JP7250054B2 - 分析装置および画像処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、分析装置および画像処理方法に関する。
試料表面に電子線を照射し、試料から放出される特性Ｘ線を分光して検出することにより試料の分析を行う電子プローブマイクロアナライザー（Electron Probe Micro Analyzer、ＥＰＭＡ）が知られている。
ＥＰＭＡでは、一般的に、複数の波長分散型Ｘ線分光器（Wavelength Dispersive X-Ray spectrometer、ＷＤＳ）が搭載されている。
波長分散型Ｘ線分光器を用いたＸ線マップ（元素マップ）を取得するための測定では、１つの分光器で複数元素を同時に測定することができない。そのため、ＥＰＭＡにおいて、Ｘ線マップを取得するための測定を行う場合には、装置に搭載されている分光器の数以上の元素を同時に測定することができない。したがって、分析対象となる元素が分光器の数以上になる場合には、測定を複数回に分けて行わなければならない。
しかしながら、複数回に分けて取得した複数のＸ線マップでは、試料ドリフトなどにより、Ｘ線マップ間で位置ずれが生じてしまう場合がある。Ｘ線マップ間で位置ずれが生じてしまうと、例えば、相分析において、元素間の相関関係を正確に解析することができない。
そのため、特許文献１では、ＥＰＭＡを用いて試料の同一領域について異なるタイミングでそれぞれＸ線像（Ｘ線マップ）のデータを取得して記憶する場合において、各タイミングで前記領域についての二次電子又は反射電子の検出に基づく電子像データを併せて取得し、異なるタイミングで取得した電子像データを比較して位置ずれ量を算出し、算出した位置ずれ量に基づき、異なるタイミングで得た各Ｘ線像のデータに対して、各Ｘ線像のデータに共通して存在する領域を切り出す処理を行っている。
二次電子像や反射電子像は、Ｘ線像に比べて表面からの情報が多く、かつ、分解能が高い。そのため、特許文献１の処理方法では、異なるタイミングで取得したＸ線像の同一領域を正確に切り出すことができる。
特開２０１２－１４９９１０号公報
上記のように、分析装置では、異なるタイミングで取得された画像間の位置ずれを正確に補正できることが望ましい。
本発明に係る分析装置の一態様は、
試料の測定を行う分析装置本体と、
前記試料の測定の結果に基づく測定画像の処理を行う画像処理部と、
を含み、
前記画像処理部は、
前記試料の分析対象領域で測定を行って得られた基準画像を取得する処理と、
前記分析対象領域で測定を行って得られた前記測定画像を取得する処理と、
前記測定画像を複数の測定部分画像に分割し、前記基準画像を複数の基準部分画像に分割する処理と、
複数の前記測定部分画像の各々において、対応する前記基準部分画像に対する位置ずれ量を算出する処理と、
前記位置ずれ量が閾値以下か否かを判定する処理と、
前記位置ずれ量が前記閾値以下でないと判定された場合に、複数の前記測定部分画像の前記位置ずれ量に基づいて、前記測定画像の位置ずれを補正する処理と、
を行い、
前記分割する処理、前記位置ずれ量を算出する処理、前記判定する処理、および前記位置ずれを補正する処理は、前記位置ずれ量が前記閾値以下と判定されるまで繰り返され、
Ｍ回目の前記分割する処理は、
Ｍ－１回目の前記分割する処理における前記測定部分画像のサイズが、基準サイズ以下か否かを判定する処理と、
前記測定部分画像のサイズが前記基準サイズ以下ではないと判定された場合に、Ｍ回目の前記分割する処理における前記測定部分画像のサイズをＭ－１回目の前記分割する処理における前記測定部分画像のサイズよりも小さくする処理と、
前記測定部分画像のサイズが前記基準サイズ以下と判定された場合に、Ｍ－１回目の前記分割する処理と比べて、隣り合う前記測定部分画像の重なりを大きくする処理と、
を行う。
このような分析装置では、画像処理部は、複数の測定部分画像の位置ずれ量に基づいて、測定画像の位置ずれを補正するため、一方向の位置ずれだけでなく、拡大や縮小、歪なども補正できる。したがって、このような分析装置では、異なるタイミングで取得された基準画像と測定画像の位置ずれを正確に補正できる。
本発明に係る画像処理方法の一態様は、
分析装置を用いて、試料の分析対象領域で測定を行って基準画像を取得する工程と、
前記分析装置を用いて、前記分析対象領域で測定を行って測定画像を取得する工程と、
前記測定画像を複数の測定部分画像に分割し、前記基準画像を複数の基準部分画像に分割する工程と、
複数の前記測定部分画像の各々において、対応する前記基準部分画像に対する位置ずれ量を算出する工程と、
前記位置ずれ量が閾値以下か否かを判定する工程と、
前記位置ずれ量が前記閾値以下でないと判定された場合に、複数の前記測定部分画像の前記位置ずれ量に基づいて、前記測定画像の位置ずれを補正する工程と、
を含み、
前記分割する工程、前記位置ずれ量を算出する工程、前記判定する工程、および前記位置ずれを補正する工程は、前記位置ずれ量が前記閾値以下と判定されるまで繰り返され、
Ｍ回目の前記分割する工程は、
Ｍ－１回目の前記分割する工程における前記測定部分画像のサイズが、基準サイズ以下か否かを判定する工程と、
前記測定部分画像のサイズが前記基準サイズ以下ではないと判定された場合に、Ｍ回目の前記分割する工程における前記測定部分画像のサイズをＭ－１回目の前記分割する工程における前記測定部分画像のサイズよりも小さくする工程と、
前記測定部分画像のサイズが前記基準サイズ以下と判定された場合に、Ｍ－１回目の前記分割する工程と比べて、隣り合う前記測定部分画像の重なりを大きくする工程と、
を含む。
このような画像処理方法では、複数の測定部分画像の位置ずれ量に基づいて、測定画像の位置ずれを補正するため、一方向の位置ずれだけでなく、拡大や縮小、歪なども補正できる。したがって、このような画像処理方法では、異なるタイミングで取得された基準画像と測定画像の位置ずれを正確に補正できる。
実施形態に係る分析装置の構成を示す図。 実施形態に係る分析装置の構成を示す図。 画像処理装置の構成を示す図。 画像処理の一例を示すフローチャート。 補正用テーブルを作成する処理の一例を示すフローチャート。 第１補正用テーブルを説明するための図。 第１電子像を分割する処理を説明するための図。 第１電子像の全画素の位置ずれ量を計算する処理を説明するための図。 電子像を分割する処理を説明するための図。 隣り合う部分画像の重なりを大きくする処理を説明するための図。 電子像を分割する処理の一例を示すフローチャート。 散布図を示す図。 相マップを示す図。 １回目の測定によるＸ線マップと２回目の測定によるＸ線マップの位置ずれを示す図。 １回目の測定によるＸ線マップの各画素の強度と２回目の測定によるＸ線マップの各画素の強度の散布図。 同時に測定したＣのＸ線マップの各画素の強度とＣｒのＸ線マップの各画素の強度の散布図。 位置ずれがある場合のＣのＸ線マップの各画素の強度とＣｒのＸ線マップの各画素の強度の散布図。 測定元素の組み合わせの一例を示す表。 異なるタイミングで取得された２つの反射電子像を重ね合わせた画像。 異なるタイミングで取得された２つのＸ線マップの各画素の強度の散布図。 電子像の分割する処理の変形例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。
１． 分析装置
まず、本発明の一実施形態に係る分析装置について図面を参照しながら説明する。図１および図２は、本発明の一実施形態に係る分析装置１００の構成を示す図である。分析装置１００は、波長分散型Ｘ線分光器（ＷＤＳ）を備えたＥＰＭＡである。なお、分析装置１００は、ＷＤＳを備えた走査電子顕微鏡であってもよい。
分析装置１００は、図１に示すように、分析装置本体２と、画像処理装置４と、を含む。分析装置本体２は、電子光学系１０と、試料ステージ２０と、電子検出器３０と、ＷＤＳ５０ａと、ＷＤＳ５０ｂと、ＷＤＳ５０ｃと、ＷＤＳ５０ｄと、ＷＤＳ５０ｅと、を含む。なお、図２では、便宜上、電子光学系１０と、５つのＷＤＳのみを図示している。
分析装置本体２は、試料Ｓの測定を行う。分析装置本体２で試料Ｓの測定を行うことで、電子像およびＸ線像を取得できる。電子像は、試料Ｓから放出された電子を検出して得られた像であり、例えば、反射電子像や、二次電子像である。Ｘ線像は、試料Ｓから放出されたＸ線を検出して得られた像であり、例えば、Ｘ線マップ（元素マップ）である。
電子光学系１０は、集束された電子線ＥＢからなる電子プローブを形成する。電子光学系１０は、電子銃１２と、集束レンズ１４と、偏向器１６と、対物レンズ１８と、を含む。
電子銃１２は、電子線ＥＢを発生させる。電子銃１２は、所定の加速電圧により加速された電子線ＥＢを試料Ｓに向けて放出する。
集束レンズ１４は、電子銃１２から放出された電子線ＥＢを集束させるためのレンズである。偏向器１６は、電子線ＥＢを二次元的に偏向させる。偏向器１６で電子線ＥＢを二次元的に偏向させることによって、電子プローブで試料Ｓを走査することができる。対物レンズ１８は、電子線ＥＢを試料Ｓ上で集束させるためのレンズである。集束レンズ１４および対物レンズ１８で電子線ＥＢを集束させることによって電子プローブを形成できる。
試料ステージ２０は、試料Ｓを支持している。試料ステージ２０上には、試料Ｓが載置される。図示はしないが、試料ステージ２０は、試料Ｓを移動させるための移動機構を備えている。試料ステージ２０で試料Ｓを移動させることにより、試料Ｓ上での電子線ＥＢが照射される位置を変更できる。
分析装置１００では、偏向器１６で電子線ＥＢを偏向させることによって、電子プローブで試料Ｓを走査してもよいし、試料ステージ２０で試料Ｓを移動させることによって、電子プローブで試料Ｓを走査してもよい。
電子検出器３０は、試料Ｓから放出された電子を検出するための検出器である。電子検出器３０で試料Ｓから放出された電子を検出することによって、電子像を取得できる。電子検出器３０は、反射電子を検出する反射電子検出器であってもよいし、二次電子を検出する二次電子検出器であってもよい。すなわち、電子像は、反射電子像であってもよいし、二次電子像であってもよい。
ＷＤＳ５０ａは、分光素子（分光結晶）５２と、Ｘ線検出器５４と、を含む。ＷＤＳ５０ａでは、試料Ｓから発生した特性Ｘ線を分光素子５２で分光し、分光されたＸ線をＸ線検出器５４で検出する。
分光素子５２は、例えば、Ｘ線の回折現象を利用して分光を行うための分光結晶である。ＷＤＳ５０ａは、結晶面間隔が互いに異なる複数の分光素子５２を備えている。すなわち、複数の分光素子５２は、互いに異なる分光波長範囲を有している。分光素子５２としては、ＰＥＴ、ＬｉＦ、ＴＡＰ、ＬＤＥなどが挙げられる。Ｘ線検出器５４は、分光素子５２で分光された特性Ｘ線を検出する。
分析装置本体２は、図２に示すように、ＷＤＳ５０ａ、ＷＤＳ５０ｂ、ＷＤＳ５０ｃ、ＷＤＳ５０ｄ、およびＷＤＳ５０ｅを有している。この５つのＷＤＳは、それぞれ、複数の分光素子５２と、Ｘ線検出器５４と、を有している。これにより、分析装置１００では、広い分光波長範囲でＷＤＳ分析を行うことができ、様々な元素を検出できる。さらに、５つのＷＤＳは、互いに異なるエネルギーのＸ線を同時に検出できるため、５つのＸ線マップを同時に取得できる。
Ｘ線マップ（元素マップ）は、電子プローブで試料Ｓを走査しながら各元素に固有のＸ線の強度を測定し、試料Ｓ上の各測定点におけるＸ線の強度（計数率）の違いを可視化したものである。
なお、分析装置本体２が有するＷＤＳの数は、特に限定されない。
分析装置本体２では、電子光学系１０が電子プローブを形成し、当該電子プローブで試料Ｓを走査する。電子プローブで試料Ｓを走査することによって、試料Ｓの各測定点から二次電子、反射電子、Ｘ線（特性Ｘ線）などが放出される。各測定点から放出された電子を電子検出器３０で検出し、電子の強度の分布を画像化することで、電子像を取得できる。また、各測定点から放出されたＸ線をＷＤＳ５０ａ、ＷＤＳ５０ｂ、ＷＤＳ５０ｃ、ＷＤＳ５０ｄ、ＷＤＳ５０ｅで検出し、Ｘ線の強度の分布を画像化することで、Ｘ線マップを取得できる。
図３は、画像処理装置４の構成を示す図である。
画像処理装置４は、分析装置本体２における試料Ｓの測定の結果に基づく画像の処理を行う。画像処理装置４は、図３に示すように、処理部６０と、操作部７０と、表示部７２と、記憶部７４と、を含む。
操作部７０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部６０に送る処理を行う。操作部７０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。
表示部７２は、処理部６０で生成された画像を表示する。表示部７２は、例えば、ＬＣＤ（liquid crystal display）などのディスプレイにより実現できる。
記憶部７４は、処理部６０が各種計算処理や画像処理を行うためのプログラムやデータを記憶している。また、記憶部７４は、処理部６０のワーク領域としても用いられる。記憶部７４は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、およびハードディスクなどにより実現できる。
処理部６０は、画像の位置ずれを補正する処理や、複数のＸ線マップから相マップを生成する処理などを行う。処理部６０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）など）で記憶部７４に記憶されたプログラムを実行することにより実現できる。処理部６０は、制御部６２と、画像処理部６４と、解析部６６と、を含む。
制御部６２は、分析装置本体２を制御する。制御部６２は、例えば、分析装置本体２に、電子像を取得するための測定およびＸ線マップを取得するための測定を行わせる。
画像処理部６４は、分析装置本体２における測定の結果に基づく電子像およびＸ線マップを取得し、電子像およびＸ線マップに対して画像処理を行う。例えば、画像処理部６４は、複数回の測定で取得された複数のＸ線マップ間の位置ずれを補正する処理を行う。
解析部６６は、画像処理部６４で位置ずれが補正された複数のＸ線マップに基づいて、元素間の相関関係を解析し、相マップを作成する。
２． 画像処理方法
２．１． Ｘ線マップの位置ずれ補正
２．１．１． Ｘ線マップの位置ずれ
分析装置１００では、相マップを作成できる。ここで、相マップを作成するためには、同一の測定対象領域において、複数のＸ線マップを取得しなければならない。分析装置１００には、５つのＷＤＳが搭載されているため、同時に、５つのＸ線マップを取得できる。試料Ｓの同一の測定領域において、６以上のＸ線マップを取得するためには、同一箇所を複数回測定しなければならない。このとき、試料ドリフト等によりＸ線マップ間に位置ずれが生じる場合がある。
分析装置１００では、この同一の測定対象領域で複数回測定を行って得られたＸ線マップ間の位置ずれを補正できる。以下、このＸ線マップの位置ずれを補正するための画像処理について説明する。
２．１．２． 画像処理の流れ
図４は、画像処理の一例を示すフローチャートである。
まず、画像処理部６４は、位置ずれの補正の基準となる電子像である基準画像を取得する（Ｓ１０）。
例えば、制御部６２が分析装置本体２に試料Ｓの測定対象領域を測定させ、画像処理部６４が測定結果に基づく電子像である測定画像を取得する。
次に、画像処理部６４は、試料Ｓの分析対象領域を複数回測定して、複数のＸ線マップ、および複数の電子像（測定画像）を取得する（Ｓ１２）。
分析装置本体２は５つのＷＤＳを有しているため、１回の測定で、５つのＸ線マップを取得できる。また、分析装置本体２は、電子検出器３０を有しているため、Ｘ線マップと同時に電子像を取得できる。ここでは、試料Ｓの測定は、Ｎ回（Ｎ＞２）行われ、１回の測定で、５つのＸ線マップおよび１つの電子像を取得したものとして説明する。すなわち、画像処理部６４は、５×Ｎ個のＸ線マップとＮ個の電子像を取得する。
例えば、制御部６２が分析装置本体２に試料Ｓの測定対象領域をＮ回測定させ、画像処理部６４が測定結果に基づく５×Ｎ個のＸ線マップおよびＮ個の電子像を取得する。
次に、画像処理部６４は、取得した、基準画像、５×Ｎ個のＸ線マップ、およびＮ個の電子像を高解像度化する（Ｓ１４）。
高解像度化は、例えば、画像の画素間を補完することで行う。なお、高解像度化の手法は特に限定されない。
次に、１回目（Ｍ＝１）の測定で取得された５つのＸ線マップの位置ずれを補正するための第１補正用テーブルＴ１を作成する（Ｓ１６）。
第１補正用テーブルＴ１は、Ｘ線マップの一画素ごとに、画素のＸ方向の位置ずれ量、および画素のＹ方向の位置ずれ量が登録されたテーブルである。第１補正用テーブルＴ１は、基準画像と１回目の測定で得られた電子像との間の位置ずれ量を計算して得られたテーブルである。第１補正用テーブルＴ１を作成する処理については後述する。
次に、画像処理部６４は、Ｍ＝Ｎであるか否かを判定する（Ｓ１８）。すなわち、画像処理部６４は、Ｎ回目の測定で取得された５つのＸ線マップの位置ずれを補正するための第Ｎ補正用テーブルＴＮが作成されたか否かを判定する。
Ｍ＝Ｎではないと判定された場合（Ｓ１８のＮｏ）、処理Ｓ１６に戻って、２回目（Ｍ＝２）の測定で取得された５つのＸ線マップの位置ずれを補正するための第２補正用テーブルＴ２を作成する（Ｓ１６）。
画像処理部６４は、処理Ｓ１８でＭ＝Ｎと判定されるまで、すなわち、第Ｎ補正用テーブルＴＮが作成されるまで、処理Ｓ１６を繰り返す。
Ｍ＝Ｎと判定された場合（Ｓ１８のＹｅｓ）、画像処理部６４は、第１～第Ｎ補正用テーブルＴ１～ＴＮを用いて、５×Ｎ個のＸ線マップの位置ずれを補正する（Ｓ２０）。
例えば、画像処理部６４は、第１補正用テーブルＴ１を用いて、１回目の測定で得られた５つのＸ線マップの位置ずれを補正する。同様に、画像処理部６４は、第２補正用テーブルＴ２を用いて２回目の測定で得られた５つのＸ線マップの位置ずれを補正する。同様に、画像処理部６４は、第Ｎ補正用テーブルＴＮを用いてＮ回目の測定で得られた５つのＸ線マップの位置ずれを補正する。
画像処理部６４は、補正された５×Ｎ個のＸ線マップの各々に対して、最大のずれ量に対応する画素分だけ画像の両端をカットする処理を行ってもよい。これにより、５×Ｎ個のＸ線マップを同一視野にできる。
画像処理部６４は、処理Ｓ１４で高解像度化された５×Ｎ個のＸ線マップを、元の解像度に戻す（Ｓ２２）。Ｘ線マップの解像度を元に戻す手法は、特に限定されない。その後、画像処理部６４は、画像処理を終了する。
以上の処理により、５×Ｎ個のＸ線マップの位置ずれを補正できる。
２．１．３． 補正用テーブルを作成する処理
図５は、補正用テーブルを作成する処理Ｓ１６の一例を示すフローチャートである。
画像処理部６４は、１回目（Ｍ＝１）の測定で得られた電子像（以下、「第１電子像」ともいう）の位置ずれ量を算出する（Ｓ１００）。
画像処理部６４は、基準画像に対する、第１電子像の位置ずれ量を計算する。位置ずれ量の計算は、例えば、基準画像の全領域と第１電子像の全領域に対するパターンマッチングで行われる。位置ずれ量は、例えば、電子像のＸ方向の位置ずれ量と、電子像のＹ方向の位置ずれ量と、で表される。
画像処理部６４は、第１補正用テーブルＴ１に、処理Ｓ１００で計算した位置ずれ量を登録する（Ｓ１０２）。第１補正用テーブルＴ１は、例えば、記憶部７４に記憶されている。
図６は、第１補正用テーブルＴ１を説明するための図である。
第１補正用テーブルＴ１は、図６に示すように、第１電子像の各画素の座標（Ｘ，Ｙ）と、各画素の位置ずれ量と、を関連付けて登録したものである。第１補正用テーブルＴ１は、各画素のＸ方向の位置ずれ量を示すテーブルと、各画素のＹ方向の位置ずれ量を示すテーブルと、を含む。なお、図６には、各画素のＸ方向の位置ずれ量を示すテーブルを図示している。
位置ずれ量は、基準画像の全領域と第１電子像の全領域に対するパターンマッチングで計算されているため、第１補正用テーブルＴ１には、すべての画素に対して、同じ値が登録される。この第１補正用テーブルＴ１では、一方向の位置ずれが補正できる。
次に、画像処理部６４は、第１補正用テーブルＴ１を用いて、第１電子像の位置ずれを補正する（Ｓ１０４）。
次に、画像処理部６４は、第１電子像および基準画像を複数の部分画像に分割する（Ｓ１０６）。
図７は、第１電子像Ｅ１を分割する処理を説明するための図である。図７に示すように、第１電子像Ｅ１は、４つの部分画像ＥＰ（測定部分画像の一例）に分割される。部分画像ＥＰは、例えば、第１電子像Ｅ１の視野を等しく分割して得られた画像である。図７に示す例では、第１電子像Ｅ１を、Ｘ方向に２つ、Ｙ方向に２つ分割して、４つの部分画像ＥＰを作成している。第１電子像Ｅ１と同様に、基準画像Ｒも４つの部分画像ＲＰ（基準部分画像の一例）に分割される。部分画像ＲＰは、基準画像Ｒの視野を等しく分割して得られた画像である。
なお、分割する処理Ｓ１０６の詳細については後述する「２．１．４． 電子像を分割する処理」で説明する。
画像処理部６４は、４つの部分画像ＥＰの各々において、対応する部分画像ＲＰに対する位置ずれ量を計算する（Ｓ１０８）。
例えば、画像処理部６４は、１つの部分画像ＥＰと、当該１つの部分画像ＥＰに対応する部分画像ＲＰと、のパターンマッチングを行い、部分画像ＲＰの中心に対する、当該１つの部分画像ＥＰの中心画素Ｏの位置ずれ量を計算する。画像処理部６４は、この中心画素Ｏの位置ずれ量の計算を４つの部分画像ＥＰにおいてそれぞれ行う。中心画素Ｏは、部分画像の中心に一致する、または最も近い画素である。
画像処理部６４は、４つの部分画像ＥＰの中心画素Ｏの位置ずれ量が閾値以下か否かを判定する（Ｓ１１０）。
画像処理部６４は、４つの部分画像ＥＰの中心画素Ｏの位置ずれ量のうちの１つでも閾値よりも大きい場合には、閾値以下ではないと判定する。閾値は、任意の値に設定される。閾値を小さくすることで、より正確に位置ずれを補正できる。
画像処理部６４は、閾値以下ではないと判定した場合（Ｓ１１０のＮｏ）、第１電子像Ｅ１の全画素の位置ずれ量を計算する（Ｓ１１２）。
図８は、第１電子像Ｅ１の全画素の位置ずれ量を計算する処理を説明するための図である。
第１電子像Ｅ１の全画素の位置ずれ量は、隣り合う部分画像ＥＰの中心画素Ｏの位置ずれ量に基づいて計算する。例えば、図８に示すように、部分画像ＥＰの中心画素Ｏの位置ずれ量から他の画素の位置ずれ量を、補完する。図８に示す例では、まず、Ｘ方向に並ぶ中心画素Ｏの位置ずれ量を用いて、Ｘ方向に並ぶ画素の位置ずれ量を直線補完する。次に、Ｙ方向に並ぶ中心画素Ｏの位置ずれ量を用いて、Ｙ方向に並ぶ画素の位置ずれ量を直線補完する。最後に、残った画素の位置ずれ量を、隣接する画素の位置ずれ量を用いて補完する。これにより、第１電子像Ｅ１の全画素の位置ずれ量を計算できる。なお、各画素の位置ずれ量を算出する手法は特に限定されない。
画像処理部６４は、算出した第１電子像Ｅ１の全画素の位置ずれ量を、第１補正用テーブルＴ１に登録し、第１補正用テーブルＴ１を更新する（Ｓ１１４）。
図６に示すように、処理Ｓ１００では、位置ずれ量の計算は、基準画像Ｒの全領域と第１電子像Ｅ１の全領域に対するパターンマッチングで行われたため、処理Ｓ１０２では、第１補正用テーブルＴ１には、すべての画素の位置ずれ量として同じ値が登録される。この第１補正用テーブルＴ１では、一方向の位置ずれが補正できる。
処理Ｓ１１２では、部分画像ＥＰごとに求めた位置ずれ量に基づいて、全画素の位置ずれ量を計算している。そのため、処理Ｓ１１４で更新された第１補正用テーブルＴ１では、一方向の位置ずれだけでなく、拡大や縮小、歪なども補正できる。
画像処理部６４は、処理Ｓ１０４、処理Ｓ１０６、処理Ｓ１０８、処理Ｓ１１０、処理Ｓ１１２、処理Ｓ１１４を規定回数だけ繰り返したか否かを判定する（Ｓ１１６）。規定回数は、任意の数に設定できる。
画像処理部６４は、規定回数だけ繰り返していないと判定した場合（Ｓ１１６のＮｏ）、処理Ｓ１０４に戻って、第１補正用テーブルＴ１を用いて、第１電子像Ｅ１の位置ずれを補正する。そして、画像処理部６４は、電子像を分割する処理（Ｓ１０６）、各部分画像の位置ずれ量を算出する処理（Ｓ１０８）、位置ずれ量が閾値以下か否かを判定する処理（Ｓ１１０）、全画素の位置ずれ量を算出する処理（Ｓ１１２）、位置ずれ量を登録する処理（Ｓ１１４）を行う。
画像処理部６４は、処理Ｓ１１６において規定回数だけ繰り返したと判定される（Ｓ１１６のＹｅｓ）、または、位置ずれ量が閾値以下と判定されるまで（Ｓ１１０のＹｅｓ）、処理Ｓ１０４、処理Ｓ１０６、処理Ｓ１０８、処理Ｓ１１０、処理Ｓ１１２、処理Ｓ１１４を繰り返す。
画像処理部６４は、処理Ｓ１１６において規定回数だけ繰り返したと判定した場合（Ｓ１１６のＹｅｓ）、および処理Ｓ１１０において位置ずれ量が閾値以下になったと判定した場合（Ｓ１１０のＹｅｓ）、第１補正用テーブルＴ１を作成する処理を終了する。
上記では、第１補正用テーブルＴ１を作成する処理について説明したが、第２～第Ｎ補正用テーブルＴ２～ＴＮを作成する処理についても同様である。
２．１．４． 電子像を分割する処理
図９は、電子像を分割する処理Ｓ１０６を説明するための図である。
図９に示すように、第１電子像Ｅ１を分割する処理を繰り返して、部分画像ＥＰのサイズ、すなわち、部分画像ＥＰの面積（画素の数）を小さくすることで、部分画像ＥＰの数を増やすことができ、より精度よく第１電子像Ｅ１の位置ずれを補正できる。しかしながら、部分画像ＥＰのサイズが小さくなると、パターンマッチングの精度が低下してしまう。
そのため、画像処理部６４では、部分画像ＥＰのサイズが、あらかじめ設定した基準サイズ以下になった場合に、部分画像ＥＰのサイズを変更せずに、隣り合う部分画像ＥＰの重なりを大きくして、部分画像ＥＰの数を増やす。
図１０は、隣り合う部分画像ＥＰの重なりを大きくする処理を説明するための図である。
図１０に示すように、隣り合う部分画像ＥＰの重なりを大きくすることで、部分画像ＥＰのサイズを変えることなく、部分画像ＥＰの数を増やすことができる。図１０では、Ｘ方向に隣り合う部分画像ＥＰの重なりを大きくしている。なお、Ｙ方向に隣り合う部分画像ＥＰの重なりを大きくしてもよいし、Ｘ方向に隣り合う部分画像ＥＰの重なりおよびＹ方向に隣り合う部分画像ＥＰの重なりの両方を大きくしてもよい。
図１１は、電子像を分割する処理の一例を示すフローチャートである。
画像処理部６４は、第１電子像Ｅ１を分割する処理が１回目か否かを判定し（Ｓ１０６０）、１回目と判定した場合（Ｓ１０６０のＹｅｓ）、図７に示すように、第１電子像Ｅ１を複数の部分画像ＥＰに分割する（Ｓ１０６２）。また、画像処理部６４は、第１電子像Ｅ１と同様に、基準画像Ｒを複数の部分画像ＲＰに分割する。
画像処理部６４は、第１電子像Ｅ１の分割回数が１回目ではないと判定した場合（Ｓ１０６０のＮｏ）、部分画像（部分画像ＥＰおよび部分画像ＲＰ）のサイズが基準サイズ以下か否かを判定する（Ｓ１０６４）。基準サイズは、例えば、パターンマッチングを精度よく行うことが可能な最小のサイズに設定されている。なお、基準サイズは、要求されるパターンマッチングの精度やパターンの繰り返し周期等に応じて任意に設定可能である。
画像処理部６４は、部分画像のサイズが基準サイズ以下ではないと判定した場合（Ｓ１０６４のＮｏ）、図９に示すように、部分画像のサイズを小さくして、第１電子像Ｅ１および基準画像Ｒを分割する（Ｓ１０６８）。例えば、画像処理部６４は、Ｍ回目の処理Ｓ１０６８における部分画像のサイズを、Ｍ－１回目の処理Ｓ１０６８における部分画像のサイズよりも小さくする。これにより、Ｍ回目の処理Ｓ１０６８で作成される部分画像の数を、Ｍ－１回目の処理Ｓ１０６８で作成された部分画像の数よりも多くする。
画像処理部６４は、部分画像のサイズが基準サイズ以下と判定した場合（Ｓ１０６４のＹｅｓ）、図１０に示すように、部分画像ＥＰのサイズを変更せずに、隣り合う部分画像ＥＰの重なりを大きくして、第１電子像Ｅ１および基準画像Ｒを分割する（Ｓ１０７０）。例えば、画像処理部６４は、Ｍ回目の処理Ｓ１０７０における隣り合う部分画像の重なりを、Ｍ－１回目の処理Ｓ１０７０の重なりよりも大きくする。これにより、Ｍ回目の処理Ｓ１０７０で作成される部分画像の数を、Ｍ－１回目の処理Ｓ１０７０で作成された部分画像の数よりも多くする。
処理Ｓ１０６２、処理Ｓ１０６８、または処理Ｓ１０７０を行って、第１電子像Ｅ１および基準画像Ｒを分割した後、画像処理部６４は、電子像を分割する処理Ｓ１０６を終了する。
上記では、第１電子像Ｅ１を分割する処理について説明したが、第２～第Ｎ電子像を分割する処理についても同様である。
２．２． 相分析
分析装置１００では、解析部６６は、上記の画像処理で位置ずれが補正された５×Ｎ個のＸ線マップを用いて、相マップを作成する。
解析部６６は、まず、５×Ｎ個のＸ線マップに基づいて、散布図を作成する。例えば、５×Ｎ個のＸ線マップから２つのマップを選択し、選択された２つのマップのうちの一方
のＸ線強度を縦軸とし、他方のＸ線強度を横軸とした散布図に、各画素のＸ線強度をプロットする。図１２は、散布図を示す図である。
次に、解析部６６は、散布図から偏在箇所を探し、偏在箇所を囲み、偏在箇所ごとに色分けする。解析部６６は、この色をＸ線マップの表示に反映させることで、相マップを作成する。図１３は、相マップを示す図である。
３． 作用効果
分析装置１００では、画像処理部６４は、位置ずれ補正の対象となる電子像である測定画像および位置ずれ補正の基準となる電子像である基準画像をそれぞれ部分画像に分割し、測定画像から分割された複数の部分画像の各々において、対応する基準画像の部分画像に対する位置ずれ量を算出し、当該位置ずれ量に基づいて測定画像の位置ずれを補正する。そのため、分析装置１００では、一方向の位置ずれだけでなく、拡大や縮小、歪なども補正できる。このように分析装置１００では、異なるタイミングで取得された、測定画像と基準画像の位置ずれを精度よく測定できる。
また、分析装置１００では、Ｍ回目の分割する処理Ｓ１０６８における部分画像のサイズは、Ｍ－１回目の分割する処理Ｓ１０６８における部分画像のサイズよりも小さくする。このように分析装置１００では、部分画像のサイズを、徐々に小さくするため、位置ずれ量を計算する際のパターンマッチングの精度の低下を低減できる。例えば、測定画像に多数の類似のパターンがある場合、部分画像のサイズの変化を大きくすると、パターンを誤って認識してしまいパターンマッチングの精度が低下する。
分析装置１００では、部分画像ＥＰのサイズが基準サイズ以下と判定された場合、隣り合う部分画像の重なりを大きくして、測定画像および基準画像を分割する。すなわち、Ｍ回目の分割する処理Ｓ１０７０では、Ｍ－１回目の分割する処理Ｓ１０７０と比べて、隣り合う部分画像の重なりを大きくする。これにより、部分画像のサイズが小さくなることによるパターンマッチングの精度の低下を低減できる。
分析装置１００では、画像処理部６４は、測定画像を分割して得られた複数の部分画像の位置ずれ量に基づいて、測定画像の位置ずれを補正するための補正用テーブルを作成する。そのため、分析装置１００では、測定画像と同時に取得されたＸ線マップの位置ずれを、補正用テーブルを用いて補正できる。
ここで、反射電子や二次電子は、特性Ｘ線と比べて、信号量が多い。そのため、電子像を用いて位置ずれ量を算出して補正用テーブルを作成し、当該補正用テーブルを用いてＸ線マップを補正することで、Ｘ線マップの位置ずれを精度よく補正できる。特に、ＳＮ比が十分でない微量元素のＸ線マップの位置ずれを補正する場合でも、精度よく補正できる。
例えば、Ｘ線マップの位置ずれの補正ができない場合、元素Ａと元素Ｂの相関関係を解析するためには、元素Ａの分布を示すＸ線マップと、元素Ｂの分布を示すＸ線マップは、同時に測定する必要があった。また、多元素間の相関関係を解析するためには、測定元素の組み合わせを変えて、測定を繰り返さなければならなかった。
図１４は、１回目の測定（１ｓｅｑ）によるＸ線マップと２回目の測定（２ｓｅｑ）によるＸ線マップの位置ずれを示す図である。図１４では、ＣｒのＸ線の強度の分布、ＣのＸ線の強度の分布を示している。
図１４に示すように、１回目の測定で得られたＸ線マップに対して、２回目の測定で得
られたＸ線マップには位置ずれがある。
図１５は、１回目の測定によるＣｒのＸ線マップの各画素の強度と２回目の測定によるＣｒのＸ線マップの各画素の強度の散布図である。図１５では、横軸が１回目の測定におけるＣｒのＸ線の強度、縦軸が２回目の測定におけるＣｒのＸ線の強度を示している。
１回目の測定で得られたＸ線マップに対して、２回目の測定で得られたＸ線マップに位置ずれがない場合、データは図１５に示す直線上に分布する。図１４に示すように、１回目の測定で得られたＸ線マップに対して、２回目の測定で得られたＸ線マップには位置ずれが生じている場合、図１５に示すように、データは直線上に分布しない。
図１６は、同時に測定したＣのＸ線マップの各画素の強度とＣｒのＸ線マップの各画素の強度の散布図である。図１７は、位置ずれがある場合のＣのＸ線マップの各画素の強度とＣｒのＸ線マップの各画素の強度の散布図である。
図１６に示すように、位置ずれがない場合には、散布図にはＣｒとＣの相関関係が正しく表示されている。これに対して、位置ずれがある場合には、散布図にはＣｒとＣの相関関係が正しく表示されない。そのため、相関関係の解析の対象となる元素は、同時に測定する必要があった。
図１８は、元素Ａ、元素Ｂ、元素Ｃ、元素Ｄ、元素Ｅ、および元素Ｆの相関関係を解析するときの、測定元素の組み合わせの一例を示す表である。
図１８に示すように、多元素間の相関関係を解析するためには、相関関係を解析したい元素の組み合わせが同時に測定できるように、測定元素を少しずつ変えて、何度も測定を繰り返さなければならなかった。
これに対して、分析装置１００では、異なるタイミングで取得されたＸ線マップの位置ずれを補正できるため、同じ元素を何度も測定する必要がない。したがって、分析装置１００では、多元素間の相関関係を解析する場合であっても測定時間を短縮できる。
図１９は、異なるタイミングで取得された２つの反射電子像を重ね合わせた画像を示している。図１９に示すように、２つの反射電子像の位置ずれを補正することで、２つの反射電子像がきれいに重なる。
分析装置１００では、異なるタイミングで取得されたＸ線マップの位置ずれを補正できるため、化合物の分布を示す相マップを作成する場合においても、短時間で正確な相マップを作成できる。
図２０は、異なるタイミングで取得された２つのＸ線マップの各画素の強度の散布図を示している。図２０に示すように、２つのＸ線マップの位置ずれを補正することで、２つの元素の相関関係が正しく表示されている。
４． 変形例
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。
４．１． 第１変形例
上記の実施形態では、図４に示すように、基準画像を取得した後に、位置ずれ補正の対象となるＸ線マップと電子像を取得したが、基準画像として、位置ずれ補正の対象となる
Ｘ線マップと同時に取得した電子像を用いてもよい。例えば、１回目の測定で取得した電子像を基準画像としてもよい。
４．２． 第２変形例
図２１は、電子像を分割する処理の変形例を説明するための図である。
上述した図９に示す例では、まず、第１電子像Ｅ１を、Ｘ方向に２つ、Ｙ方向に２つ分割して、４つの部分画像ＥＰを作成した。次に、第１電子像Ｅ１を、Ｘ方向に３つ、Ｙ方向に３つ分割して９つの部分画像ＥＰを作成した。次に、第１電子像Ｅ１を、Ｘ方向に６つ、Ｙ方向に６つ分割して３６個の部分画像ＥＰを作成した。このように、図９に示す例では、Ｘ方向の分割数とＹ方向の分割数が等しかった。ここで、Ｘ方向は、電子プローブの走査方向であり、Ｙ方向は、走査方向に直交する方向である。
これに対して、図２１に示す例では、まず、第１電子像Ｅ１をＹ方向に２つ分割して２つの部分画像ＥＰを作成し、次に、第１電子像Ｅ１をＹ方向に３つ分割して３つの部分画像ＥＰを作成し、次に、第１電子像Ｅ１をＹ方向に６つ分割して６つの部分画像ＥＰを作成している。
このように、図２１に示す例では、第１電子像Ｅ１を、Ｙ方向にのみ分割し、Ｘ方向に分割していない。これは、電子プローブの走査方向であるＸ方向は、Ｙ方向に比べて、試料ドリフトの影響が極めて小さいためである。
なお、図２１に示す例ではＸ方向に分割していないが、Ｘ方向の分割数がＹ方向の分割数より小さくてもよい。
４．３． 第３変形例
上記の実施形態では、電子像の位置ずれ量を用いて、Ｘ線マップの位置ずれを補正したが、補正の対象となる画像は、Ｘ線マップに限定されない。例えば、補正の対象となる画像は、カソードルミネッセンス像、吸収電流像、二次電子像、反射電子像、オージェ電子像などであってもよい。
４．４． 第４変形例
上記の実施形態では、電子像の位置ずれ量を用いて、Ｘ線マップの位置ずれを補正したが、Ｘ線よりも信号量の多い信号を検出して得られる画像を用いて位置ずれ量を計算し、当該位置ずれ量を用いてＸ線マップの位置ずれを補正してもよい。
４．５． 第５変形例
上記の実施形態では、分析装置がＥＰＭＡである場合について説明したが、本発明に係る分析装置はこれに限定されない。本発明に係る分析装置は、電子やＸ線などの各種信号のマップデータや像データを取得可能な装置であればよい。本発明に係る分析装置は、走査電子顕微鏡、オージェ電子分光器、蛍光Ｘ線分析装置であってもよい。
なお、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、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、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である。また、本発明は、実施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、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
２…分析装置本体、４…画像処理装置、１０…電子光学系、１２…電子銃、１４…集束レンズ、１６…偏向器、１８…対物レンズ、２０…試料ステージ、３０…電子検出器、５２…分光素子、５４…Ｘ線検出器、６０…処理部、６２…制御部、６４…画像処理部、６６…解析部、７０…操作部、７２…表示部、７４…記憶部、１００…分析装置

Claims (6)

  1. 試料の測定を行う分析装置本体と、
    前記試料の測定の結果に基づく測定画像の処理を行う画像処理部と、
    を含み、
    前記画像処理部は、
    前記試料の分析対象領域で測定を行って得られた基準画像を取得する処理と、
    前記分析対象領域で測定を行って得られた前記測定画像を取得する処理と、
    前記測定画像を複数の測定部分画像に分割し、前記基準画像を複数の基準部分画像に分割する処理と、
    複数の前記測定部分画像の各々において、対応する前記基準部分画像に対する位置ずれ量を算出する処理と、
    前記位置ずれ量が閾値以下か否かを判定する処理と、
    前記位置ずれ量が前記閾値以下でないと判定された場合に、複数の前記測定部分画像の前記位置ずれ量に基づいて、前記測定画像の位置ずれを補正する処理と、
    を行い、
    前記分割する処理、前記位置ずれ量を算出する処理、前記判定する処理、および前記位置ずれを補正する処理は、前記位置ずれ量が前記閾値以下と判定されるまで繰り返され、
    Ｍ回目の前記分割する処理は、
    Ｍ－１回目の前記分割する処理における前記測定部分画像のサイズが、基準サイズ以下か否かを判定する処理と、
    前記測定部分画像のサイズが前記基準サイズ以下ではないと判定された場合に、Ｍ回目の前記分割する処理における前記測定部分画像のサイズをＭ－１回目の前記分割する処理における前記測定部分画像のサイズよりも小さくする処理と、
    前記測定部分画像のサイズが前記基準サイズ以下と判定された場合に、Ｍ－１回目の前記分割する処理と比べて、隣り合う前記測定部分画像の重なりを大きくする処理と、
    を行う、分析装置。
  2. 請求項１において、
    前記画像処理部は、複数の前記測定部分画像の前記位置ずれ量に基づいて、前記測定画像の位置ずれを補正するための補正用テーブルを作成する処理を行う、分析装置。
  3. 請求項２において、
    前記分析装置本体は、
    前記試料に電子線を照射する電子光学系と、
    前記試料に電子線を照射することによって前記試料から放出された電子を検出する電子検出器と、
    前記試料に電子線を照射することによって前記試料から放出されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
    を含み、
    前記基準画像および前記測定画像は、前記電子検出器で電子を検出して取得された電子像であり、
    前記分析装置本体では、前記電子像と同時に、前記Ｘ線検出器でＸ線を検出して取得されたＸ線像が取得され、
    前記画像処理部は、前記補正用テーブルを用いて、前記測定画像と同時に取得された前記Ｘ線像の位置ずれを補正する処理を行う、分析装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
    前記位置ずれ量を算出する処理では、
    複数の前記測定部分画像の各々において、前記基準部分画像の中心に対する前記測定部
    分画像の中心の位置ずれ量を算出する処理と、
    隣り合う前記測定部分画像の中心の位置ずれ量に基づいて、隣り合う前記測定部分画像を構成する複数の画素の位置ずれ量を算出する処理と、
    を行う、分析装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
    前記測定画像は、電子線で前記試料を走査し、各測定点から放出された電子を検出して、電子の強度の分布を画像化した像である、分析装置。
  6. 分析装置を用いて、試料の分析対象領域で測定を行って基準画像を取得する工程と、
    前記分析装置を用いて、前記分析対象領域で測定を行って測定画像を取得する工程と、
    前記測定画像を複数の測定部分画像に分割し、前記基準画像を複数の基準部分画像に分割する工程と、
    複数の前記測定部分画像の各々において、対応する前記基準部分画像に対する位置ずれ量を算出する工程と、
    前記位置ずれ量が閾値以下か否かを判定する工程と、
    前記位置ずれ量が前記閾値以下でないと判定された場合に、複数の前記測定部分画像の前記位置ずれ量に基づいて、前記測定画像の位置ずれを補正する工程と、
    を含み、
    前記分割する工程、前記位置ずれ量を算出する工程、前記判定する工程、および前記位置ずれを補正する工程は、前記位置ずれ量が前記閾値以下と判定されるまで繰り返され、
    Ｍ回目の前記分割する工程は、
    Ｍ－１回目の前記分割する工程における前記測定部分画像のサイズが、基準サイズ以下か否かを判定する工程と、
    前記測定部分画像のサイズが前記基準サイズ以下ではないと判定された場合に、Ｍ回目の前記分割する工程における前記測定部分画像のサイズをＭ－１回目の前記分割する工程における前記測定部分画像のサイズよりも小さくする工程と、
    前記測定部分画像のサイズが前記基準サイズ以下と判定された場合に、Ｍ－１回目の前記分割する工程と比べて、隣り合う前記測定部分画像の重なりを大きくする工程と、
    を含む、画像処理方法。
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