特許 6962897 電子顕微鏡および画像処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6962897

(24)【登録日】2021年10月18日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】電子顕微鏡および画像処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/252 20060101AFI20211025BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20211025BHJP

   H01J 37/22 20060101ALI20211025BHJP

   G01N 23/2252 20180101ALI20211025BHJP

   G01N 23/046 20180101ALI20211025BHJP

   G01N 23/2276 20180101ALI20211025BHJP

   G01N 23/04 20180101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/252 A

   H01J37/244

   H01J37/22 502H

   H01J37/22 501A

   G01N23/2252

   G01N23/046

   G01N23/2276

   G01N23/04 340

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-207905(P2018-207905)

(22)【出願日】2018年11月5日

(65)【公開番号】特開2020-77454(P2020-77454A)

(43)【公開日】2020年5月21日

【審査請求日】2020年1月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(72)【発明者】

【氏名】片桐 慎一

【審査官】 関口 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０４０３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１４０６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０６９０２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ３７／００−３７／０２

３７／０５

３７／０９−３７／１８

３７／２１

３７／２４−３７／２４４

３７／２５２−３７／２９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子線を放出する電子源と、
試料を移動させる試料ステージと、
前記電子線を前記試料に照射する光学系と、
前記試料に前記電子線が照射されることで前記試料から放出される電子または前記試料を透過する電子を検出する第１検出器と、
前記試料に前記電子線が照射されることで前記試料から放出される信号を検出する第２検出器と、
前記第１検出器の出力信号および前記第２検出器の出力信号に基づいて、前記試料の３次元の元素の分布を示す３次元元素マップを生成する処理部と、
を含み、
前記処理部は、
前記第１検出器の出力信号に基づいて、電子顕微鏡像を生成する処理と、
前記電子顕微鏡像に基づいて、前記試料の３次元画像を生成する処理と、
前記第２検出器の出力信号に基づいて、前記試料の２次元の元素の分布を示す２次元元素マップを生成する処理と、
前記３次元画像に前記２次元元素マップを投影して、前記３次元元素マップを生成する処理と、
を行い、
前記処理部は、
前記試料ステージの移動が停止したことを検知し、前記試料ステージの移動の停止を検知した時点から前記２次元元素マップの生成を開始し、生成された前記２次元元素マップを前記３次元画像に投影して前記３次元元素マップを生成し、
前記試料ステージの移動中は、収集した前記第２検出器の出力信号のデータを破棄し、
前記試料ステージの移動が停止した時点から、収集された前記データを用いて前記２次元元素マップの生成を開始する、電子顕微鏡。

【請求項2】

請求項１において、
前記２次元元素マップを生成する処理では、複数の前記２次元元素マップを生成し、
前記３次元元素マップを生成する処理では、前記３次元画像に、複数の前記２次元元素マップを投影する、電子顕微鏡。

【請求項3】

請求項２において、
前記２次元元素マップを生成する処理では、前記２次元元素マップを構成する画素の色相を前記元素の種類に対応させ、前記２次元元素マップを構成する画素の明度を前記元素の信号強度に対応させる、電子顕微鏡。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記処理部は、
前記３次元元素マップにおいて任意の断面が指定された場合に、前記断面における前記元素の信号強度のプロファイルと、前記断面における前記試料の高さのプロファイルと、を含むグラフを生成する処理を行う、電子顕微鏡。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記信号は、特性Ｘ線である、電子顕微鏡。

【請求項6】

試料に電子線が照射されることで前記試料から放出される電子または前記試料を透過する電子を検出する第１検出器と、前記試料に前記電子線が照射されることで前記試料から放出される信号を検出する第２検出器と、前記試料を移動させる試料ステージと、を含む電子顕微鏡における画像処理方法であって、
前記第１検出器の出力信号に基づいて、電子顕微鏡像を生成する工程と、
前記電子顕微鏡像に基づいて、前記試料の３次元画像を生成する工程と、
前記第２検出器の出力信号に基づいて、前記試料の２次元の元素の分布を示す２次元元素マップを生成する工程と、
前記３次元画像に前記２次元元素マップを投影して、前記試料の３次元の元素の分布を示す３次元元素マップを生成する工程と、
を含み、
前記試料ステージの移動が停止したことを検知し、前記試料の移動の停止を検知した時点から前記２次元元素マップの生成を開始し、生成された前記２次元元素マップを前記３次元画像に投影して前記３次元元素マップを生成し、
前記試料ステージの移動中は、収集した前記第２検出器の出力信号のデータを破棄し、
前記試料ステージの移動が停止した時点から、収集された前記データを用いて前記２次元元素マップの生成を開始する、画像処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子顕微鏡および画像処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

走査電子顕微鏡では、走査電子顕微鏡像（以下、「ＳＥＭ像」ともいう）を得ることができる。ＳＥＭ像は、２次元の像である。

【0003】

走査電子顕微鏡において、試料の３次元画像を取得する手法が知られている。例えば、特許文献１には、試料の傾斜角が互いに異なる状態で撮影された複数のＳＥＭ像を用いて、試料の３次元画像を生成する手法が開示されている。

【0004】

また、透過電子顕微鏡では、試料の３次元画像を取得する手法として、トモグラフィー法が知られている。トモグラフィー法では、透過電子顕微鏡において試料を連続的に傾斜させて撮影された複数の傾斜像から、３次元画像を再構築する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−６９６９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡などの電子顕微鏡で取得された上記のような３次元画像では、元素の情報が得られない。例えば、３次元画像において、突起などの特徴的な部位が見られた場合に、その部位の元素の情報が視覚的に得られることが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る電子顕微鏡の一態様は、
電子線を放出する電子源と、
試料を移動させる試料ステージと、
前記電子線を前記試料に照射する光学系と、
前記試料に前記電子線が照射されることで前記試料から放出される電子または前記試料を透過する電子を検出する第１検出器と、
前記試料に前記電子線が照射されることで前記試料から放出される信号を検出する第２検出器と、
前記第１検出器の出力信号および前記第２検出器の出力信号に基づいて、前記試料の３次元の元素の分布を示す３次元元素マップを生成する処理部と、
を含み、
前記処理部は、
前記第１検出器の出力信号に基づいて、電子顕微鏡像を生成する処理と、
前記電子顕微鏡像に基づいて、前記試料の３次元画像を生成する処理と、
前記第２検出器の出力信号に基づいて、前記試料の２次元の元素の分布を示す２次元元素マップを生成する処理と、
前記３次元画像に前記２次元元素マップを投影して、前記３次元元素マップを生成する処理と、
を行い、
前記処理部は、
前記試料ステージの移動が停止したことを検知し、前記試料ステージの移動の停止を検知した時点から前記２次元元素マップの生成を開始し、生成された前記２次元元素マップを前記３次元画像に投影して前記３次元元素マップを生成し、
前記試料ステージの移動中は、収集した前記第２検出器の出力信号のデータを破棄し、
前記試料ステージの移動が停止した時点から、収集された前記データを用いて前記２次元元素マップの生成を開始する。

【0008】

このような電子顕微鏡では、元素の３次元の分布を示す３次元元素マップを生成するこ
とができる。そのため、このような電子顕微鏡では、元素の３次元の分布を容易に把握することができる。

【0009】

本発明に係る画像処理方法の一態様は、
試料に電子線が照射されることで前記試料から放出される電子または前記試料を透過する電子を検出する第１検出器と、前記試料に前記電子線が照射されることで前記試料から放出される信号を検出する第２検出器と、前記試料を移動させる試料ステージと、を含む電子顕微鏡における画像処理方法であって、
前記第１検出器の出力信号に基づいて、電子顕微鏡像を生成する工程と、
前記電子顕微鏡像に基づいて、前記試料の３次元画像を生成する工程と、
前記第２検出器の出力信号に基づいて、前記試料の２次元の元素の分布を示す２次元元素マップを生成する工程と、
前記３次元画像に前記２次元元素マップを投影して、前記試料の３次元の元素の分布を示す３次元元素マップを生成する工程と、
を含み、
前記試料ステージの移動が停止したことを検知し、前記試料の移動の停止を検知した時点から前記２次元元素マップの生成を開始し、生成された前記２次元元素マップを前記３次元画像に投影して前記３次元元素マップを生成し、
前記試料ステージの移動中は、収集した前記第２検出器の出力信号のデータを破棄し、
前記試料ステージの移動が停止した時点から、収集された前記データを用いて前記２次元元素マップの生成を開始する。

【0010】

このような画像処理方法では、元素の３次元の分布を示す３次元元素マップを生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る走査電子顕微鏡の構成を示す図。

【図2】電子検出器を模式的に示す平面図。

【図3】試料の３次元画像を模式的に示す図。

【図4】元素Ａの２次元元素マップを模式的に示す図。

【図5】元素Ｂの２次元元素マップを模式的に示す図。

【図6】元素Ｃの２次元元素マップを模式的に示す図。

【図7】元素Ａの２次元元素マップ、元素Ｂの２次元元素マップ、および元素Ｃの２次元元素マップを重ねて生成された元素マップを模式的に示す図。

【図8】３次元元素マップを模式的に示す図。

【図9】処理部の処理の一例を示すフローチャート。

【図10】第２実施形態に係る走査電子顕微鏡の構成を示す図。

【図11】３次元元素マップにおいて任意の断面が指定された様子を模式的に示す図。

【図12】任意の断面における元素の信号強度のプロファイルおよび試料の高さのプロファイルを示すグラフ。

【図13】複数の電子検出器の配置を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

また、以下では、本発明に係る電子顕微鏡として、走査電子顕微鏡を例に挙げて説明するが、本発明に係る電子顕微鏡は透過電子顕微鏡であってもよい。

【0014】

１． 第１実施形態
１．１． 走査電子顕微鏡の構成
まず、第１実施形態に係る走査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実施形態に係る走査電子顕微鏡１００の構成を示す図である。

【0015】

走査電子顕微鏡１００は、図１に示すように、電子源１０と、光学系２０と、試料ステージ３０と、電子検出器４０（第１検出器の一例）と、Ｘ線検出器５０（第２検出器の一例）と、処理部６０と、操作部７０と、表示部７２と、記憶部７４と、を含む。

【0016】

電子源１０は、電子線を放出する。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を放出する電子銃である。

【0017】

光学系２０は、電子源１０から放出された電子線を試料Ｓ上で走査する。光学系２０は、コンデンサーレンズ２２と、対物レンズ２４と、偏向器２６と、を含む。

【0018】

コンデンサーレンズ２２は、電子源１０から放出された電子線を集束させる。コンデンサーレンズ２２によって、電子線の径および電子線の電流量を制御することができる。

【0019】

対物レンズ２４は、電子線を集束させて、電子プローブを形成する。対物レンズ２４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２４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ＯＡ上に漏洩させる。

【0020】

偏向器２６は、電子線を二次元的に偏向させる。偏向器２６に、不図示の走査信号発生器で発生した走査信号が供給されることによって、電子線で試料Ｓ上を走査することができる。

【0021】

試料ステージ３０は、試料Ｓを保持している。試料ステージ３０は、試料Ｓを水平方向に移動させる水平方向移動機構、試料Ｓを高さ方向に移動させる高さ方向移動機構、および試料Ｓを傾斜させる傾斜機構を備えている。試料ステージ３０によって、試料Ｓを位置決めすることができる。

【0022】

電子検出器４０は、試料Ｓから放出された二次電子または反射電子を検出する検出器である。電子検出器４０は、検出した電子の量に応じた信号を出力する。電子検出器４０は、対物レンズ２４と試料Ｓとの間に配置されている。図示の例では、電子検出器４０は、対物レンズ２４の直下に配置されている。

【0023】

図２は、電子検出器４０を模式的に示す平面図である。電子検出器４０は、図２に示すように、検出面が複数の検出領域４１に分割されている分割型検出器である。電子検出器４０は、円環状の検出面の中心を光軸ＯＡが通るように配置されている。

【0024】

図示の例では、検出領域４１の数は、４つである。４つの検出領域４１は、それぞれ独立して電子を検出可能である。４つの検出領域４１の各々は、検出した電子の量に応じた検出信号を出力する。例えば、４つの検出領域４１は、それぞれ第１検出信号、第２検出信号、第３検出信号、および第４検出信号を出力する。すなわち、電子検出器４０は、出力信号として、第１検出信号、第２検出信号、第３検出信号、および第４検出信号を出力する。

【0025】

なお、電子検出器４０の検出面の形状や、分割数は、図２に示す例に限定されない。また、電子検出器４０として分割型検出器のかわりに、検出領域が１つの電子検出器を複数配置してもよい。

【0026】

また、図１に示す例では、電子検出器４０が対物レンズ２４の直下に配置されているが、電子検出器４０は、試料Ｓから放出された電子を検出することができればその位置は特
に限定されない。

【0027】

走査電子顕微鏡１００は、図１に示すように、４つの検出領域４１に対応して４つの増幅器４２を有している。第１検出信号、第２検出信号、第３検出信号、および第４検出信号は、それぞれ対応する増幅器４２で増幅される。

【0028】

信号処理装置４４は、第１検出信号、第２検出信号、第３検出信号、および第４検出信号を、処理部６０で読み取り可能な信号とする処理を行う。また、信号処理装置４４において、第１〜第４検出信号と電子線の照射位置の情報とを関連づける処理が行われてもよい。

【0029】

Ｘ線検出器５０は、電子線が試料Ｓに照射されることにより試料Ｓから放出されるＸ線を検出する。Ｘ線検出器５０は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線検出器である。なお、Ｘ線検出器５０は、波長分散型Ｘ線検出器であってもよい。Ｘ線検出器５０の出力信号は、アナライザー５２に送られる。

【0030】

アナライザー５２は、Ｘ線検出器５０の出力信号に基づいて、Ｘ線のエネルギー値を解析し、Ｘ線エネルギー信号を生成する。アナライザー５２は、例えば、複数のチャンネルを持った多重波高分析器を含み、Ｘ線検出器５０の出力信号のパルス波高値に基づいて、エネルギー値を解析し、Ｘ線エネルギー信号を生成する。Ｘ線エネルギー信号は、Ｘ線検出器５０で検出されたＸ線のエネルギーの情報を含む。Ｘ線エネルギー信号は、処理部６０に送られる。

【0031】

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。

【0032】

表示部７２は、処理部６０によって生成された画像を表示するものである。表示部７２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などのディスプレイにより実現できる。

【0033】

記憶部７４は、処理部６０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部７４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る。記憶部７４は、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。

【0034】

処理部６０は、ＳＥＭ像を生成する処理、試料Ｓの３次元画像を生成する処理、２次元元素マップを生成する処理などの処理を行う。処理部６０は、さらに、電子検出器４０の出力信号およびＸ線検出器５０の出力信号に基づいて、３次元元素マップを生成する処理を行う。処理部６０の機能は、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することができる。処理部６０は、ＳＥＭ像生成部６２と、３次元画像生成部６４と、２次元元素マップ生成部６６と、３次元元素マップ生成部６８と、を含む。

【0035】

ＳＥＭ像生成部６２は、電子検出器４０の出力信号に基づいて、ＳＥＭ像を生成する。ＳＥＭ像生成部６２は、４つの検出領域４１に対応して、４つのＳＥＭ像を生成する。例えば、ＳＥＭ像生成部６２は、第１検出信号に基づいて、第１ＳＥＭ像を生成する。また、ＳＥＭ像生成部６２は、第２検出信号に基づいて、第２ＳＥＭ像を生成する。また、ＳＥＭ像生成部６２は、第３検出信号に基づいて、第３ＳＥＭ像を生成する。また、ＳＥＭ像生成部６２は、第４検出信号に基づいて、第４ＳＥＭ像を生成する。

【0036】

３次元画像生成部６４は、第１〜第４ＳＥＭ像に基づいて、試料Ｓの３次元画像を再構築する。第１〜第４ＳＥＭ像は、互いに異なる検出領域４１の検出信号に基づく２次元画像である。そのため、第１〜第４ＳＥＭ像は、電子の検出方向が互いに異なっており、試料Ｓを互いに異なる方向から見た像といえる。したがって、第１〜第４ＳＥＭ像を用いて、試料Ｓの３次元画像を再構築できる。第１〜第４ＳＥＭ像を用いて試料Ｓの３次元画像を生成する手法は、特に限定されず、既知の手法を用いることができる。

【0037】

２次元元素マップ生成部６６は、Ｘ線検出器５０の出力信号に基づいて、２次元元素マップを生成する。２次元元素マップは、２次元の元素の分布を示す元素マップである。２次元元素マップ生成部６６は、アナライザー５２からのＸ線エネルギー信号に基づいて、所望の元素に特有のエネルギーを持つＸ線の信号強度（計数率）の情報を取得し、所望の元素の２次元元素マップを生成する。

【0038】

２次元元素マップ生成部６６は、１つの元素に対して１つの２次元元素マップを生成する。そのため、分析対象として複数の元素が指定されている場合、２次元元素マップ生成部６６は、複数の２次元元素マップを生成する。なお、２次元元素マップ生成部６６において、複数の２次元元素マップを重ねて、複数の元素の分布を表す１つの２次元元素マップを生成してもよい。

【0039】

３次元元素マップ生成部６８は、３次元画像生成部６４で生成された３次元画像に２次元元素マップを投影して、３次元元素マップを生成する。３次元元素マップは、３次元の元素の分布を示す元素マップである。３次元元素マップ生成部６８は、例えば、テクスチャマッピングの手法を用いて、試料Ｓの３次元画像に、２次元元素マップを投影する。なお、３次元画像に、２次元元素マップを投影する手法は、特に限定されない。

【0040】

処理部６０は、生成された３次元元素マップを表示部７２に表示させる処理を行う。また、処理部６０は、生成されたＳＥＭ像、３次元画像、および２次元元素マップを表示部７２に表示させる処理を行ってもよい。

【0041】

１．２． 走査電子顕微鏡の動作
走査電子顕微鏡１００では、電子源１０から放出された電子線をコンデンサーレンズ２２および対物レンズ２４によって電子線を収束し、偏向器２６で電子線を偏向させることによって、電子線で試料Ｓ上を走査する。これにより、試料Ｓから二次電子や反射電子などの電子、および特性Ｘ線が放出される。

【0042】

試料Ｓから放出された電子は、電子検出器４０で検出される。電子検出器４０は、４つの検出領域４１を有しているため、ＳＥＭ像生成部６２では、電子検出器４０の出力信号に基づいて、４つのＳＥＭ像が生成される。

【0043】

３次元画像生成部６４は、４つのＳＥＭ像に基づいて、試料Ｓの３次元画像を生成する。

【0044】

図３は、試料Ｓの３次元画像Ｉ３を模式的に示す図である。なお、図３には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。なお、Ｚ方向は、試料Ｓの高さ方向である。

【0045】

図３に示すように、電子検出器４０を用いて得られた４つのＳＥＭ像から、３次元画像Ｉ３を生成することができる。

【0046】

試料Ｓから放出されたＸ線は、Ｘ線検出器５０で検出される。２次元元素マップ生成部６６では、Ｘ線検出器５０の出力信号に基づいて、複数の２次元元素マップが生成される。

【0047】

図４は、元素Ａの２次元元素マップＭ_Ａを模式的に示す図である。図５は、元素Ｂの２次元元素マップＭ_Ｂを模式的に示す図である。図６は、元素Ｃの２次元元素マップＭ_Ｃを模式的に示す図である。図４〜図６には、直交する２つの軸として、Ｘ軸およびＹ軸を図示している。図４〜図６に示すＸ軸およびＹ軸は、図３に示すＸ軸およびＹ軸に対応している。

【0048】

ここでは、分析対象の元素として、元素Ａ、元素Ｂ、および元素Ｃが指定されており、２次元元素マップ生成部６６は、図４〜図６に示すように、２次元元素マップＭ_Ａ、２次元元素マップＭ_Ｂ、および２次元元素マップＭ_Ｃを生成する。

【0049】

２次元元素マップ生成部６６は、元素の種類が色相で表され、元素の信号強度が明度で表されるように、２次元元素マップＭ_Ａ、２次元元素マップＭ_Ｂ、および２次元元素マップＭ_Ｃを生成する。元素の信号強度は、例えば、元素に固有のエネルギーのＸ線を検出したときの計数率（１秒間にＸ線検出器５０に入射するＸ線の数）である。計数率は、Ｘ線エネルギー信号を計数することで求めることができる。

【0050】

図７は、２次元元素マップＭ_Ａ、２次元元素マップＭ_Ｂ、および２次元元素マップＭ_Ｃを重ねて生成された２次元元素マップＭ_ＡＢＣを模式的に示す図である。

【0051】

２次元元素マップ生成部６６は、図７に示すように、２次元元素マップＭ_Ａ、２次元元素マップＭ_Ｂ、および２次元元素マップＭ_Ｃを重ねて１つの２次元元素マップＭ_ＡＢＣとしてもよい。２次元元素マップＭ_Ａ、２次元元素マップＭ_Ｂ、および２次元元素マップＭ_Ｃは、元素の種類が色相で表され、元素の信号強度が明度で表されている。そのため、２次元元素マップＭ_ＡＢＣでは、同一画素に複数の元素が存在している場合でも、同一画素に複数の元素が存在していることを示すことができる。

【0052】

３次元元素マップ生成部６８では、３次元画像生成部６４で生成された３次元画像Ｉ３に、２次元元素マップＭ_Ａ、２次元元素マップＭ_Ｂ、および２次元元素マップＭ_Ｃを投影して、３次元元素マップを生成する。

【0053】

図８は、３次元元素マップＭ３を模式的に示す図である。図８に示すように、３次元画像Ｉ３に、２次元元素マップＭ_Ａ、２次元元素マップＭ_Ｂ、および２次元元素マップＭ_Ｃを投影することで、３次元元素マップＭ３を生成することができる。

【0054】

例えば、３次元画像Ｉ３に、Ｚ方向から２次元元素マップＭ_Ａ、２次元元素マップＭ_Ｂ、および２次元元素マップＭ_Ｃを投影することで、３次元元素マップＭ３を生成することができる。具体的には、図３に示すように、３次元画像Ｉ３において、試料Ｓの表面を構成する任意の画素の座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とした場合、当該画素の色を、２次元元素マップＭ_Ａの座標（Ｘ１，Ｙ１）の色、２次元元素マップＭ_Ａの座標（Ｘ１，Ｙ１）の色、および２次元元素マップＭ_Ａの座標（Ｘ１，Ｙ１）の色を重ねた色とする。このように、３次元画像Ｉ３において、試料Ｓの表面を構成する画素の色を、対応する２次元元素マップの画素の色とする処理を、試料Ｓの表面を構成する全ての画素について行う。また、３次元画像において、２次元元素マップに対応する画素がない場合には、画素の色を、周囲の画素の色に基づいて補間してもよい。これにより、３次元画像に２次元元素マップを投影することができる。

【0055】

なお、３次元画像Ｉ３に、図７に示す２次元元素マップＭ_ＡＢＣを投影することで、３次元元素マップＭ３を生成してもよい。

【0056】

また、走査電子顕微鏡１００では、リアルタイム処理により３次元元素マップＭ３を生成することができる。リアルタイム処理とは、試料ステージ３０の移動が停止したことを検知し、試料ステージ３０の移動の停止を検知した時点から、２次元元素マップの生成を開始し、生成された２次元元素マップを３次元画像に投影して３次元元素マップを生成する処理をいう。リアルタイム処理では、試料ステージ３０の移動中のデータは破棄され、試料ステージ３０の移動が停止した時点からデータの収集が行われ、自動で３次元元素マップの生成が行われる。

【0057】

１．３． 処理
次に、処理部６０の処理について説明する。図９は、処理部６０の処理の一例を示すフローチャートである。

【0058】

走査電子顕微鏡１００では、光学系２０によって電子線を試料Ｓ上で走査することにより、試料Ｓから二次電子や反射電子などの電子、および特性Ｘ線が放出される。試料Ｓから放出された電子は電子検出器４０で検出され、試料Ｓから放出された特性Ｘ線はＸ線検出器５０で検出される。

【0059】

ＳＥＭ像生成部６２は、電子検出器４０の出力信号に基づいて、ＳＥＭ像を生成する（Ｓ１０）。電子検出器４０は、４つの検出領域４１を有するため、４つのＳＥＭ像が生成される。

【0060】

３次元画像生成部６４は、ＳＥＭ像生成部６２で生成された４つのＳＥＭ像に基づいて、試料Ｓの３次元画像を生成する（Ｓ１２）。

【0061】

２次元元素マップ生成部６６は、Ｘ線検出器５０の出力信号に基づいて、複数の２次元元素マップを生成する（Ｓ１４）。

【0062】

３次元元素マップ生成部６８は、３次元画像生成部６４で生成された試料Ｓの３次元画像に複数の２次元元素マップを投影して、３次元元素マップを生成する（Ｓ１６）。生成された３次元元素マップは、例えば、表示部７２に表示される。

【0063】

以上の処理により、３次元元素マップを生成することができる。

【0064】

なお、各処理の順序は、特に限定されない。例えば、２次元元素マップを生成した後に、ＳＥＭ像を生成して３次元画像を生成してもよいし、２次元元素マップを生成する処理とＳＥＭ像を生成する処理とが並行して行われてもよい。

【0065】

１．４． 特徴
走査電子顕微鏡１００は、例えば、以下の特徴を有する。

【0066】

走査電子顕微鏡１００では、処理部６０は、電子検出器４０の出力信号に基づいてＳＥＭ像を生成する処理と、ＳＥＭ像に基づいて試料Ｓの３次元画像を生成する処理と、Ｘ線検出器５０の出力信号に基づいて２次元元素マップを生成する処理と、３次元画像に２次元元素マップを投影して３次元元素マップを生成する処理と、を行う。

【0067】

そのため、走査電子顕微鏡１００では、元素の３次元の分布を示す３次元元素マップを生成することができる。そのため、走査電子顕微鏡１００によれば、ユーザーは生成され
た３次元元素マップを見て、元素の３次元の分布を容易に把握することができる。例えば、３次元元素マップでは、突起などの特徴的な部位が見られた場合に、その部位の元素の情報を視覚的に知ることができる。

【0068】

走査電子顕微鏡１００において、２次元元素マップを生成する処理では、複数の２次元元素マップを生成し、３次元元素マップを生成する処理では、３次元画像に複数の２次元元素マップを投影する。そのため、走査電子顕微鏡１００では、複数の元素の３次元の分布を知ることができる３次元元素マップを生成することができる。

【0069】

走査電子顕微鏡１００において、２次元元素マップを生成する処理では、２次元元素マップを構成する画素の色相を元素の種類に対応させ、２次元元素マップを構成する画素の明度を元素の信号強度に対応させる。そのため、３次元元素マップにおいて、同一画素に複数の元素が存在している場合でも、同一画素に複数の元素が存在していることを示すことができる。

【0070】

第１実施形態に係る画像処理方法は、電子検出器４０の出力信号に基づいてＳＥＭ像を生成する工程と、ＳＥＭ像に基づいて試料Ｓの３次元画像を生成する工程と、Ｘ線検出器５０の出力信号に基づいて試料Ｓの２次元元素マップを生成する工程と、３次元画像に２次元元素マップを投影して３次元元素マップを生成する工程と、を含む。そのため、第１実施形態に係る画像処理方法によれば、元素の３次元の分布を示す３次元元素マップを生成することができる。

【0071】

２． 第２実施形態
２．１． 走査電子顕微鏡
次に、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡について、図面を参照しながら説明する。図１０は、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る走査電子顕微鏡２００において、第１実施形態に係る走査電子顕微鏡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。

【0072】

走査電子顕微鏡２００では、図１０に示すように、処理部６０は、ラインプロファイル生成部６９を含む。ラインプロファイル生成部６９は、３次元元素マップにおいて任意の断面が指定された場合に、当該断面における元素の信号強度のプロファイルと、当該断面における試料Ｓの高さのプロファイルと、を含むグラフを生成する処理を行う。

【0073】

図１１は、３次元元素マップにおいて、任意の断面２が指定された様子を模式的に示す図である。

【0074】

走査電子顕微鏡２００では、３次元元素マップＭ３に対して、任意の断面２を指定することができる。例えば、ユーザーは、表示部７２に表示された３次元元素マップＭ３に対して、操作部７０を操作して、３次元元素マップＭ３上に断面２を設定することができる。

【0075】

図示の例では、断面２は、Ｚ方向から見た場合にＸ軸に平行な直線である。なお、断面２は、Ｚ方向から見た場合に折れ線であってもよいし、曲線であってもよい。

【0076】

３次元元素マップＭ３において断面２が指定されると、ラインプロファイル生成部６９は、指定された断面２における元素の信号強度のプロファイルと、指定された断面２における試料Ｓの高さのプロファイルと、を含むグラフを生成する。

【0077】

図１２は、断面２における元素の信号強度のプロファイルおよび試料Ｓの高さのプロファイルを示すグラフである。図１２に示すグラフでは、元素ＡのラインプロファイルＬ_Ａ、元素ＢのラインプロファイルＬ_Ｂ、元素ＣのラインプロファイルＬ_Ｃ、および試料Ｓの高さのラインプロファイルＬ_Ｈが示されている。なお、図１２に示すグラフの横軸は、Ｘ座標を表している。また図１２に示すグラフには縦軸が２つあり、ラインプロファイルＬ_Ａ、ラインプロファイルＬ_Ｂ、ラインプロファイルＬ_Ｃの縦軸は、信号強度Ｉであり、ラインプロファイルＬ_Ｈの縦軸は、高さＨである。

【0078】

ラインプロファイル生成部６９は、例えば、３次元元素マップＭ３に基づいて、ラインプロファイルＬ_Ａ、ラインプロファイルＬ_Ｂ、ラインプロファイルＬ_Ｃ、およびラインプロファイルＬ_Ｈを生成する。ラインプロファイルＬ_Ａは、断面２における元素Ａの信号強度の変化を表したものである。ラインプロファイルＬ_Ｂは、断面２における元素Ｂの信号強度の変化を表したものである。ラインプロファイルＬ_Ｃは、断面２における元素Ｃの信号強度の変化を表したものである。ラインプロファイルＬ_Ｈは、断面２における試料Ｓの高さの変化を表したものである。

【0079】

なお、ラインプロファイルＬ_Ａは、断面２をＺ軸方向から見た直線における元素Ａの信号強度の変化を表したものともいえる。このことは、ラインプロファイルＬ_Ｂ、ラインプロファイルＬ_Ｃ、ラインプロファイルＬ_Ｈにおいても同様である。

【0080】

ラインプロファイル生成部６９は、元素Ａの２次元元素マップＭ_Ａに基づいてラインプロファイルＬ_Ａを生成し、元素Ｂの２次元元素マップＭ_Ｂに基づいてラインプロファイルＬ_Ｂを生成し、元素Ｃの２次元元素マップＭ_Ｃに基づいてラインプロファイルＬ_Ｃを生成してもよい。また、ラインプロファイル生成部６９は、３次元画像Ｉ３に基づいて、ラインプロファイルＬ_Ｈを生成してもよい。

【0081】

ラインプロファイル生成部６９が生成したグラフは、例えば、表示部７２に表示される。

【0082】

走査電子顕微鏡２００では、処理部６０は、３次元元素マップＭ３において任意の断面２が指定された場合に、断面２における元素の信号強度のプロファイルと、断面２における試料Ｓの高さのプロファイルと、を含むグラフを生成する処理を行う。そのため、走査電子顕微鏡２００では、試料Ｓの高さと試料Ｓの組成との関係を容易に確認することができる。

【0083】

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。

【0084】

例えば、上述した第１実施形態および第２実施形態では、図２に示すように、複数の検出領域４１を有する電子検出器４０を用いて、複数のＳＥＭ像を取得し、試料Ｓの３次元画像を生成したが、試料Ｓの３次元画像の生成方法はこれに限定されない。

【0085】

例えば、図１３に示すように、複数の電子検出器４０を、試料Ｓから放出された電子の検出方向が互いに異なるように配置して複数のＳＥＭ像を取得し、取得した複数のＳＥＭ像に基づいて試料Ｓの３次元画像を生成してもよい。また、例えば、試料Ｓの傾斜角を変えて複数のＳＥＭ像を取得し、取得した複数のＳＥＭ像に基づいて試料Ｓの３次元画像を生成してもよい。

【0086】

また、上述した第１実施形態に係る走査電子顕微鏡１００は、Ｘ線検出器５０を備えており、Ｘ線検出器５０を用いて元素マップを取得していたが、元素マップを得るための検
出器は、これに限定されない。例えば、走査電子顕微鏡１００は、オージェ電子分光装置を備えており、オージェ電子分光装置を用いて元素マップを取得してもよい。この場合、走査電子顕微鏡１００は、電子線を走査して、試料表面の各測定点に電子線を照射し、各測定点から放出されるオージェ電子を検出することで、元素マップを取得することができる。なお、上述した第２実施形態についても同様である。

【0087】

また、上述した第１実施形態および第２実施形態では、本発明に係る電子顕微鏡が走査電子顕微鏡である場合について説明したが、本発明に係る電子顕微鏡は、透過電子顕微鏡であってもよい。

【0088】

透過電子顕微鏡では、トモグラフィー法を用いて３次元画像を生成することができる。トモグラフィー法は、透過電子顕微鏡において試料を連続的に傾斜させて撮影された複数の透過電子顕微鏡像から３次元画像を再構築する手法である。透過電子顕微鏡像は、試料を透過する電子を検出器で検出することで取得することができる。透過電子顕微鏡では、２次元元素マップは、走査電子顕微鏡１００と同様に、Ｘ線検出器の出力信号に基づき生成することができる。トモグラフィー法で生成された３次元画像に、２次元元素マップを投影することで、３次元元素マップを生成することができる。

【0089】

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。

【0090】

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。

【符号の説明】

【0091】

２…断面、１０…電子源、２０…光学系、２２…コンデンサーレンズ、２４…対物レンズ、２６…偏向器、３０…試料ステージ、４０…電子検出器、４１…検出領域、４２…増幅器、４４…信号処理装置、５０…Ｘ線検出器、５２…アナライザー、６０…処理部、６２…ＳＥＭ像生成部、６４…３次元画像生成部、６６…２次元元素マップ生成部、６８…３次元元素マップ生成部、６９…ラインプロファイル生成部、７０…操作部、７２…表示部、７４…記憶部、１００…走査電子顕微鏡、２００…走査電子顕微鏡

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】