出器を含み、
   前記処理部は、
   前記Ｘ線信号データ、前記位置データ、および前記電子信号データが時系列に並んだデータ列を取得し、
   フレームごとに前記電子信号データから試料像を生成し、生成された試料像と基準画像とを比較して類似度を求め、
   前記データ列を、前記類似度に基づき複数のデータパックに分け、
   前記データパックごとに、同じ位置を示す複数の前記位置データのうちの１つの前記位
   置データを残し、同じ位置を示す複数の前記位置データのうちの残した１つの前記位置データ以外の他の前記位置データを削除して、前記記憶部に記憶させる、荷電粒子線装置。
4. 請求項３において、
   前記処理部は、
   前記類似度に基づいて、試料像が異常か否かを判定し、
   試料像が異常と判定した場合、異常と判断された試料像が得られたフレームの前記Ｘ線信号データを削除する、荷電粒子線装置。
5. 請求項３または４において、
   前記処理部は、
   基準画像に対する、フレームごとに生成された試料像の位置ずれ量を求め、
   前記位置ずれ量に基づいて前記位置データを補正する、荷電粒子線装置。
6. 請求項３ないし５のいずれか１項において、
   前記処理部は、
   前記データパックに含まれる、同じ前記位置データに関連付けられた複数の前記電子信号データを平均化して１つのデータとする、荷電粒子線装置。

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