JP2013114763A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ線元素分析を行う前段階においてＸ線分析に適した試料上の位置を評価・判別でき、分析者が高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる荷電粒子線装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ線検出器を備えた荷電粒子線装置において、Ｘ線検出器１２（２５〜３０）のＸ線検出面と同軸上に第一の反射電子検出器１５がＸ線検出器１２と一体もしくは独立して配置され、Ｘ線検出器１２によりＸ線信号を、第一の反射電子検出器１５により反射電子信号を同時もしくは個別に検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線検出器を備えた荷電粒子線装置に関する。

走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置を用いてＸ線元素分析を行う際、二次電子検出器及び対物レンズと試料面間に配置したＢＳＥ（Back Scattered Electron）検出器で画像を取得しながら分析位置を任意に決定し、それとは異なる角度位置にあるＸ線検出器で特性Ｘ線を検出し分析を行う。

試料上における最適なＸ線元素分析位置を得る方法として、特開２００９−１８１９２２（特許文献１）には、試料の三次元形状を取得し、試料の形状に合わせて試料微動装置を制御する技術が開示されている。

特開２００９−１８１９２２号公報

走査電子顕微鏡とＸ線検出器を用いた試料表面分析において、通常観察を行う試料の表面は完全な平面ではなく、多くの凹凸が存在する。そのため、Ｘ線検出器と試料面上の分析位置との間に試料表面形状および表面粗さに起因する凹凸部等の障害物がある場合、分析位置から発生する特性Ｘ線は凹凸部により遮蔽され、Ｘ線検出器にて得られるスペクトル強度が低下する。また、検出スペクトルのエネルギーに大きな差（例えばＡｌ−ＫとＣｕ−Ｋ）がある場合、低エネルギー側のスペクトル強度の低下割合が大きくなり、ピーク強度比が異なって検出される。

従って、分析面に凹凸部があるとＸ線検出器から見て凹凸部の陰になった場所は正確な分析を行うことができない。また、通常Ｘ線元素分析を行う場合、二次電子検出器で得られる二次電子像に加えて、組成コントラストが得られる反射電子像を見ながら分析範囲を決定するが、スペクトル強度が低下する場所は、試料面直上に配置された反射電子検出器（以降便宜上ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器と表記する。）により得られる反射電子像（以降便宜上ｔｏｐ−ＢＳＥ像と表記）から判別することは困難である。現在このような方法でＸ線元素分析を行う場合、分析者は形状情報を含む二次電子検出器により得られる二次電子像から試料表面の凹凸形状を推測することで分析範囲を決定し、得られた分析結果を経験により評価する。もし、分析範囲の凹凸によりＸ線が検出できない、もしくはＸ線の強度低下が分析データに影響を及ぼすと判断した部分がある場合、試料とＸ線検出器の位置関係を再調整し、データを取り直しが必要となる（所謂、手戻り）。なお、試料とＸ線検出器の位置関係の再調整が出来ない場合は、得られた分析データから試料面の凹凸状態を考慮して分析結果を考察するしかなく、正確なデータ解釈が出来ない場合がある。

本発明の目的は、Ｘ線元素分析を行う前段階においてＸ線分析に適した試料上の位置を評価・判別でき、分析者が高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる荷電粒子線装置を提供することである。

上記目的を達成するための一実施形態として、Ｘ線検出器を備えた荷電粒子線装置において、前記Ｘ線検出器のＸ線検出面と同軸上に第一の反射電子検出器が前記Ｘ線検出器と一体もしくは独立して配置され、前記Ｘ線検出器によりＸ線信号を、前記第一の反射電子検出器により反射電子信号を同時もしくは個別に検出する機能を有していることを特徴とする荷電粒子線装置とする。

また、Ｘ線検出器を備えた荷電粒子線装置において、前記Ｘ線検出器のＸ線検出面と非同軸の位置に第一の反射電子検出器が前記Ｘ線検出器と一体もしくは独立にて配置され、前記Ｘ線検出器によりＸ線信号を、前記第一の反射電子検出器により反射電子信号を同時もしくは個別に検出する機能を有していることを特徴とする荷電粒子線装置とする。

また、Ｘ線検出器を備えた荷電粒子線装置において、前記Ｘ線検出器の周囲に配置された第一の反射電子検出器を前記Ｘ線検出器のＸ線検出面の前面かつＸ線光軸上へ挿入、または前記Ｘ線検出器のＸ線検出面の前面かつＸ線光軸上に配置された第一の反射電子検出器を前記Ｘ線検出器の周囲に退避させる機構を有し、前記Ｘ線検出器によりＸ線信号を、前記第一の反射電子検出器により反射電子信号を同時もしくは個別に検出する機能を有していることを特徴とする荷電粒子線装置とする。

なお、Ｘ線検出器のＸ線検出面と同軸上に第一の反射電子検出器が配置される、とは、Ｘ線検出器のＸ線検出面の中心と試料の分析点とを通るＸ線光軸と、第一の反射電子検出器の検出面の中心と試料の分析点とを通る反射電子の光軸と、が重なるように第一の反射電子検出器が配置されていることを意味する。

また、Ｘ線検出器のＸ線検出面と非同軸の位置に第一の反射電子検出器が配置される、とは、Ｘ線検出器のＸ線検出面の中心と試料の分析点とを通るＸ線光軸と、第一の反射電子検出器の検出面の中心と試料の分析点とを通る反射電子の光軸と、が重ならず、好ましくは、前記反射電子の光軸が前記Ｘ線光軸を取り囲む領域の一部を占める位置にあるように、第一の反射電子検出器が配置されていることを意味する。

本発明によれば、Ｘ線元素分析を行う前段階において、第一の反射電子検出器によるＸ線検出器側から見た試料表面の情報を利用することでＸ線分析に適した試料上の位置を評価・判別でき、分析者が高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる荷電粒子線装置を提供することが可能となる。

第１の実施例に係る荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）の全体概略構成図である。 図１に示す走査電子顕微鏡におけるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の概略斜視図である。 （ａ）は図１に示す走査電子顕微鏡におけるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器とｔｏｐ−ＢＳＥ検出器の概略配置図、（ｂ）はＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器とｔｏｐ−ＢＳＥ検出器でそれぞれ取得した一例を示す試料画像である。 図１に示す走査電子顕微鏡における反射電子検出器の配置範囲を示した概略図であり、（ａ）は上面概略図、（ｂ）は側面概略図である。 （ａ）は第２の実施例に係る荷電粒子線装置(走査電子顕微鏡)におけるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の概略斜視図、（ｂ）はＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器とｔｏｐ−ＢＳＥ検出器の概略配置図である。 第３の実施例に係る荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）におけるＸ線検出器先端部に配置した反射電子検出器の概略斜視図である。 第３の実施例に係る荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）におけるＸ線検出器先端部に配置した他の反射電子検出器の概略斜視図である。 第４の実施例に係る荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）におけるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の移動機構の例を示した概略図である。 第４の実施例に係る荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）におけるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の移動機構の他の例を示した概略図である。 第４の実施例に係る荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）におけるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の移動の様子を示した概略図であり、（ａ）は図８に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の場合、（ｂ）は図９に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の場合である。 第４の実施例に係る荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）におけるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の移動機構の他の例を示した概略図である。 第４の実施例に係る荷電粒子線装置（走査電子顕微鏡）におけるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の移動機構の他の例を示した概略図である。 観察位置が分析可能かどうかを判別するための処理フローである。 図１３の処理フローの説明図であり、（ａ）はＣｏａｘ−ＢＳＥ像、（ｂ）は（ａ）に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ像を画素に分割した画像を示す。 分析可能位置と不可能位置の判別の際に表示されるダイアログボックスであり、（ａ）はコントラストの閾値を設定する場合、（ｂ）はコントラスト及び画像の分割数を設定する場合を示す。 観察位置が分析可能かどうかを判別するための概略処理フローである。 図１６の処理フローの説明図であり、（ａ）はｔｏｐ−ＢＳＥ像、（ｂ）はＣｏａｘ−ＢＳＥ像、（ｃ）は（ａ）に示すｔｏｐ−ＢＳＥ像を画素に分割した画像、（ｄ）は（ｂ）に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ像を画素に分割した画像を示す。 図１６の処理フローにおける類似度を算出するための説明図であり、（ａ）はｔｏｐ−ＢＳＥ像における判別の最小領域を、（ｂ）はＣｏａｘ−ＢＳＥ像における判別の最小領域を示す。 分析可能位置と不可能位置の判別の際に表示されるダイアログボックスである。 分析可能位置と不可能位置を画像表示端末上へ表示する方法を示した図であり、（ａ）は実施例５における画素単位での判別例、（ｂ）は実施例６における分割領域での判別例、（ｃ）は選択した分割領域における分析可否の表示例を示す。

正確なＸ線元素分析を行うためには、Ｘ線が凹凸部により遮蔽されてしまう場所、つまりＸ線検出器から見えていない場所を特定して、正しいデータが得られる場所を見極める必要がある。そこで、発明者等は正しいデータが得られる試料上の場所を見極める方法について種々検討し、Ｘ線検出器同軸上反射電子検出器（以降便宜上Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器と表記。Ｃｏａｘ：ＣｏａｘｉａｌのＡＮＳＩ略語）を設置し、Ｘ線検出器から見た反射電子像（以降便宜上Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像と表記）を取得する方法を考案した。本実施の形態においては、Ｘ線元素分析を行う前段階において、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器によるＸ線検出器側から見た試料表面の形状情報をＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器単体あるいはｔｏｐ−ＢＳＥ検出器による反射電子情報と共に利用することで、分析者に分析結果の信頼性を提示し、分析者が高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる。反射電子はエネルギーが高く、Ｘ線と同様に直進性が高いためＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器と試料表面形状の間に凹凸部があると、反射電子信号は遮蔽され、信号量が低下する。従って、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像の反射電子信号量とＸ線信号量には相関があり、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像を見ることにより、Ｘ線信号量の推測が可能である。すなわち、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像にて画像の明るい場所はＸ線信号量が多く、画像の暗い場所はＸ線信号量が少ない。事前にＣｏａｘ−ＢＳＥ像を取得することで、分析者はＸ線の検出効率を視覚的に把握することができ、正確な分析(凹凸の影響を受けず、正しいＸ線ピーク強度が比較できるデータ取得)が可能な場所を選択することができるようになる。また、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像単体もしくはｔｏｐ−ＢＳＥ像との組み合わせを用いて画像解析を行う事により、観察視野のＸ線検出効率を自動評価、そして、視野が分析に適しているかどうかを自動判別することが可能である。なお、ここでは同軸の構成について説明したが、ＢＳＥ検出器はＸ線検出器近傍に設置されていればよく、必ずしもＸ線検出器と同軸である必要はない。また、ＢＳＥ検出器とＸ線検出器は一体型とすることも別体型とすることもできる。ここで便宜上、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器を第一の反射電子検出器、ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器を第二の反射電子検出器と呼ぶ。

以下、実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
本発明の第1の実施例について、図１〜図４を用いて説明する。図１は本実施例に係る荷電粒子線装置である走査電子顕微鏡の全体概略構成図である。図１に示す走査電子顕微鏡１は、電子源２と当該電子源２より放出される一次電子ビーム３を収束するコンデンサレンズ４と、一次電子ビーム３を走査する偏向コイル５と、一次電子ビーム３の焦点を合わせる対物レンズ６を含む電子光学系７と、前記電子光学系７の条件を制御する電子光学系制御部８と、試料室９と、被検出対象としての試料１０への一次電子ビーム３の照射によって試料１０より発生する二次電子を検出する二次電子検出器１１と、特性Ｘ線を検出するエネルギー分散形のＸ線検出器１２と前記Ｘ線検出器１２から出力される信号を処理して分析を行う信号処理制御部１３と、試料室９から吊り下げられたアーム１４に固定された反射電子を検出するＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５と、対物レンズ６下面に配置したｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６と、前記二次電子検出器１１および前記Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５および前記ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６から出力される画像信号を処理して画像を形成する画像形成制御部１７と、ＳＥＭ全体制御部１８に接続された表示部としての画像表示端末１９と、水平方向２軸、回転方向、傾斜方向、垂直方向の計５軸をモータードライブ等で操作することができ、試料１０の位置情報を把握できる試料微動装置２０を備え、真空配管２１を介して試料室９に接続された真空ポンプ２２等により構成される。なお、同一符号は同一構成要素を示す。また、ここでは、電子光学系制御部８、信号処理制御部１３、画像形成制御部１７、ＳＥＭ全体制御部１８と夫々個別に制御部が構成されるように説明したが、これらを一つの制御部として構成されるようにしても良い。

電子源２は、一般的には０．３ｋＶ〜３０ｋＶの一次電子ビーム３を照射する。これを複数段配置されたコンデンサレンズ４と対物レンズ６で収束し、観察対象である試料１０に結像する。偏向コイル５は、試料１０上の一次電子ビーム３の照射位置を所望の観察範囲に沿って走査させる。一次電子ビーム３の照射により、試料１０からは二次電子や反射電子２３、特性Ｘ線等が放射される。

試料室９内部の真空度は、真空配管２１を介して試料室９に接続された真空ポンプ２２により高真空に保たれている。また、試料室９への大気導入口のニードルバルブ２４等を開閉することにより、試料室９内を低真空状態にすることができる。試料１０から発生した二次電子は二次電子検出器１１で検出される。通常、二次電子検出器１１はEverhart Thornley型検出器と呼ばれるシンチレータと光電子増倍管からなる。

通常、Ｘ線検出器１２は半導体検出器２７を備えている。これはｐ形単結晶ＳｉにＬｉ^＋イオンを拡散させてアクセプタを中和し、電荷の存在しない真性層を形成したＳｉ（Ｌｉ^＋）検出器２７である。Ｓｉ（Ｌｉ^＋）検出器２７および増幅器２８は、コールドフィンガー２９を通してデュワー瓶３０と熱的に繋がっており、デュワー瓶３０に保持された液体窒素により冷却される。コリメータ２５およびウィンドウ２６を通して特性Ｘ線がＳｉ（Ｌｉ^＋）検出器２７の真性層に入射すると、そのエネルギーに比例して電子・正孔対が発生し、信号電流となる。得られた信号電流は増幅器２８により電気的に増幅されたのち波高分析器に入力され、Ｘ線スペクトルとなり出力される。なお、本実施例のＸ線検出器１２はＳｉ（Ｌｉ^＋）検出器２７を備えたＸ線検出器１２であるとしたが、シリコンドリフト検出器（Silicon Drift Detector）を備えたＸ線検出器１２であるとしてもよい。

反射電子２３は、ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６及びＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５により検出される。これらの反射電子検出器には、通常、半導体検出器を用いる。本実施例では、ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６は放射状に４分割されており、試料１０から発生した反射電子をそれぞれの素子で検出し加減算することにより、指向性を有した凹凸情報を得られるようにする。また、図２に示すように、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の中心には穴が開いており、Ｘ線検出器１２の先端に配置するコリメータ２５と試料１０上の分析位置との間を遮らない構造である。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はＸ線検出器１２のＸ線検出面と同軸上に配置されている。また、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はアーム１４により試料室９内に固定されており、Ｘ線検出器１２とは独立して配置されている。試料１０からの特性Ｘ線はＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５中心の穴を通ってＸ線検出器１２のコリメータ２５から入射し、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５を退避させることなくＸ線元素分析を行うことができる。

図３にｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６とＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の位置関係および得られる反射電子像の一例を示す。図３（ａ）に示すように、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５は試料１０の表面に対してある角度をもって配置されているため、得られるＣｏａｘ−ＢＳＥ像はｔｏｐ−ＢＳＥ像とは異なるコントラストをもつ反射電子像となる。図３（ｂ）にそれぞれの検出器から得られる画像の一例を示す。試料１０上に凸部がある場合、ｔｏｐ−ＢＳＥ像では凸部周辺の表面構造を上方から見た画像として観察される。一方、反射電子は高いエネルギーをもち直進性が高いことから、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像ではＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５からみて凸部の反対側から出てくる反射電子２３が凸部により遮蔽されてしまうため、その部分の周辺情報を得ることができない。同様にＸ線も高いエネルギーをもち直進性が高いため、反射電子２３の場合と同様に、Ｘ線検出器１２、特に先端部のコリメータ２５から見えていない場所からはＸ線の情報を得ることができない。このような現象は凹部のＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５側の斜面でも生じ、凸部と同様に分析データに大きな影響を与える。このことを利用し、Ｘ線分析を行う前段階でＣｏａｘ−ＢＳＥ像を取得し、二次電子像もしくはｔｏｐ−ＢＳＥ像と共に画像表示端末１９に表示する。その画像から、分析者はコントラストが高い場所、つまり試料１０から発生するＸ線が適切に得られている場所を分析位置とする。逆に輝度が暗い場所はＸ線分析に適さないことを分析前段階で知ることで、高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる。

なお、Ｘ線検出器１２とＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５を同軸に配置することによって、同じ箇所から発生する特性Ｘ線と反射電子とを検出することができる。そのため凹凸面をＣｏａｘ−ＢＳＥ像で視認できる箇所とＸ線元素分析できる箇所とが合致しているので、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像から、Ｘ線分析に適した試料上の位置を正確に判定することができる。さらに、Ｘ線検出器１２と同軸に配置したＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５で取得したＣｏａｘ−ＢＳＥ像を使うことによって、分析箇所の自動判定精度を向上させることもできる。

また、本構成において、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はＸ線検出器１２先端の検出面よりも後方に配置されていてもよい。図４（ａ）、図４（ｂ）に配置例を示す。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５は中心に穴が空いており、その中をＸ線検出器１２が貫通する形状である。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の検出面は、分析点ＡとＸ線検出器１２の先端外枠外周点Ｂ及びＣを結ぶ接線の延長線を境にして、その外側の領域にあればよい。それよりも内側の領域I、IIに検出面を配置した場合、分析点Ａから発生する反射電子はＸ線検出器１２によって遮蔽されてしまい、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像から分析位置を判別することは不可能となる。
なお、本実施例のＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はエネルギー分散型のＸ線検出器１２を備える走査電子顕微鏡だけでなく、波長分散型Ｘ線分析装置を備える走査電子顕微鏡、またはその類似装置においても適用可能である。

本実施例に係る走査電子顕微鏡を用いて凹凸のある試料表面のＸ線分析を行ったところ、再現性のよい良好な分析結果が得られた。
以上、本実施例によれば、Ｘ線元素分析を行う前段階においてＸ線分析に適した試料上の位置を評価・判別でき、分析者が高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる荷電粒子線装置を提供することができる。
（実施例２）
第２の実施例について図５（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）は本実施例に係る荷電粒子線装置である走査電子顕微鏡におけるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の概略斜視図、図５（ｂ）はＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器とｔｏｐ−ＢＳＥ検出器の概略配置図である。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５がＸ線検出器１２先端部に固定されている点以外は実施例１で示したものと同様である。

本走査電子顕微鏡１は、Ｘ線検出器１２とＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５が一体となった検出器を備えている。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はＸ線検出器１２のＸ線検出面と同軸上に配置され、コリメータ２５先端部に固定されている。試料１０からの特性Ｘ線はＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５中心の穴、及びコリメータ２５を通ってＸ線検出器１２に入射し、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５を退避させることなくＸ線元素分析を行うことができる。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５により得られるＣｏａｘ−ＢＳＥ像は、Ｘ線検出器１２から見た試料１０表面の凹凸状態を観察した画像になる。この画像より得られる情報、若しくはこの画像をｔｏｐ−ＢＳＥ像及び二次電子像と共に利用することで、Ｘ線元素分析を行う際に適切な場所と不適切な場所を精度よく切り分けることができる。それにより、分析者はより高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことが可能となる。

なお、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５をＸ線検出器１２の先端部に配置することによって、試料１０から発生する反射電子を後方配置よりも感度よく検出することができる。これにより高倍率、低加速、微小電流、低真空といった、画像解像度が悪い環境で行うＸ線元素分析にも本法を適用することができる。

また、本構成において、実施例１と同様にＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はＸ線検出器１２先端の検出面よりも後方に配置されていてもよい。その場合、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はＸ線検出器１２に一体型として固定することができる。

前述したとおり、Ｘ線検出器１２とＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５は一体であることから、Ｘ線検出器１２とＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の位置合わせが不要となり、煩雑な操作をすることなく分析を行うことができる。また、一体の構成のままで試料室９より取り外し、取り付けることが可能である。そのため、あらゆる装置に容易に装着でき、分析者は装置購入後に後付けすることもできる。

実施例１と同様に、本実施例のＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はエネルギー分散型のＸ線検出器１２を備える走査電子顕微鏡だけでなく、波長分散型Ｘ線分析装置を備える走査電子顕微鏡、またはその類似装置においても適用可能である。

本実施例に係る走査電子顕微鏡を用いて凹凸のある試料表面のＸ線分析を行ったところ、再現性のよい良好な分析結果が得られた。
以上、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、Ｘ線検出器とＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器を一体型とすることにより、互いの位置合わせが不要となり信頼性の高い分析を容易に行うことが可能となる。
（実施例３）
第３の実施例について、図６、図７を用いて説明する。図６は、本実施例に係る荷電粒子線装置である走査電子顕微鏡１におけるＸ線検出器先端部に配置した反射電子検出器の概略斜視図である。ＢＳＥ検出器４５の形状が図２や図５（ａ）に示すものと異なり、中心位置がＸ線検出器１２の軸上に存在せず非同軸である。ここでは、ＢＳＥ検出器の非同軸の位置が、Ｘ線検出器のＸ線検出面と同軸を取り囲む領域の一部を占める位置となっている。なお、非同軸であるという点以外は実施例１で示したものと同様である。

本走査電子顕微鏡１において、ＢＳＥ検出器４５はアーム１４により試料室９内に固定されており、Ｘ線検出器１２の前方に、Ｘ線検出器１２とは独立して配置されている。ＢＳＥ検出器４５は試料１０からの特性Ｘ線を遮らない形状をしている。試料１０からの特性Ｘ線はＸ線検出器１２のコリメータ２５から入射し、ＢＳＥ検出器４５を退避させることなくＸ線元素分析を行うことができる。このとき、ＢＳＥ検出器４５により得られるＢＳＥ像は、Ｘ線検出器１２近傍から見た試料１０表面の凹凸状態を観察した画像になる。この画像より得られる情報、若しくはこの画像をｔｏｐ−ＢＳＥ像及び二次電子像と共に利用することで、Ｘ線元素分析を行う際に適切な場所と不適切な場所を切り分けることができる。その結果、分析者は高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことが可能となる。

本構成において、ＢＳＥ検出器４５の中心位置はＸ線検出器の軸上に存在しない。図４（ａ）、図４（ｂ）を用いて、ＢＳＥ検出器４５の配置可能な範囲を説明する。試料１０上の分析点Ａから伸びた点線(1)、(2)は、Ｘ線検出器１２の軸に対しそれぞれ２０°傾いている。例えばＢＳＥ検出器の中心位置が点線(1)、(2)上に配置された場合、得られるＢＳＥ像はＸ線検出器１２から見たものとは大きく異なり、後述する自動判別計算の精度は５０％程度となる。そのため、正確な分析位置の判別を行うためには、ＢＳＥ検出器４５の中心位置は点線(1)、(2)よりも内側に配置する必要がある。Ｘ線検出器１２先端の検出面よりも後方に配置した場合、ＢＳＥ検出器４５の中心位置は領域III、IＶに配置すればよい。換言すると、ＢＳＥ検出器４５の検出面における中心位置は、Ｘ線検出器１２の検出面における中心軸に対し試料１０における分析点Ａを頂点とし、それぞれ２０°未満傾けて形成される円錐状の領域内であって、Ｘ線検出器１２の検出面よりも分析点Ａ側か、若しくは、前記分析点とＸ線検出器１２の先端外枠外周点を結ぶ接線の延長線よりも外側の領域に配置すればよい。
また、試料１０に対してＸ線検出器１２のＸ線検出面が配置される方向と同方向であって試料１０で発生し、そのまま直進する反射電子を検出可能な位置に、ＢＳＥ検出器４５を配置すればよい。ここで試料１０に対してＸ線検出器１２のＸ線検出面が配置される方向と同方向とは、上述したＢＳＥ検出器４５の中心位置は点線(1)、(2)よりも内側に配置することをいい、試料１０で発生し、そのまま直進する反射電子を検出可能な位置とは、上述したＢＳＥ検出器４５の中心位置を領域III、IＶに配置することをいうものとする。
また、ＢＳＥ検出器４５を、Ｘ線検出器１２先端の検出面よりも前方、つまりＸ線検出器１２の先端と試料との間に配置することも可能である。さらに、ＢＳＥ検出器４５をＸ線検出器１２の先端部に配置することも可能である。ここで、ＢＳＥ検出器４５をＸ線検出器１２の先端部に配置するとは、Ｘ線検出器１２の先端にＢＳＥ検出器４５を直接配置する場合も、Ｘ線検出器１２の先端近傍に接するようにＢＳＥ検出器４５を配置する場合も含まれ、また、Ｘ線検出器１２の先端であって当該検出器軸と同軸上にＢＳＥ検出器４５を配置するものも含まれ、上述したＸ線検出器１２の先端と試料との間であって、ＢＳＥ検出器４５の中心位置を領域III、IＶに配置するものも含まれるものとする。

本実施例の構成は、ＢＳＥ検出器４５がＸ線検出器１２と一体の場合にも適用可能である。図７にその例を示す。ＢＳＥ検出器４５はコリメータ２５先端部に固定されている。ＢＳＥ検出器４５は試料１０からの特性Ｘ線を遮らない形状をしている。試料１０からの特性Ｘ線はＸ線検出器１２のコリメータ２５から入射し、ＢＳＥ検出器４５を退避させることなくＸ線元素分析を行うことができる。

図６、図７では、ＢＳＥ検出器４５の中心位置はＸ線検出器１２の中心軸と試料１０表面との角度よりも低角側にあるが、高角側にあっても良い。しかしその場合、Ｘ線検出器１２からは見えない場所でもＢＳＥ検出器４５からは見えてしまう可能性があるため、低角側に配置した場合よりも分析位置の判別精度は悪くなる。

このように非同軸において、Ｘ線検出器１２の軸中心より下方にＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５がある場合、上方配置よりも確実に分析できる領域を検出できるため、判定精度を向上させることができる。

なお、図５のような構成においてＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５を上下に分割することもできる。この場合、下側の検出器のみを使うことによって非同軸を構成し、図７の例と同じ効果を得ることができる。一方、上下の検出器を同時に使うことによって下側の検出器だけを使った時よりも２倍の感度で反射電子を検出することができる。このようにＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器を２分割することによって、判定重視、感度重視の目的に応じた利用ができる。

実施例１と同様に、本実施例のＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はエネルギー分散型のＸ線検出器１２を備える走査電子顕微鏡だけでなく、波長分散型Ｘ線分析装置を備える走査電子顕微鏡、またはその類似装置においても適用可能である。

本実施例に係る走査電子顕微鏡を用いて凹凸のある試料表面のＸ線分析を行ったところ、再現性のよい良好な分析結果が得られた。
以上、本実施例によれば、Ｘ線元素分析を行う前段階においてＸ線分析に適した試料上の位置を評価・判別でき、分析者が高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる荷電粒子線装置を提供することができる。
（実施例４）
第４の実施例について、図８〜図１２を用いて説明する。図８は本実施例に係る荷電粒子線装置である走査電子顕微鏡１におけるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の移動機構の例を示した概略図である。本実施例においては、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の中心に穴が開いておらず、Ｘ線検出器１２前面の軸上への挿入・退避機構を有していることで、Ｘ線検出器１２の方向、即ちＸ線検出器１２に完全同軸上に弾性散乱した反射電子のみによる反射電子像を得ることができるという点以外は実施例１で示したものと同様である。

本走査電子顕微鏡１は、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５をＸ線検出器１２前段の軸上にスライドさせて挿入し、退避させる機構を備えている。双方向矢印はスライド方向を示す。支持棒３１は試料室９に取り付けられており、両端を玉軸受３２、３３で支持され、２つの玉軸受３２、３３は試料室９及び試料室９に固定されたアームに支持された軸受ハウジング３４に取り付けられる。支持棒３１の一端にはかさ歯車３５が取り付けられている。送りねじ３６は玉軸受３７で支持され、玉軸受３７は軸受ハウジング３４に取り付けられている。また、送りねじ３６の一端にはかさ歯車４０が取り付けられており、かさ歯車３５と噛み合う構造となっている。ガイド４１は軸受ハウジング３４に固定されている。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はスライダ４２に固定されており、スライダ４２は送りねじ３６及びガイド４１に取り付けられている。この構成により、図１０（ａ）に示すようにＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５をＸ線検出器１２前面の軸上へスライドさせて挿入・退避させることが可能となる。

また、同様にＸ線検出器１２前面へＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５を挿入・退避させる機構として、図９のような構成としてもよい。支持棒３１は試料室９に取り付けられており、両端を玉軸受３２、３３で支持され、２つの玉軸受３２、３３は試料室９及び試料室９に固定されたアーム４３に支持された軸受ハウジング３４に取り付けられる。支持棒３１の一端にはＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５が固定されている。この構成により、図１０（ｂ）に示すように支持棒３１を回転軸として回転させることでＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５をワイパーのように動作させることができ、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５をＸ線検出器１２前面の軸上へ挿入・退避させることが可能となる。

前述したとおり、本構成を用いることで、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５をＸ線検出器１２前面の軸上へ挿入・退避させることが可能となる。支持棒３１を回転させる場合、試料室９内または試料室９外に配置された電動アクチュエータ等を用いて動作させてもよい。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５により得られるＣｏａｘ−ＢＳＥ像は、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５に穴が開いている場合に得られる、コリメータ２５の周囲へと弾性散乱した反射電子２３による反射電子像ではなく、コリメータ２５に直接入射する反射電子２３による反射電子像となるため、Ｘ線検出器から見た試料表面の凹凸状態を実施例１より正確に観察した画像になる。この画像より得られる情報、若しくはこの画像をｔｏｐ−ＢＳＥ像及び二次電子像と共に利用することで、Ｘ線元素分析を行う際に適切な場所と不適切な場所を精度よく切り分けることができる。それにより、分析者はより高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことが可能となる。

また、本構成において、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５がＸ線検出器１２前面の軸上から退避した状態で反射電子像を取得し、Ｘ線元素分析を行う際に適切な場所と不適切な場所の判別を行ってもよい。この場合、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５とＸ線検出器１２が同軸位置にあった場合と比較して分析位置の判別精度は落ちるが、Ｘ線元素分析を行う際にＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５を退避させる手間を省くことができ、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５方向に発生した反射電子信号とＸ線検出器１２方向に発生したＸ線信号を同時に取得することができる。

さらに、本構成において、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５は中心に穴が空いた形状としてもよい。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５がＸ線検出器前面の軸上にある場合、Ｘ線はＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の穴部を通過しＸ線検出器１２に入射する。そのため、Ｘ線元素分析を行う際にＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５を退避させる手間を省くことができる。

以上のことは、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５がＸ線検出器１２と一体の場合にも適用可能である。図１１に、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５をＸ線検出器１２前段の軸上にスライドさせて挿入・退避させる機構の例を示す。支持棒３１は試料室９に取り付けられたフランジ４４に取り付けられており、両端を玉軸受３２、３３で支持され、２つの玉軸受３２、３３はフランジ４４及びＸ線検出器１２に固定された軸受ハウジング３４に取り付けられる。支持棒３１の一端にはかさ歯車３５が取り付けられている。送りねじ３６は両端を玉軸受３７、３８で支持され、２つの玉軸受３７、３８は軸受ハウジング３４及びＸ線検出器１２に固定された軸受ハウジング３９に取り付けられている。また、送りねじ３６の一端にはかさ歯車４０が取り付けられており、かさ歯車３５と噛み合う構造となっている。ガイド４１は軸受ハウジング３４、３９に固定されている。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はスライダ４２に固定されており、スライダ４２は送りねじ３６及びガイド４１に取り付けられている。この構成により、図１０（ａ）に示すようにＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５をＸ線検出器１２前面の軸上へスライドさせて挿入・退避させることが可能となる。

Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５がＸ線検出器１２と一体の場合の機構として、図１２のような構成としてもよい。支持棒３１は試料室９に取り付けられたフランジ４４に取り付けられており、両端を玉軸受３２、３３で支持され、２つの玉軸受３２、３３はフランジ４４及びＸ線検出器１２に固定されたアーム４３に支持された軸受ハウジング３４に取り付けられる。支持棒３１の一端にはＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５が固定されている。この構成により、図１０（ｂ）に示すように支持棒３１を回転軸として回転させることでＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５をワイパーのように動作させることができ、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５をＸ線検出器１２前面の軸上へ挿入・退避させることが可能となる。
実施例１乃至３および本実施例において、第一の反射電子検出器の配置位置に関して説明した。どの構成でも適切な分析位置の判別は可能であるが、判別精度はそれぞれ異なる。Ｘ線検出器１２と同軸かつＸ線検出器１２の先端部に配置した場合、得られる反射電子像はＸ線検出器１２から見た試料表面の形状情報を最もよく反映した像となるため、最も正確に分析位置を判別可能である。以降、Ｘ線検出器１２の先端部に配置した場合、Ｘ線検出器１２と同方向に配置した場合、の順に判別精度は低下する。

Ｘ線検出器１２とＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５が一体の構成の場合、Ｘ線検出器１２とＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５と移動機構はフランジ４４を取り外すことで一体のまま取り外すことが可能となり、また一体のまま取り付けることが可能となる。そのため、あらゆる装置に容易に装着でき、分析者は装置購入後に後付けすることも可能である。実施例１と同様に、本発明のＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はエネルギー分散型のＸ線検出器１２を備える走査電子顕微鏡だけでなく、波長分散型Ｘ線分析装置を備える走査電子顕微鏡、またはその類似装置においても適用可能である。

また、本構成において、支持棒３１の長さ及びスライダ４２の形状を変更することにより、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６と比較してより試料１０へと近づけることが可能である。そのため、高倍率、低加速、微小電流、低真空といったより厳しい条件での反射電子観察をｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６よりも有利なポジションで行うことができる。さらに、例えばＸ線検出器１２が試料表面を基準として３５°の角度にある場合、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５も３５°の角度から試料１０を見ることになるため、試料１０から全方位に散乱される反射電子は試料１０を傾斜させることで組成情報と凹凸情報の割合を適切に変化させた観察を行えるようになる。このようにＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５はＸ線分析に適用するだけでなくｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６と特徴を異にした高感度反射電子検出器として利用することが出来る。

本実施例に係る走査電子顕微鏡を用いて凹凸のある試料表面のＸ線分析を行ったところ、再現性のよい良好な分析結果が得られた。
以上、本実施例によれば、Ｘ線元素分析を行う前段階においてＸ線分析に適した試料上の位置を評価・判別でき、分析者が高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる荷電粒子線装置を提供することができる。また、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器をＸ線検出器前面の軸上への挿入・退避機構を備えることにより、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器の中心に穴を設ける必要がなく、Ｘ線検出器に完全同軸上に弾性散乱した反射電子による反射電子像を得ることができ、よりＸ線分析に適した試料上の位置を評価・判別できる。
（実施例５）
第５の実施例について、図１３〜図１５を用いて説明する。本実施例では実施例１で示した走査電子顕微鏡を用いてＸ線の検出効率が高い場所を自動的に判別する方法について説明する。なお、実施例１乃至４の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。なお、走査電子顕微鏡の動作は、例えばＳＥＭ全体制御部１８等の、制御部により制御される。本実施例では、ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６を使用せず、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５のみを使用してＸ線元素分析可能位置の判別を行う。図１３は本実施例での最適なＸ線分析位置を得るための処理フローを示したもの、図１４は実際にＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５により取得したＣｏａｘ−ＢＳＥ像を用いて図１３の処理フローを説明したもの、図１５は分析位置判別時に表示するウィンドウを示したものである。
ＳＴＥＰ１（図１３のＳ１３１）：
Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５により、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像を取得する（図１４（ａ））。この時得られる画像の画素数は横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素であるとし、画像を図１４（ｂ）に示す。
ＳＴＥＰ２（Ｓ１３２）：
ＳＴＥＰ１にて得られたＣｏａｘ−ＢＳＥ像を、例えば８ｂｉｔで量子化し２５６階調のグレースケール画像で表現した場合、全画素のコントラスト値に対し標準化を行い、画像のコントラスト最小値を０に、コントラスト最大値を２５５に合わせる。
ＳＴＥＰ３（Ｓ１３３）：
コントラスト値に対してある閾値Ｒ_ｔｈを設け、ＳＴＥＰ２で標準化したコントラスト値とＲ_ｔｈを比較し、標準化したコントラスト値がＲ_ｔｈ以上ならば分析に適した場所、Ｒ_ｔｈ未満ならば分析に適さない場所と判別する。コントラスト値は標準化を行っているため、Ｒ_ｔｈのデフォルト値を設けることは可能であるが、図１５（ａ）のウィンドウにより分析者が任意に設定してもよい。

以上が図１３の処理フローの説明である。ＳＴＥＰ２（Ｓ１３２）で得られたコントラスト値が大きい場所ほど、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５と電子ビーム３の照射箇所との間に障害物がなく、照射箇所がＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５方向を向いているといえる。このことは電子ビーム３の照射箇所から出てくるＸ線についても同様であり、コントラスト値が大きい場所ほど、Ｘ線検出器１２のコリメータ２５からＳｉ（Ｌｉ^＋）検出器２７へと入射するＸ線量が増える。つまり、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像においてコントラスト値が大きい場所をＸ線分析位置とすれば、高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことが可能となる。また、図１３の処理フローでは画素単位でコントラスト値の評価を行っているが、例えば画像を横ｘ、縦ｙに分割し、分割された単位領域のコントラスト値の平均をとり、その値を閾値Ｒ_ｔｈと比較してもよい。それにより、電子源２の揺らぎや電気的なノイズ、試料１０の局所的なチャージなどによる画素レベルのノイズの影響を回避することができる。この場合、処理フローは以下のようになる。
ＳＴＥＰ１Ａ：
Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５により、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像を取得する。この時得られる画像の画素数は横方向ｍ画素、縦方向ｎ画素であるとする。
ＳＴＥＰ２Ａ：
ＳＴＥＰ１Ａにて得られたＣｏａｘ−ＢＳＥ像を、例えば８ｂｉｔで量子化し２５６階調のグレースケール画像で表現した場合、全画素のコントラスト値に対し標準化を行い、画像のコントラスト最小値を０に、コントラスト最大値を２５５に合わせる。
ＳＴＥＰ３Ａ：
例えば画像を横ｘ、縦ｙに分割し、判別の最小領域を定義する。ｘおよびｙは図１５（ｂ）のウィンドウにより分析者が任意に設定可能とする。
ＳＴＥＰ４Ａ：
ＳＴＥＰ３Ａで定義した領域単位でコントラスト値の平均をとり、平均化した値がＲ_ｔｈ以上ならば分析に適した場所、Ｒ_ｔｈ未満ならば分析に適さない場所と判別する。コントラスト値は標準化を行っているため、Ｒ_ｔｈのデフォルト値を設けることは可能であるが、図１５（ｂ）のウィンドウにより分析者が任意に設定してもよい。

次に、図１５を用いて図１３の処理フローに記してあるコントラスト値の閾値Ｒ_ｔｈを定義し、分析位置の判別を開始および終了する際に画像表示端末１９に表示されるウィンドウについて説明する。分析者が分析可能位置の判別を行う場合、分析者はまず、図１５（ａ）のウィンドウを画像表示端末１９に表示する。次に分析者は分析可能位置の判別のため、“コントラスト値の閾値”Ｒ_ｔｈをボックスへ入力する。ボックスにはデフォルト値として例えば“９０”が入力されており、通常はこの値を使用するが、分析者は０〜２５５の整数を任意に入力することができる。それ以外の値が入力された場合はエラーメッセージが表示される。その後分析者は図１５（ａ）中の“開始”ボタンを押す。これにより、図１３の処理フローが行われる。分析位置の判別を終了し通常の観察へ移行する場合は、図１５中の“閉じる”ボタンを押す。

また、ＳＴＥＰ１Ａ〜ＳＴＥＰ４Ａの処理フローを用いて分析可能位置の判別を行う場合は以下の手順で行う。分析者はまず、図１５（ｂ）のウィンドウを画像表示端末１９に表示する。次に分析者は分析可能位置の判別のため、“コントラスト値の閾値”Ｒ_ｔｈおよび“画像の分割数”ｘ、ｙをボックスへ入力する。Ｒ_ｔｈのボックスにはデフォルト値として例えば“９０”が入力されており、通常はこの値を使用するが、分析者は０〜２５５の整数を任意に入力することができる。ｘおよびｙについてはそれぞれが画像の画素数（ｍ，ｎ）を割り切ることができる整数であり、画像の画素数（ｍ，ｎ）以下かつ１以上の値とする。それぞれのボックスに入力可能な値以外が入力された場合はエラーメッセージが表示される。その後分析者は図１５（ｂ）中の“開始”ボタンを押す。これにより、ＳＴＥＰ１Ａ〜ＳＴＥＰ４Ａの処理フローが行われる。分析位置の判別を終了し通常の観察へ移行する場合は、図１５（ｂ）中の“閉じる”ボタンを押す。

以上の処理フローにより、Ｘ線元素分析を行う前段階で分析者に分析結果の信頼性を提示することができる。その結果、分析者は高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる。

実施例に係る走査電子顕微鏡を用いて凹凸のある試料表面のＸ線分析を行ったところ、再現性のよい良好な分析結果が得られた。
以上、本実施例によれば、Ｘ線元素分析を行う前段階においてＸ線分析に適した試料上の位置を自動で評価・判別でき、分析者が高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる荷電粒子線装置を提供することができる。
（実施例６）
第５の実施例について、図１６〜図１９を用いて説明する。本実施例では実施例１で示した走査電子顕微鏡を用い、ｔｏｐ−ＢＳＥ像、及びＣｏａｘ−ＢＳＥ像を用いてＸ線の検出効率が高い場所を自動的に判別する方法について説明する。なお、実施例１乃至４の何れかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。なお、走査電子顕微鏡の動作は、例えばＳＥＭ全体制御部１８等の、制御部により制御される。図１６は本実施例での最適なＸ線分析位置を得るための処理フローを示したもの、図１７および図１８は、実際にｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６およびＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５により取得したｔｏｐ−ＢＳＥ像およびＣｏａｘ−ＢＳＥ像を用いて図１６の処理フローを説明したもの、図１９は分析位置判別時に表示するウィンドウを示したものである。
ＳＴＥＰ１（図１６のＳ１６１）：
ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６により、ｔｏｐ−ＢＳＥ像を取得する（図１７（ａ））。このとき得られる画像の画素数は横方向ｉ画素、縦方向ｊ画素であるとし、画像を図１７（ｃ）に示す。
ＳＴＥＰ２（Ｓ１６２）：
Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５により、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像を取得する（図１７（ｂ））。このとき得られる画像の画素数はｔｏｐ−ＢＳＥ像と同じく横方向ｉ画素、縦方向ｊ画素であり、画像を図１７（ｄ）に示す。例えば、ＳＴＥＰ１（Ｓ１６１）、ＳＴＥＰ２（Ｓ１６２）で得られるｔｏｐ−ＢＳＥ像とＣｏａｘ−ＢＳＥ像を同時取得する場合、一次電子ビーム３の走査範囲にずれはないため画素の位置ずれは発生しない。そのため、双方の画像を比較する前にパターンマッチング等の画像の位置を特定する処理を行う必要はない。
ＳＴＥＰ３（Ｓ１６３）：
ＳＴＥＰ１（Ｓ１６１）、ＳＴＥＰ２（Ｓ１６２）にて得られたｔｏｐ−ＢＳＥ像とＣｏａｘ−ＢＳＥ像を、例えば８ｂｉｔで量子化し２５６階調のグレースケール画像で表現した場合、全画素のコントラスト値に対し標準化を行い、画像のコントラスト最小値を０に、コントラスト最大値を２５５に合わせる。
ＳＴＥＰ４（Ｓ１６４）：
例えば画像を横ｘ、縦ｙに分割し、図１８（ａ）、（ｂ）のように判別の最小領域を定義する。ｘ及びｙは図１９のウィンドウにより分析者が任意に設定可能とする。また、判別の最小領域の横及び縦の画素数をそれぞれｐ、ｑとする。
ＳＴＥＰ５（Ｓ１６５）：
ＳＴＥＰ４（Ｓ１６４）で定義した領域単位で類似度を計算する。類似度の計算方法にはコントラスト値の平均を用いるもの、同一画素に対する濃度値の相関値を用いるもの、ヒストグラムの形状の類似比較を用いるもの等があるが、いずれの手法を用いても良い。ここでは便宜上コントラスト値の平均を用いる。それぞれの画像における単位領域のコントラスト値の比を取ることで類似度と定義する。
ＳＴＥＰ６（Ｓ１６６）：
ＳＴＥＰ５（Ｓ１６５）で求めた類似度に対してある閾値Ｒ_ｔｈを設け、類似度がＲ_ｔｈ以上ならば分析に適した場所、Ｒ_ｔｈ未満ならば分析に適さない場所と判別する。Ｒ_ｔｈは図１９のウィンドウにより、類似度の計算方法に応じて分析者が任意に設定可能とする。例えば類似度の計算にコントラスト値の平均を用いた場合は、Ｒ_ｔｈは０〜２５５の整数とする。

以上が図１６の処理フローの説明である。このようにＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５とｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６を組み合わせて類似度を計算することにより、より高い信頼性を確保した、分析に適した位置の判別を行うことができる。処理フロー中、ＳＴＥＰ３（Ｓ１６３）においてコントラスト値の標準化を行っているが、これは以下の理由による。本実施例においてｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６とＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５が配置されている位置、角度等が異なるため、それぞれの検出器で得られる信号量は異なる。そのため、双方の画像を比較する前段階であるＳＴＥＰ３（Ｓ１６３）でコントラスト値に対して標準化を行い、画像のコントラスト最大値および最小値を合わせておく必要がある。

次に、図１９を用いて図１６の処理フローに記してある“類似度の閾値”Ｒ_ｔｈ及び“画像の分割数”ｘ、ｙを入力するための、画像表示端末１９に表示されるウィンドウについて説明する。分析者が分析可能位置の判別を行う場合、分析者はまず、図１９のウィンドウを画像表示端末１９に表示する。次に分析者は分析可能位置の判別のため、“類似度の閾値”Ｒ_ｔｈおよび“画像の分割数”ｘ、ｙをそれぞれのボックスへ入力する。Ｒ_ｔｈについては類似度の計算方法に応じて適切な値を入力する。ｘおよびｙについてはそれぞれが画像の画素数（ｉ，ｊ）を割り切ることができる整数であり、画像の画素数（ｉ，ｊ）以下かつ１以上の値とする。それ以外の値が入力された場合はエラーメッセージが表示される。その後分析者は図１９中の“開始”ボタンを押す。これにより、図１６の処理フローが行われる。分析位置の判別を終了し通常の観察へ移行する場合は、図１９中の“閉じる”ボタンを押す。

以上の処理フローにより、Ｘ線元素分析を行う前段階で分析者に分析結果の信頼性を提示することができる。その結果、分析者は高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる。

実施例に係る走査電子顕微鏡を用いて凹凸のある試料表面のＸ線分析を行ったところ、再現性のよい良好な分析結果が得られた。
以上、本実施例によれば、Ｘ線元素分析を行う前段階においてＸ線分析に適した試料上の位置を自動で評価・判別でき、分析者が高い信頼性を確保した分析を手戻り無く、短時間に行うことができる荷電粒子線装置を提供することができる。
（実施例７）
第７の実施例について図２０を用いて説明する。図２０は分析可能位置と不可能位置を画像表示端末上へ表示する方法を示した図である。本実施例において、実施例５の図１３や実施例６の図１６に示す処理フローを行った結果、適切な分析位置と不適切な分析位置を判別することができた場合の画像表示端末上への表示方法について説明する。なお、実施例１乃至６のいずれかに記載され、本実施例に未記載の事項は、特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。

図２０（ａ）に、実際に図１３の処理フローより得られた結果を、同一箇所で事前に取得したｔｏｐ−ＢＳＥ像へ表示した例を示す。図１３の処理フローの後、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像において分析に適した領域と適さない領域は画素単位で判別されている。これを二次電子像またはｔｏｐ−ＢＳＥ像、更にはその両方に表示する。表示方法については、例えば不適切な分析位置を白、または黒で塗りつぶす等とする。図２０（ａ）中では、不適切な分析位置を黒で塗りつぶしている。

図２０（ｂ）に、実際に実施例６の処理フローにより得られた結果を、同一箇所で事前に取得したｔｏｐ−ＢＳＥ像へ表示した例を示す。実施例６の処理フローの後、二次電子像またはｔｏｐ−ＢＳＥ像、更にはその両方を図１９に入力した画像の分割数ｘ、ｙに基いて分割する。そして、それぞれの分割領域が分析に適しているかどうかを表示する。その表示方法については、例えば不適切な分析位置を白、または黒で塗りつぶす、×印を表示する等とする。図２０（ｂ）中では、不適切な分析位置を黒で塗りつぶしている。また、この表示方法は実施例５に示したＳＴＥＰ１Ａ〜ＳＴＥＰ４Ａの処理フローを行った場合にも適用してよい。

また、図１９中の“画像の分割数”のボックスにｘ、ｙとも１を入力した場合、図１９中の“開始”ボタンを押すことにより行われる処理は画像全体を対象としたものとなる。この場合、図２０（ｃ）に示すように、類似度とＲ_ｔｈを比較したときに分析に適していると判別した場合には分析可能であることを示すメッセージを画面上に表示し、分析に適していない判別した場合には分析不可能であることを示すメッセージを画面上に表示する。また、この表示方法は実施例５に示したＳＴＥＰ１Ａ〜ＳＴＥＰ４Ａの処理フローを行う際に、“画像の分割数”ｘ、ｙとも１を入力した場合にも適用してよい。

以上により、試料１０上の分析に適した領域を視覚的にとらえることができるようになり、分析者は観察視野において分析精度を確保した最適位置での分析を容易に行うことが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…走査電子顕微鏡、２…電子源、３…一次電子ビーム、４…コンデンサレンズ、５…偏向コイル、６…対物レンズ、７…電子光学系、８…電子光学系制御部、９…試料室、１０…試料、１１…二次電子検出器、１２…Ｘ線検出器、１３…信号処理制御部、１４…アーム、１５…Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器、１６…ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器、１７…画像形成制御部、１８…ＳＥＭ全体制御部、１９…画像表示端末、２０…試料微動装置、２１…真空配管、２２…真空ポンプ、２３…反射電子、２４…ニードルバルブ、２５…コリメータ、２６…ウィンドウ、２７…Ｓｉ（Ｌｉ^＋）検出器、２８…増幅器、２９…コールドフィンガー、３０…デュワー瓶、３１…支持棒、３２，３３…玉軸受、３４…軸受ハウジング、３５…かさ歯車、３６…送りねじ、３７，３８…玉軸受、３９…軸受ハウジング、４０…かさ歯車、４１…ガイド、４２…スライダ、４３…アーム、４４…フランジ、４５…ＢＳＥ検出器。

Claims (13)

1. Ｘ線検出器を備えた荷電粒子線装置において、
   前記Ｘ線検出器のＸ線検出面と同軸上に第一の反射電子検出器が前記Ｘ線検出器と一体もしくは独立して配置され、前記Ｘ線検出器によりＸ線信号を、前記第一の反射電子検出器により反射電子信号を同時もしくは個別に検出する機能を有していることを特徴とする荷電粒子線装置。
2. Ｘ線検出器を備えた荷電粒子線装置において、
   前記Ｘ線検出器のＸ線検出面と非同軸の位置に第一の反射電子検出器が前記Ｘ線検出器と一体もしくは独立して配置され、前記Ｘ線検出器によりＸ線信号を、前記第一の反射電子検出器により反射電子信号を同時もしくは個別に検出する機能を有していることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. Ｘ線検出器を備えた荷電粒子線装置において、
   前記Ｘ線検出器の周囲に配置された第一の反射電子検出器を前記Ｘ線検出器のＸ線検出面の前面かつＸ線光軸上へ挿入、または前記Ｘ線検出器のＸ線検出面の前面かつＸ線光軸上に配置された第一の反射電子検出器を前記Ｘ線検出器の周囲に退避させる機構を有し、前記Ｘ線検出器によりＸ線信号を、前記第一の反射電子検出器により反射電子信号を同時もしくは個別に検出する機能を有していることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置において、
   二次電子検出器および一次荷電粒子線光軸上に第二の反射電子検出器を更に備え、
   前記Ｘ線検出器のＸ線検出面前段に配置した前記第一の反射電子検出器により得られる第一の反射電子像と、前記一次荷電粒子線光軸上に配置された前記第二の反射電子検出器により得られる第二の反射電子像、および前記二次電子検出器から得られる二次電子像を、それぞれ個別に、もしくは同時に取得し、画面上に個別に、もしくは同時に表示する機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第一の反射電子検出器により得られる前記第一の反射電子像を用いて、前記第一の反射電子像における画素毎の反射電子信号量を解析し、前記荷電粒子線装置による観察範囲のＸ線検出効率を少なくとも評価もしくは判別する機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項４記載の荷電粒子線装置において、
   前記第二の反射電子検出器による前記第二の反射電子像及び前記第一の反射電子検出器による前記第一の反射電子像を用いて、画像処理解析を実施し、前記荷電粒子線装置による観察範囲のＸ線検出効率を少なくとも評価もしくは判別する機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項５もしくは請求項６記載の荷電粒子線装置において、
   前記観察範囲のＸ線検出効率もしくはその判別結果を前記第二の反射電子像、または前記二次電子像、あるいはその両方に重ねて表示する、または前記観察範囲がＸ線元素分析可能であるかどうかをダイアログ表示する機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項２記載の荷電粒子線装置において、
   前記非同軸の位置とは、第一の反射電子検出器の検出面の中心と試料の分析点とを通る反射電子の光軸が、Ｘ線検出器のＸ線検出面の中心と試料の分析点とを通るＸ線光軸を取り囲む領域の一部を占める位置であることを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記第一の反射電子検出器は、前記Ｘ線検出面と同軸上にＸ線が通過する穴を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項３記載の荷電粒子線装置において、
    前記第一の反射電子検出器は、前記Ｘ線検出面と同軸上の反射電子を検出するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
11. Ｘ線検出器を備えた荷電粒子線装置において、
    被検出対象に対して前記Ｘ線検出器のＸ線検出面が配置される方向と同方向であって前記被検出対象からの直進する反射電子を検出可能な位置に、第一の反射電子検出器が配置され、前記Ｘ線検出器によりＸ線信号を、前記第一の反射電子検出器により反射電子信号を同時もしくは個別に検出する機能を有していることを特徴とする荷電粒子線装置。
12. 請求項１、２又は１１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記第一の反射電子検出器は、前記Ｘ線検出器の先端部に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
13. 請求項１、２又は１１に記載の荷電粒子線装置において、
    第一の反射電子検出器の検出面の中心と試料の分析点とを通る反射電子の光軸と、Ｘ線検出器のＸ線検出面の中心と試料の分析点とを通るＸ線光軸とのなす角が０°以上２０°以下であることを特徴とする荷電粒子線装置。

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