JP2016024900A - 放射線分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく放射線を検出することができる放射線分析装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る放射線分析装置１００は、一次線を発生させる一次線源と、前記一次線源で放出された前記一次線を試料に照射する光学系と、前記一次線が照射されることによって前記試料から発生する放射線を検出するエネルギー分散型の放射線検出器５０と、前記光学系の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きが可変となるように放射線検出器５０を支持する支持部６０と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線分析装置に関する。

走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や、Ｘ線マイクロアナライザー（ＸＭＡ）等に装着されるエネルギー分散型Ｘ線検出器は、一般的に、仕様で取り決められた１つの作動距離および１つのＸ線取出し角に対応するように、インターフェースとなるフランジを介して装着されている。

また、特許文献１および特許文献２には、２つ以上の異なるＸ線取出し角を得るために、複数のエネルギー分散型Ｘ線検出器を備えた電子顕微鏡が開示されている。

特開平８−２２２１７２号公報 特開平９−１４７７８１号公報

近年、走査電子顕微鏡の高分解能化により、仕様で定められる作動距離は短くなってきている。作動距離が短い場合、Ｘ線検出器でＸ線の検出を行う際に、ポールピースによってＸ線が遮られる（けられる）ため、Ｘ線の取り込みが困難になる。そのため、例えば、Ｘ線取り出し角を小さく設計しておき、短い作動距離での使用を可能にすることが考えられるが、この場合、長い作動距離で測定する際には、Ｘ線取り込み効率が悪化してしまう。

また、走査電子顕微鏡に複数台のＸ線検出器を装着し、短い作動距離においては小さいＸ線取出し角で検出を行うＸ線検出器を用い、長い作動距離においては大きいＸ線取出し角で検出を行うＸ線検出器を用いることも考えられる。すなわち、複数台のＸ線検出器を用いて、作動距離に応じて最適なＸ線取出し角で測定を行うことも考えられる。しかしながら、この場合、複数台のＸ線検出器が必要となるため、コストがかかってしまう、装置が大型化してしまうといった問題がある。

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係る目的の１つは、効率よく放射線を検出することができる放射線分析装置を提供することにある。

（１）本発明に係る放射線分析装置は、
一次線を発生させる一次線源と、
前記一次線源で放出された前記一次線を試料に照射する光学系と、
前記一次線が照射されることによって前記試料から発生する放射線を検出するエネルギー分散型の放射線検出器と、
前記光学系の光軸に対する前記放射線検出器の中心軸の傾きが可変となるように前記放射線検出器を支持する支持部と、
を含む。

このような放射線分析装置では、例えば、作動距離に応じて取り出し角を可変とすることができる。したがって、作動距離が短い場合には、取り出し角を小さくして、ポールピース等によって放射線が遮られる（けられる）ことを抑制することができる。また、作動距離が長い場合には、取り出し角を大きくして、試料から放出される放射線の試料内での拡散距離を短くして試料内での吸収を低減させることができる。したがって、このような放射線分析装置では、作動距離が変化しても効率よく放射線を検出することができる。

また、このような放射線分析装置では、１台の放射線検出器によって複数の取り出し角で放射線を検出することができる。

（２）本発明に係る放射線分析装置において、
作動距離が可変となるように前記試料を支持する試料ステージを含んでいてもよい。

このような放射線分析装置では、例えば、観察倍率に応じた最適な作動距離で観察や分析を行うことができる。

（３）本発明に係る放射線分析装置において、
前記支持部は、前記放射線検出器を前記光軸と交差する回転軸まわりに回転可能に支持する回転部を有し、
前記中心軸は、前記回転軸に対して傾いていてもよい。

このような放射線分析装置では、回転部によって放射線検出器を回転させることで、光学系の光軸に対する放射線検出器の中心軸の傾きを可変にすることができる。

（４）本発明に係る放射線分析装置において、
前記回転部を駆動する駆動部を含んでいてもよい。

このような放射線分析装置では、容易に、光学系の光軸に対する放射線検出器の中心軸の傾きを変えることができる。

（５）本発明に係る放射線分析装置において、
前記光学系は、対物レンズを有し、
前記放射線検出器は、前記支持部によって、第１状態から第２状態となり、
前記放射線検出器の前記第１状態は、前記光軸と前記中心軸との交点と、前記対物レンズと、の間の距離が第１距離であり、かつ、前記光軸と前記中心軸とがなす角度が第１角度となる状態であり、
前記放射線検出器の前記第２状態は、前記光軸と前記中心軸との交点と、前記対物レンズと、の間の距離が前記第１距離よりも短い第２距離であり、かつ、前記光軸と前記中心軸とがなす角度が前記第１角度よりも大きい第２角度となる状態であってもよい。

このような放射線分析装置では、作動距離が第１距離の場合には、作動距離が第１距離よりも短い第２距離の場合よりも取り出し角を大きくして、例えば、試料から放出される放射線の試料内での拡散距離を短くして試料内での吸収を低減することができる。また、作動距離が第２距離の場合には、作動距離が第２距離よりも長い第１距離の場合よりも取り出し角を小さくして、例えば、ポールピース等によって放射線が遮られる（けられる）ことを抑制することができる。したがって、このような放射線分析装置では、効率よく放射線を検出することができる。

（６）本発明に係る放射線分析装置において、
前記支持部は、前記放射線検出器を搖動可能に支持する搖動部を有していてもよい。

このような放射線分析装置では、搖動部によって放射線検出器を搖動させることで、光学系の光軸に対する放射線検出器の中心軸の傾きを可変にすることができる。

（７）本発明に係る放射線分析装置において、
前記搖動部の搖動軸は、前記中心軸と直交していてもよい。

このような放射線分析装置では、搖動部によって放射線検出器を搖動させることで、光学系の光軸に対する放射線検出器の中心軸の傾きを可変にすることができる。

（８）本発明に係る放射線分析装置において、
前記搖動部を駆動する駆動部を含んでいてもよい。

このような放射線分析装置では、容易に、光学系の光軸に対する放射線検出器の中心軸の傾きを変えることができる。

（９）本発明に係る放射線分析装置において、
前記支持部は、前記放射線検出器の検出結果に基づいて前記駆動部を駆動させる制御部を有していてもよい。

このような放射線分析装置では、例えば、任意の作動距離において効率良く放射線を検出できる取り出し角となるように放射線検出器を位置させることができる。

（１０）本発明に係る放射線分析装置において、
前記支持部は、前記作動距離に基づいて前記駆動部を駆動させる制御部を有していてもよい。

このような放射線分析装置では、例えば、任意の作動距離において効率良く放射線を検出できる取り出し角となるように放射線検出器を位置させることができる。

（１１）本発明に係る放射線分析装置において、
前記支持部は、前記作動距離と、前記光軸に対する前記中心軸の傾きと、の対応関係を特定可能なテーブルを記憶する記憶部を有し、
前記制御部は、前記作動距離に応じて前記テーブルから前記光軸に対する前記中心軸の傾きの情報を取得し、前記光軸に対する前記中心軸の傾きの情報に基づいて前記駆動部を駆動させてもよい。

このような放射線分析装置では、例えば、任意の作動距離において効率良く放射線を検出できる取り出し角となるように放射線検出器を位置させることができる。

（１２）本発明に係る放射線分析装置において、
前記制御部は、前記試料ステージの位置情報から、前記作動距離の情報を取得してもよい。

第１実施形態に係る放射線分析装置を模式的に示す図。 第１実施形態に係る放射線分析装置の支持部の動作を説明するための図。 第１実施形態に係る放射線分析装置の支持部の動作を説明するための図。 第２実施形態に係る放射線分析装置の支持部を模式的に示す図。 第２実施形態に係る放射線分析装置の支持部を模式的に示す図。 第３実施形態に係る放射線分析装置の支持部を模式的に示す図。 第４実施形態に係る放射線分析装置の支持部を模式的に示す図。 第５実施形態に係る放射線分析装置の支持部を模式的に示す図。

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． 第１実施形態
まず、第１実施形態に係る放射線分析装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る放射線分析装置を模式的に示す図である。ここでは、放射線分析装置１００が、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である例について説明する。

放射線分析装置１００は、図１に示すように、電子線源（一次線源）１０と、光学系２０と、走査偏向器３０と、試料ステージ４０と、放射線検出器５０と、支持部６０と、二次電子検出器７０と、を含む。なお、図１では、試料Ｓが配置される試料室２を区画する壁部４（後述する図２および図３参照）の図示を省略している。

放射線分析装置１００は、電子線源１０で発生した電子線Ｅ１を光学系２０で絞って電子プローブとし、当該電子プローブで試料Ｓ表面を走査したときに電子プローブの照射点から放出される二次電子を二次電子検出器７０で検出して画像化する装置である。また、放射線分析装置１００では、電子線Ｅ１を試料Ｓに照射した際に発生する特性Ｘ線をエネルギー分散型の放射線検出器５０にて検出して、そのＸ線をエネルギーで弁別し、スペクトルを得ることができる。

電子線源１０は、一次線として、電子線Ｅ１を発生させる。電子線源１０は、例えば、公知の電子銃であり、陰極から放出された電子を陽極で加速して電子線Ｅ１を放出する。電子線源１０として用いられる電子銃は特に限定されず、例えば熱電子放出型や、熱電界放出型、冷陰極電界放出型などの電子銃を用いることができる。電子線源１０から放出された電子線Ｅ１は、光学系２０の光軸Ｚに沿って進行する。ここで、光学系２０の光軸Ｚとは、光学系２０を構成するレンズ（図示の例では集束レンズ２２および対物レンズ２４）の中心となる軸をいう。

光学系２０は、電子線源１０で発生した電子線Ｅ１を試料Ｓに照射する。光学系２０は、集束レンズ２２と、対物レンズ２４と、を含んで構成されている。

集束レンズ２２は、電子線源１０の後段（電子線Ｅ１の下流側）に配置されている。集束レンズ２２は、電子線Ｅ１を集束させるためのレンズである。例えば、集束レンズ２２によって、電子プローブ径とプローブ電流を制御することができる。

対物レンズ２４は、集束レンズ２２の後段に配置されている。対物レンズ２４は、試料Ｓの直前に置かれた最終段の電子プローブ形成レンズである。対物レンズ２４は、コイル２４ａと、ヨーク２４ｂと、ポールピース２４ｃと、を含んで構成されている。対物レンズ２４では、コイル２４ａ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２４ｂに閉じ込め、ヨーク２４ｂ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Ｚ上に漏洩させる。この切欠き部分はポールピース２４ｃによって構成されている。ポールピース２４ｃは、上部磁極片２４ｃ−１と、下部磁極片２４ｃ−２と、を有している。図示の例では、試料Ｓは、ポールピース２４ｃの外側に配置されている。すなわち、対物レンズ２４は、いわゆるアウトレンズ型対物レンズである
。

走査偏向器（走査コイル）３０は、集束レンズ２２と対物レンズ２４との間に配置されている。走査偏向器３０は、例えば、集束レンズ２２および対物レンズ２４で集束された電子線Ｅ１を試料Ｓ上で走査するための電磁コイルである。走査偏向器３０は、図示の例では、２段（２段偏向系）であるが、２段以上であってもよい。走査偏向器３０は、電子線Ｅ１を偏向させることで、電子線Ｅ１を試料Ｓ上で走査することができる。走査偏向器３０は、走査信号生成部（図示せず）からの走査信号に基づいて、電子線Ｅ１の走査を行う。

試料ステージ４０には、試料Ｓが載置される。試料ステージ４０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４０は、作動距離ＷＤが可変となるように試料Ｓを支持する。試料ステージ４０は、試料Ｓを光学系２０の光軸Ｚに沿って（上下方向に）移動させることによって作動距離ＷＤを可変にする。ここで、作動距離ＷＤとは、対物レンズ２４の下面と試料Ｓ（試料Ｓの上面）との間の距離をいう。図示の例では、作動距離ＷＤは、ポールピース２４ｃの下部磁極片２４ｃ−２と試料Ｓとの間の距離である。

放射線分析装置１００において、作動距離ＷＤが短くなるとそれに伴ってレンズの収差が小さくなって解像度が高くなるが焦点深度は浅くなる。そのため、高倍率での観察では作動距離ＷＤを短くし、低倍率での観察では作動距離ＷＤを長くする。試料ステージ４０は、例えば、さらに、試料Ｓの水平移動、回転、傾斜などの動作を行うことができる。

放射線検出器５０は、対物レンズ２４と試料Ｓ（試料ステージ４０）との間に配置されている。放射線検出器５０は、電子線Ｅ１が照射されることによって試料Ｓから発生する特性Ｘ線（放射線）を検出する。放射線検出器５０は、エネルギー分散型のＸ線検出器である。ここで、エネルギー分散型のＸ線検出器とは、電子線やＸ線などの一次線を試料に照射した際に発生する特性Ｘ線もしくは蛍光Ｘ線を検出し、そのエネルギーと強度から試料を構成する元素や濃度等を調べる装置をいう。

放射線検出器５０は、例えば、シリコンドリフト検出器（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｄｒｉｆｔ
ｄｅｔｅｃｔｏｒ、ＳＤＤ）を含んで構成されている。シリコンドリフト検出器は、例えば、入射したＸ線によって発生した電子を、同心円状の電位勾配をかけることにより、アノードに導く素子である。アノードに収集された電荷量は、入射したＸ線に比例しているため、Ｘ線のエネルギーを計測することができる。シリコンドリフト検出器は、例えば、高純度ｎ型Ｓｉ単結晶と、Ｓｉ単結晶のＸ線の入射面側に設けられたｐ電極と、入射面とは反対側に設けられたｎ電極（アノード）と、ｎ電極を同心円状に囲む多段のドリフト電極と、を有する。ドリフト電極は、平面視において（入射面の垂線方向からみて）、シリコンドリフト検出器（Ｓｉ単結晶）の中心の位置を中心として同心円状に設けられている。シリコンドリフト検出器は、液体窒素冷却が不要であり、ペルチィエ素子による冷却での動作が可能である。そのため、放射線検出器５０の小型化、軽量化を図ることができる。

支持部６０は、放射線検出器５０を支持するための部材である。図２および図３は、支持部６０の動作を説明するための図である。なお、図２および図３では、対物レンズ２４を簡略化して図示している。

支持部６０は、図２および図３に示すように、インターフェースフランジ（回転部）６２と、Ｏリング６４と、を含んで構成されている。インターフェースフランジ６２は、試料Ｓが配置される試料室２の壁部４に回転可能に取り付けられている。インターフェース
フランジ６２は、インターフェースフランジ６２の中心を通る回転軸Ｒを軸として回転可能である。回転軸Ｒは、例えば、光学系２０の光軸Ｚと交差する。インターフェースフランジ６２と壁部４との間の隙間は、Ｏリング６４によって気密に封止されている。

インターフェースフランジ６２には、放射線検出器５０が挿入される挿入孔６３が設けられている。挿入孔６３の軸（中心軸）は、回転軸Ｒに対して角度α傾いている。そのため、挿入孔６３に挿入されている放射線検出器５０の中心軸Ｃは、回転軸Ｒに対して角度α傾いている。インターフェースフランジ６２と挿入孔６３に挿入された放射線検出器５０との間の隙間は、Ｏリング６６によって気密に封止されている。

ここで、放射線検出器５０の中心軸Ｃとは、例えば、放射線検出器５０の検出面の中心を通り、検出面に直交する軸である。放射線検出器５０の検出面は、例えば、シリコンドリフト検出器のＸ線の入射面であり、検出面の中心は、平面視においてシリコンドリフト検出器の中心である。したがって、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとの交点Ｐの位置を、試料Ｓの表面に合わせることで、特性Ｘ線が発生する試料Ｓの電子線Ｅ１の照射領域に、放射線検出器５０の検出面（シリコンドリフト検出器の入射面）を向けることができる。放射線検出器５０の中心軸Ｃと光学系２０の光軸Ｚとは、図示の例では、交差している。なお、放射線検出器５０の中心軸Ｃと光学系２０の光軸Ｚとは、ねじれの位置にあってもよい。

インターフェースフランジ６２は、放射線検出器５０を回転軸Ｒまわりに回転可能に支持している。例えば、ユーザーは手動でインターフェースフランジ６２を回転させることができる。放射線検出器５０の中心軸Ｃは、上記のように回転軸Ｒに対して傾いているため、インターフェースフランジ６２を回転させることにより、図２および図３に示すように、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを変えることができる。光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを変えることにより、Ｘ線の取り出し角を変えることができる。

なお、取り出し角とは、放射線検出器において、試料から放出される特性Ｘ線を、試料より上方に位置する検出器で取り出す角度をいう。より具体的には、取り出し角とは、試料表面と検出器（検出器の中心軸）とがなす角度をいう。

放射線検出器５０は、インターフェースフランジ６２を回転（図示の例では１８０°回転）させることによって、図２に示す第１状態から図３に示す第２状態となる。同様に、放射線検出器５０は、インターフェースフランジ６２を回転（図示の例では１８０°回転）させることによって、図３に示す第２状態から図２に示す第１状態となる。

放射線検出器５０の第１状態は、図２に示すように、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとの交点Ｐと、対物レンズ２４と、の間の距離が第１距離Ｌ１であり、かつ、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとがなす角度θが第１角度θ１となる状態である。

また、放射線検出器５０の第２状態は、図３に示すように、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとの交点Ｐと、対物レンズ２４と、の間の距離が第１距離Ｌ１よりも短い第２距離Ｌ２であり、かつ、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとがなす角度θが第１角度θ１よりも大きい第２角度θ２となる状態である。

ここで、放射線検出器５０の中心軸Ｃと光学系２０の光軸Ｚとがなす角度θとは、中心軸Ｃと光軸Ｚとが交わってできる角のうち、鋭角のほうの角度をいう。また、試料Ｓが光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとの交点Ｐに位置している場合には、放
射線検出器５０の中心軸Ｃと光学系２０の光軸Ｚとがなす角度θは、θ＝９０°−（取り出し角）で表される。放射線検出器５０の中心軸Ｃと光学系２０の光軸Ｚとがなす角度θを変えることで、Ｘ線の取り出し角を変えることができる。

二次電子検出器７０は、電子線Ｅ１が照射されることにより試料Ｓから放出された二次電子を検出する。二次電子検出器７０は、例えば、シンチレーターおよび光電子増倍管を含んで構成されている。二次電子検出器７０で検出された二次電子の検出信号（強度信号）は、電子線Ｅ１の走査信号と同期された画像データとして、記憶部（図示せず）に記憶される。この画像データにより、試料Ｓの走査電子像が生成される。二次電子検出器７０は、図示の例では、対物レンズ２４と試料Ｓ（試料ステージ４０）との間に配置されている。

次に、放射線分析装置１００の動作について説明する。

放射線分析装置１００では、低倍率で観察を行う際には、図２に示すように、作動距離ＷＤを長くする。図示の例では、低倍率で観察を行う際には、作動距離ＷＤを第１距離Ｌ１としている。放射線分析装置１００では、試料ステージ４０によって試料Ｓを対物レンズ２４から遠ざけることで作動距離ＷＤを長くする。

このとき、支持部６０によって、放射線検出器５０を第１状態とする。例えば、ユーザーがインターフェースフランジ６２を回転させることにより、放射線検出器５０を第１状態とする。これにより、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとの交点Ｐの位置を試料Ｓの表面に合わせることができる。したがって、放射線分析装置１００では、作動距離ＷＤを長くした低倍率での観察時にＸ線分析を行う場合において、試料Ｓから発生する特性Ｘ線を効率よく検出することができる。

次に、放射線分析装置１００では、高倍率で観察を行う際には、図３に示すように、作動距離ＷＤを短くする。図示の例では、低倍率で観察を行う際には、作動距離ＷＤを第１距離Ｌ１よりも短い第２距離Ｌ２としている。放射線分析装置１００では、試料ステージ４０によって試料Ｓを対物レンズ２４に近づけることで作動距離ＷＤを短くする。

このとき、支持部６０によって、放射線検出器５０を第２状態とする。例えば、ユーザーが支持部６０のインターフェースフランジ６２を図２に示す状態から１８０°回転させることにより、放射線検出器５０を第２状態とする。これにより、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとの交点Ｐの位置を試料Ｓの表面に合わせることができる。さらに、放射線検出器５０は、第２状態では第１状態よりも光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとがなす角度θが大きい。すなわち、第２状態では、第１状態よりも、Ｘ線の取り出し角が小さい。そのため、ポールピース２４ｃによって特性Ｘ線が遮られる（けられる）ことを抑制することができる。したがって、放射線分析装置１００では、作動距離ＷＤを短くした高倍率での観察時にＸ線分析を行う場合において、試料Ｓから発生する特性Ｘ線を効率よく検出することができる。

このように、放射線分析装置１００では、放射線検出器５０は、作動距離ＷＤが長い場合には大きい取り出し角で検出を行い、作動距離ＷＤが短い場合には小さいＸ線取出し角で検出を行うことができる。したがって、放射線分析装置１００では、作動距離ＷＤが変化しても、試料Ｓから発生する特性Ｘ線を効率よく検出することができる。

放射線分析装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

放射線分析装置１００では、支持部６０は、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器
５０の中心軸Ｃの傾きが可変となるように放射線検出器５０を支持する。そのため、放射線分析装置１００では、作動距離ＷＤに応じて取り出し角を可変とすることができる。したがって、例えば、作動距離ＷＤが短い場合には、取り出し角を小さくして、ポールピース２４ｃによって特性Ｘ線が遮られる（けられる）ことを抑制することができる。また、例えば、作動距離ＷＤが長い場合には、取り出し角を大きくして、試料Ｓから放出されるＸ線の試料Ｓ内での拡散距離を短くして試料内での吸収を低減させることができる。すなわち、放射線分析装置１００では、作動距離ＷＤを短くした高倍率での観察時のＸ線分析、および作動距離ＷＤを長くした低倍率での観察時のＸ線分析を、それぞれ最適なＸ線取り出し角で行うことができる。

このように、放射線分析装置１００では、支持部６０が、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きが可変となるように放射線検出器５０を支持することにより、作動距離ＷＤが変化しても、上述のように、効率よくＸ線を検出することができる。

また、放射線分析装置１００では、支持部６０は光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きが可変となるように放射線検出器５０を支持するため、１台の放射線検出器５０によって複数の取り出し角でＸ線を検出することができる。したがって、放射線分析装置１００では、例えば複数台の放射線検出器を用いて作動距離ＷＤに応じて最適なＸ線取出し角で測定を行う場合と比べて、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。

放射線分析装置１００では、試料ステージ４０によって作動距離ＷＤを可変にすることができるため、観察倍率に応じた最適な作動距離ＷＤで観察や分析を行うことができる。

放射線分析装置１００では、支持部６０は、放射線検出器５０を光学系２０の光軸Ｚと交差する回転軸Ｒまわりに回転可能に支持するインターフェースフランジ（回転部）６２を有し、放射線検出器５０の中心軸Ｃは、回転軸Ｒに対して傾いている。そのため、放射線分析装置１００では、インターフェースフランジ６２によって放射線検出器５０を回転させることで、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを可変にすることができる。

放射線分析装置１００では、放射線検出器５０は、支持部６０によって、第１状態から第２状態となり、放射線検出器５０の第１状態は、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとの交点Ｐと、対物レンズ２４と、の間の距離が第１距離Ｌ１であり、かつ、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとがなす角度θが第１角度θ１となる状態であり、放射線検出器５０の第２状態は、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとの交点Ｐと、対物レンズ２４と、の間の距離が第１距離Ｌ１よりも短い第２距離Ｌ２であり、かつ、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとがなす角度θが第１角度θ１よりも大きい第２角度θ２となる状態である。そのため、作動距離ＷＤが第１距離Ｌ１の場合には、作動距離ＷＤが第１距離Ｌ１よりも短い第２距離Ｌ２の場合よりも取り出し角を大きくして、例えば、試料Ｓから放出されるＸ線の試料Ｓ内での拡散距離を短くして試料Ｓ内での吸収を低減することができる。また、作動距離ＷＤが第２距離Ｌ２の場合には、作動距離ＷＤが第２距離Ｌ２よりも長い第１距離Ｌ１の場合よりも取り出し角を小さくして、例えば、ポールピース２４ｃ等によってＸ線が遮られる（けられる）ことを抑制することができる。したがって、放射線分析装置１００では、効率よく放射線を検出することができる。

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る放射線分析装置について、図面を参照しながら説明する。図
４および図５は、第２実施形態に係る放射線分析装置２００の支持部６０を模式的に示す図である。なお、図４は、放射線検出器５０が第１状態にある場合を図示し、図５は、放射線検出器５０が第２状態にある場合を図示している。

以下、第２実施形態に係る放射線分析装置２００において、上述した第１実施形態に係る放射線分析装置１００と異なる点について説明し、同様の点については詳細な説明を省略する。

放射線分析装置２００では、図４および図５に示すように、支持部６０は、放射線検出器５０を回転軸Ｒまわりに回転可能に支持する回転部２１０と、回転部２１０を駆動させる駆動部２２０と、を有している。

支持部６０は、さらに、第１ギア２２２と、第２ギア２２４と、第１固定部２３０と、第２固定部２３２と、を有している。

支持部６０は、インターフェースとなる第１固定部２３０によって壁部４に取り付けられている。第１固定部２３０と壁部４との間の隙間は、Ｏリング２５０によって気密に封止されている。第１固定部２３０は、回転部２１０が回転可能となるように、ベアリング２４０を介して、回転部２１０を保持している。また、第１固定部２３０と回転部２１０との間の隙間は、Ｏリング２５２によって気密に封止されている。第２固定部２３２は、回転部２１０の外れを防止するために、ベアリング２４２を介して、回転部２１０を保持している。

回転部２１０には、放射線検出器５０が挿入される挿入孔２１２が設けられている。挿入孔６３の軸（中心軸）は、回転軸Ｒに対して傾いている。そのため、挿入孔６３に挿入されている放射線検出器５０の中心軸Ｃは、回転軸Ｒに対して傾いている。回転部２１０と挿入孔２１２に挿入された放射線検出器５０との間の隙間は、Ｏリング２１４によって気密に封止されている。

駆動部２２０は、例えば、モーターを含んで構成されている。第１ギア２２２は、駆動部２２０の軸（モーター軸）２２１に固定されており、駆動部２２０の回転を、第２ギア２２４に伝達する。第２ギア２２４は、回転部２１０に周設されている。駆動部２２０が軸２２１を回転させることにより、ギア２２２，２２４を介して、回転部２１０に駆動部２２０の回転が伝達される。

放射線分析装置２００では、駆動部２２０によって回転部２１０を回転させることにより、放射線検出器５０を、図４に示す第１状態から図５に示す第２状態にしたり、図５に示す第２状態から図４に示す第１状態にしたりすることができる。

放射線分析装置２００は、例えば、以下の特徴を有する。

放射線分析装置２００では、回転部２１０を駆動させる駆動部２２０を含む。そのため、放射線分析装置２００では、容易に、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを変えることができる。

また、放射線分析装置２００では、回転部２１０を駆動させる駆動部２２０を含むため、例えば、試料室２を大気にすることなく減圧状態のままで、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを変えることができる。例えば、ユーザーが手動で回転部２１０を回転させる場合、回転部２１０に予期せぬ力が加わり、回転部２１０と第１固定部２３０との間の隙間などから気体が漏れて試料室２の真空度が悪化する可能性が
ある。これに対して、放射線分析装置２００では、駆動部２２０によって回転部２１０を回転させるため、例えば手動で回転部２１０を回転させる場合と比べて、回転部２１０と第１固定部２３０との間の隙間などから気体が漏れて試料室２の真空度が悪化する可能性を低減させることができる。

３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る放射線分析装置について、図面を参照しながら説明する。図６は、第３実施形態に係る放射線分析装置３００の支持部６０を模式的に示す図である。以下、第３実施形態に係る放射線分析装置３００において、上述した第１実施形態に係る放射線分析装置１００と異なる点について説明し、同様の点については詳細な説明を省略する。

放射線分析装置３００では、図６に示すように、支持部６０は、放射線検出器５０を搖動可能に支持する搖動部３１０と、搖動部３１０を駆動させる駆動部３２０と、を有している。

支持部６０は、さらに、アーム３２２と、バネ３２４と、第１固定部３３０と、第２固定部３３２と、を有している。

支持部６０は、インターフェースとなる第１固定部３３０によって壁部４に取り付けられている。第１固定部３３０と壁部４との間の隙間は、Ｏリング３４０によって気密に封止されている。

搖動部３１０には、放射線検出器５０が挿入される挿入孔３１２が設けられている。搖動部３１０は、例えば、挿入孔３１２に挿入された放射線検出器５０の中心軸Ｃと直交する搖動軸Ｂを有している。図６の例では、搖動部３１０の搖動軸Ｂは、図示のように、放射線検出器５０の中心軸Ｃに直交し、かつ紙面に垂直である。搖動部３１０が搖動することによって、放射線検出器５０を図６に示す矢印Ａの方向に搖動させることができる。放射線検出器５０を搖動させることによって、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを可変にすることができ、かつ、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとの交点Ｐ（図１〜図３等参照）の位置を変化させることができる。搖動部３１０と挿入孔３１２に挿入された放射線検出器５０との間の隙間は、Ｏリング３１６によって気密に封止されている。

搖動部３１０と第１固定部３３０との間の隙間は、Ｏリング３４２によって気密に封止されている。搖動部３１０の真空シール面（Ｏリング３４２と接触する面）３１４は、曲面（例えば球面）である。そのため、搖動部３１０が搖動運動をしても、搖動部３１０と第１固定部３３０との間の隙間から気体が漏れることを防ぐことができる。搖動部３１０が搖動することによる搖動部３１０の姿勢変形は、バネ３２４によって吸収される。バネ３２４は、第２固定部３３２によって保持されている。

駆動部３２０は、例えば、モーターを含んで構成されている。駆動部３２０によってアーム３２２を回転させることにより、搖動部３１０を梃子により動かして搖動させることができる。また、駆動部３２０は、搖動部３１０を、所望の位置で停止させることができる。

放射線分析装置３００は、例えば、以下の特徴を有する。

放射線分析装置３００では、支持部６０は、放射線検出器５０を搖動可能に支持する搖動部３１０を有している。そのため、放射線分析装置３００では、搖動部３１０によって
放射線検出器５０を搖動させることで、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを可変にすることができる。したがって、放射線分析装置３００では、上述した第１実施形態に係る放射線分析装置１００と同様に、作動距離ＷＤが変化しても効率よくＸ線を検出することができる。

また、放射線分析装置３００では、搖動部３１０によって放射線検出器５０を搖動させても、放射線検出器５０の中心軸Ｃは、光学系２０の光軸Ｚと常に交わる。例えば、図２および図３に示す放射線分析装置１００では、放射線検出器５０の中心軸Ｃは、第１状態および第２状態の２つの状態でのみ、光学系２０の光軸Ｚと交わっていた。したがって、放射線分析装置３００では、例えば、放射線分析装置１００と比べて、より多くの作動距離ＷＤに対応することができる。

放射線分析装置３００では、搖動部３１０を駆動させる駆動部３２０を含む。そのため、放射線分析装置３００では、容易に、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを変えることができる。

また、放射線分析装置３００では、搖動部３１０を駆動させる駆動部３２０を含むため例えば、試料室２を大気にすることなく減圧状態のままで、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを変えることができる。例えば、ユーザーが手動で搖動部３１０を搖動させる場合、搖動部３１０に予期せぬ力が加わり、搖動部３１０と第１固定部３３０との間の隙間などから気体が漏れて試料室２の真空度が悪化する可能性がある。これに対して、放射線分析装置３００では、駆動部３２０によって搖動部３１０を搖動させるため、例えば手動で搖動部３１０を搖動させる場合と比べて、搖動部３１０と第１固定部３３０との間の隙間などから気体が漏れて試料室２の真空度が悪化する可能性を低減させることができる。

４． 第４実施形態
次に、第４実施形態に係る放射線分析装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、第４実施形態に係る放射線分析装置４００の支持部６０を模式的に示す図である。以下、第４実施形態に係る放射線分析装置４００において、上述した第３実施形態に係る放射線分析装置３００と異なる点について説明し、同様の点については詳細な説明を省略する。

第４実施形態に係る放射線分析装置４００では、図７に示すように、支持部６０は、放射線検出器５０の検出結果に基づいて駆動部３２０を駆動させる制御部４１０を含む。

例えば、試料Ｓに電子線Ｅ１が照射されている状態において、制御部４１０は、駆動部３２０を駆動させて光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを所定の範囲で変化させつつ、放射線検出器５０から出力されるＸ線の強度の情報を受け付けてＸ線の強度が最も高くなる中心軸Ｃの傾きを探す。そして、制御部４１０は、このＸ線の強度が最も高くなる中心軸Ｃの傾きを記憶し、駆動部３２０を駆動させてＸ線の強度が最も高くなる中心軸Ｃの傾きとなるように放射線検出器５０を移動させる。

なお、ここでは、制御部４１０がＸ線の強度が最も高くなる放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きに放射線検出器５０を位置させる例について説明したが、例えば、制御部４１０は、Ｘ線の強度が所定値を超える中心軸Ｃの傾きに放射線検出器５０を位置させてもよい。この場合についても、上記の例と同様の動作で実現することができる。

放射線分析装置４００では、放射線検出器５０の検出結果に基づいて駆動部３２０を駆動させる制御部４１０を含むため、任意の作動距離ＷＤにおいて効率良くＸ線を検出でき
る取り出し角となるように放射線検出器５０を位置させることができる。例えば、放射線分析装置４００では、上述のように、作動距離ＷＤが変化しても、制御部４１０が自動でその作動距離ＷＤに最適なＸ線取り出し角となるように放射線検出器５０を位置させることができる。

５． 第５実施形態
次に、第５実施形態に係る放射線分析装置について、図面を参照しながら説明する。図８は、第５実施形態に係る放射線分析装置５００の支持部６０を模式的に示す図である。以下、第５実施形態に係る放射線分析装置５００において、上述した第３実施形態に係る放射線分析装置３００と異なる点について説明し、同様の点については詳細な説明を省略する。

第５実施形態に係る放射線分析装置５００では、図８に示すように、支持部６０は、制御部５１０と、記憶部５２０と、を有する。

制御部５１０は、作動距離ＷＤに基づいて駆動部３２０を駆動させる。以下、制御部５１０の処理について詳細に説明する。

制御部５１０は、まず、作動距離ＷＤの情報を試料ステージ駆動部４２から取得する。作動距離ＷＤの情報は、例えば、試料ステージ４０の光軸Ｚ方向の位置の情報に対応する。すなわち、試料ステージ駆動部４２は、試料ステージ４０の位置情報を出力し、制御部５１０は、当該試料ステージ４０の位置情報から、作動距離ＷＤの情報を取得してもよい。

次に、制御部５１０は、取得した作動距離ＷＤの情報に基づいて、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きの情報（例えば最適な傾きの情報）を取得する。図示の例では、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きは、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとがなす角度θに対応するため、以下では角度θを用いて説明する。制御部５１０は、例えば、試料ステージ駆動部４２から取得した作動距離ＷＤに応じて、記憶部５２０に記憶されている作動距離ＷＤと角度θ（最適な角度θ）との対応関係を特定可能なテーブル５２２から、角度θの情報を取得する。

次に、制御部５１０は、テーブル５２２から取得した角度θの情報に基づいて駆動部３２０を駆動させる。制御部５１０は、光学系２０の光軸Ｚと放射線検出器５０の中心軸Ｃとがなす角度θが、テーブル５２２から取得した角度θとなるように駆動部３２０を駆動させる。

記憶部５２０は、作動距離ＷＤと角度θとの対応関係を特定可能なテーブル５２２を記憶している。記憶部５２０の機能は、ＲＡＭ、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。

テーブル５２２は、例えば、作動距離ＷＤと、各作動距離ＷＤにおける最適な角度θと、の対応関係を特定する。ここで、最適な角度θとは、例えば、各作動距離ＷＤにおいて最も効率良くＸ線を検出できる角度θである。したがって、制御部５１０は、テーブル５２２によって、取得した作動距離ＷＤの情報から、当該作動距離ＷＤにおいて最適な角度θの情報を得ることができる。

テーブル５２２は、例えば、作動距離ＷＤの値と、各作動距離ＷＤの値に対応づけられた角度θの値と、で構成されている。ここで、作動距離ＷＤは、試料ステージ４０の光軸
Ｚ方向の位置から求めることができる。そのため、テーブル５２２は、試料ステージ４０の光軸Ｚ方向の位置の値と、各試料ステージ４０の光軸Ｚ方向の位置の値に対応づけられた角度θの値と、で構成されていてもよい。また、角度θは、Ｘ線の取り出し角度から求めることができる。そのため、テーブル５２２は、作動距離ＷＤの値と、各作動距離ＷＤの値に対応づけられたＸ線の取り出し角度の値であってもよいし、試料ステージ４０の光軸Ｚ方向の位置の値と、各試料ステージ４０の光軸Ｚ方向の位置の値に対応づけられたＸ線の取り出し角度の値であってもよい。

テーブル５２２は、例えば、装置の設計値（試料Ｓ上のＸ線発生点と放射線検出器５０との位置関係）に基づいて、あらかじめ作成されている。また、例えば、各作動距離ＷＤにおいて、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きを所定の範囲で変化させつつ、放射線検出器５０から出力されるＸ線の強度の情報を受け付けてＸ線の強度が最も高くなる中心軸Ｃの傾きを探すことで、テーブル５２２を作成してもよい。

放射線分析装置５００は、例えば、以下の特徴を有する。

放射線分析装置５００では、支持部６０は、作動距離ＷＤに基づいて駆動部３２０を駆動させる制御部５１０を有する。そのため、放射線分析装置５００では、任意の作動距離ＷＤにおいて効率良くＸ線を検出できる取り出し角となるように放射線検出器５０を位置させることができる。したがって、例えば、放射線分析装置５００では、作動距離ＷＤ（試料ステージ４０の光軸Ｚ方向の位置）の変化に追従して、制御部５１０が自動でその作動距離ＷＤに最適なＸ線取り出し角となるように放射線検出器５０を位置させることができる。また、放射線分析装置５００では、例えば放射線検出器５０の検出結果に基づいて駆動部３２０を駆動させる場合（放射線分析装置４００）と比べて、Ｘ線の強度が最も高くなる中心軸Ｃの傾きを探す必要がないため、短時間で、効率良くＸ線を検出できる取り出し角となるように放射線検出器５０を位置させることができる。

放射線分析装置５００では、支持部６０は、作動距離ＷＤと、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きと、の対応関係を特定可能なテーブル５２２を記憶する記憶部５２０を有し、制御部５１０は、作動距離ＷＤに応じてテーブル５２２から光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きの情報を取得し、光学系２０の光軸Ｚに対する放射線検出器５０の中心軸Ｃの傾きの情報に基づいて駆動部３２０を駆動させる。そのため、放射線分析装置５００では、任意の作動距離ＷＤにおいて効率良くＸ線を検出できる取り出し角となるように放射線検出器５０を位置させることができる。

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。

例えば、上述した第１〜第４実施形態では、放射線分析装置１００，２００，３００，４００が走査電子顕微鏡である例について説明したが、本発明に係る放射線分析装置は走査電子顕微鏡に限定されず、エネルギー分散型の放射線検出器が搭載された各種装置に適用することができる。このような装置としては、例えば、エネルギー分散型の放射線検出器が搭載された透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、エネルギー分散型の放射線検出器が搭載された走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、エネルギー分散型の放射線検出器が搭載されたＸ線マイクロアナライザー（ＸＭＡ）等が挙げられる。

また、上述した実施形態では、一次線として、電子線を用いた例について説明したが、本発明に係る放射線分析装置では、例えば、Ｘ線や、荷電粒子（イオン等）を一次線として用いてもよい。すなわち、例えば、本発明に係る放射線分析装置は、一次線としてＸ線
を用いた、エネルギー分散型の放射線検出器が搭載された蛍光Ｘ線分析装置であってもよい。

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。

２…試料室、４…壁部、１０…電子線源、２０…光学系、２２…集束レンズ、２４…対物レンズ、２４ａ…コイル、２４ｂ…ヨーク、２４ｃ…ポールピース、２４ｃ−１…上部磁極片、２４ｃ−２…下部磁極片、３０…走査偏向器、４０…試料ステージ、４２…試料ステージ駆動部、５０…放射線検出器、６０…支持部、６２…インターフェースフランジ、６３…挿入孔、６４…Ｏリング、６６…Ｏリング、７０…二次電子検出器、１００，２００…放射線分析装置、２１０…回転部、２１２…挿入孔、２１４…Ｏリング、２２０…駆動部、２２１…軸、２２２…第１ギア、２２４…第２ギア、２３０…第１固定部、２３２…第２固定部、２４０，２４２…ベアリング、２５０，２５２…Ｏリング、３００…放射線分析装置、３１０…搖動部、３１２…挿入孔、３１４…真空シール面、３１６…Ｏリング、３２０…駆動部、３２２…アーム、３２４…バネ、３３０…第１固定部、３３２…第２固定部、３４０，３４２…Ｏリング、４００…放射線分析装置、４１０…制御部、５００…放射線分析装置、５１００…制御部、５２０…記憶部、５２２…テーブル

Claims (12)

1. 一次線を発生させる一次線源と、
   前記一次線源で放出された前記一次線を試料に照射する光学系と、
   前記一次線が照射されることによって前記試料から発生する放射線を検出するエネルギー分散型の放射線検出器と、
   前記光学系の光軸に対する前記放射線検出器の中心軸の傾きが可変となるように前記放射線検出器を支持する支持部と、
   を含む、放射線分析装置。
2. 請求項１において、
   作動距離が可変となるように前記試料を支持する試料ステージを含む、放射線分析装置。
3. 請求項１または２において、
   前記支持部は、前記放射線検出器を前記光軸と交差する回転軸まわりに回転可能に支持する回転部を有し、
   前記中心軸は、前記回転軸に対して傾いている、放射線分析装置。
4. 請求項３において、
   前記回転部を駆動する駆動部を含む、放射線分析装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記光学系は、対物レンズを有し、
   前記放射線検出器は、前記支持部によって、第１状態から第２状態となり、
   前記放射線検出器の前記第１状態は、前記光軸と前記中心軸との交点と、前記対物レンズと、の間の距離が第１距離であり、かつ、前記光軸と前記中心軸とがなす角度が第１角度となる状態であり、
   前記放射線検出器の前記第２状態は、前記光軸と前記中心軸との交点と、前記対物レンズと、の間の距離が前記第１距離よりも短い第２距離であり、かつ、前記光軸と前記中心軸とがなす角度が前記第１角度よりも大きい第２角度となる状態である、放射線分析装置。
6. 請求項２において、
   前記支持部は、前記放射線検出器を搖動可能に支持する搖動部を有している、放射線分析装置。
7. 請求項６において、
   前記搖動部の搖動軸は、前記中心軸と直交している、放射線分析装置。
8. 請求項６または７において、
   前記搖動部を駆動する駆動部を含む、放射線分析装置。
9. 請求項８において、
   前記支持部は、前記放射線検出器の検出結果に基づいて前記駆動部を駆動させる制御部を有する、放射線分析装置。
10. 請求項８において、
    前記支持部は、前記作動距離に基づいて前記駆動部を駆動させる制御部を有する、放射線分析装置。
11. 請求項１０において、
    前記支持部は、前記作動距離と、前記光軸に対する前記中心軸の傾きと、の対応関係を特定可能なテーブルを記憶する記憶部を有し、
    前記制御部は、前記作動距離に応じて前記テーブルから前記光軸に対する前記中心軸の傾きの情報を取得し、前記光軸に対する前記中心軸の傾きの情報に基づいて前記駆動部を駆動させる、放射線分析装置。
12. 請求項１０または１１において、
    前記制御部は、前記試料ステージの位置情報から、前記作動距離の情報を取得する、放射線分析装置。

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