JP2022021150A - 荷電粒子線装置及び設定支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置において、試料内で生じる物理現象の発生範囲及びその大きさをイメージしながら、照射条件の設定を行えるようにする。【解決手段】照射条件及び試料の元素情報に基づいて、参照像８２が生成される。参照像８２には、特性Ｘ線発生範囲を示す図形１１２、特性Ｘ線発生深さを示す数値１１４、等が含まれる。加速電圧、チルト角、又は、試料を構成する元素の変更に伴って、参照像８２が変化する。参照像８２には、入射電子散乱範囲を示す図形、反射電子発生範囲を示す図形１０８等が含まれ得る。【選択図】図５

Description

本開示は、荷電粒子線装置及び設定支援方法に関し、特に、照射条件の設定を支援する技術に関する。

荷電粒子線装置として、走査電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザー、イオンビーム照射装置、等が知られている。以下においては、それらの装置を代表して走査電子顕微鏡について説明する。

走査電子顕微鏡は、荷電粒子線である電子線（電子ビーム）を試料に対して照射し、試料から放出される二次電子、反射電子、特性Ｘ線等を検出する装置である。電子線の二次元走査により得られた一連の検出信号に基づいて試料の表面又は表層を表す画像が形成される。試料から出た特性Ｘ線の分析により、試料の定性解析及び定量解析が実行される。

走査電子顕微鏡による試料の測定においては、試料を構成する元素によって試料内における電子侵入深さ（電子線侵入深さ、電子散乱深さ）が変化し、また、電子線の加速電圧（入射電圧）によって試料内における電子侵入深さが変化する。これと同様に、試料を構成する元素や電子線の加速電圧によって、試料内において反射電子が発生する深さ（試料から放出される反射電子の発生範囲）、及び、試料内において特性Ｘ線が発生する深さ（試料から放出される特性Ｘ線の発生範囲）が変化する。

走査電子顕微鏡においては、ユーザーによる数値の指定により、加速電圧等の照射条件が設定される。従来において、照射条件の設定時に、設定作業を支援する模式図等は表示されていない。なお、試料中の電子散乱範囲又は信号発生範囲を推定するシミュレーション装置も知られている。そのような装置は、測定装置ではなく、単体で機能するものであり、そのような装置と荷電粒子線装置の連携は図られていない。

特許文献１及び特許文献２には、Ｘ線分析装置が開示されている。それらの文献には、試料内でのＸ線発生領域の計算、及び、Ｘ線発生領域に基づく加速電圧の決定、が記載されている。しかし、それらの特許文献には、ユーザーによる照射条件の設定を支援する技術は開示されていない。なお、本願明細書において、照射条件の設定の概念には、照射条件の確認及び変更が含まれ得る。

特開２００４－１６３１３５号公報 特開２００６－２７５７５６号公報

本開示の目的は、荷電粒子線装置において、ユーザーによる照射条件の設定を支援することにある。あるいは、本開示の目的は、荷電粒子線装置において、試料内で生じる物理現象の範囲及びその大きさをイメージしながら、照射条件の設定を行えるようにすることにある。

本開示に係る荷電粒子線装置は、試料に対して荷電粒子線を照射し、前記試料から出る信号を検出する測定部と、照射条件及び試料情報に基づいて、試料内における信号発生範囲を模擬した図形及び前記信号発生範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する参照像生成部と、前記照射条件を設定する際に前記参照像を含むグラフィカルユーザーインターフェイス画像を表示する表示器と、を含むことを特徴とする。

本開示に係る設定支援方法は、照射条件及び試料情報に基づいて、電子線が照射される試料内における物理現象の範囲を模擬した図形及び前記物理現象の範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する工程と、ユーザーが前記照射条件の設定を行う際に前記参照像を表示する工程と、を含むことを特徴とする。

本開示によれば、荷電粒子線装置において、ユーザーによる照射条件の設定を支援できる。あるいは、本開示によれば、試料内で生じる物理現象の範囲及びその大きさをイメージしながら、照射条件の設定を行える。

実施形態に係る走査電子顕微鏡を示す概念図である。 第１実施例に係るＵＩ（ユーザーインターフェイス）部を示す図である。 元素テーブルの一例を示す図である。 表示開始操作を説明するための図である。 第１実施例に係る参照像を示す図である。 加速電圧設定用のポップアップウインドウを示す図である。 チルト角設定用のポップアップウインドウを示す図である。 傾斜状態を表した参照像を示す図である。 特性Ｘ線発生深さ表示用のポップアップウインドウを示す図である。 加速電圧表示用のポップアップウインドウを示す図である。 特性Ｘ線発生深さの指定を説明するための図である。 第２実施例に係るＵＩ部を示す図である。 深さの定義を説明するための図である。 第２実施例に係る参照像を示す図である。 傾斜状態を表した参照像を示す図である。 加速電圧設定用の他のポップアップウインドウを示す図である。 チルト角設定用の他のポップアップウインドウを示す図である。 アニメーション表示を示す図である。 複数の参照像の並列表示を示す図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）実施形態の概要
実施形態に係る荷電粒子線装置は、測定部、参照像生成部、及び、表示器を含む。測定部は、試料に対して荷電粒子線を照射し、試料から出る信号を検出する。参照像生成部は、照射条件及び試料情報に基づいて、試料内における信号発生範囲を模擬した図形及び信号発生範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する。表示器は、照射条件を設定する際に参照像を含むグラフィカルユーザーインターフェイス画像を表示する。

上記構成によれば、グラフィカルユーザーインターフェイス画像中の参照像の観察を通じて、試料内における信号発生範囲の広がりをイメージ又は認識しながら、照射条件を設定することが可能となる。これにより、荷電粒子線又は荷電粒子線装置についての知識が乏しいユーザーであっても、照射条件を適切に設定することが可能となる。

実施形態において、荷電粒子線は、電子線であり、測定部には、電子線源、検出器等が含まれる。検出器として、二次電子検出器、反射電子検出器、特性Ｘ線検出器、等が挙げられる。照射条件の概念には、加速電圧が含まれ、更に試料傾斜角度が含まれる。試料情報は、試料を構成する元素についての元素情報であり、特に、試料内での電子散乱範囲や信号発生範囲に影響を与える物理的情報である。信号発生範囲は、例えば、特性Ｘ線の発生範囲、反射電子の発生範囲、等である。複数の信号発生範囲を示す複数の図形及び複数の信号発生範囲の大きさを示す複数の数値を含む参照像が生成されてもよい。参照像に、電子散乱範囲を示す図形及びその大きさを示す数値が含まれてもよい。

実施形態においては、信号発生範囲の大きさの変化にかかわらず、図形のサイズが維持されているが、信号発生範囲の大きさの変化に応じて図形のサイズを変化させてもよい。図形のサイズが一定であっても、図形に付随する数値が変化することにより、信号発生範囲の大きさを認識し得る。実施形態においては、図形の外形を通じて試料内の信号発生範囲の形状を凡そ認識することが可能である。もっとも、図形の形状や数値はいずれも目安である。それらが目安であっても、何らの情報がない場合に比べて、ユーザーによる照射条件の設定を支援し得る。

実施形態に係る荷電粒子線装置は、取得部、及び、受付部を含む。取得部は、照射条件として、測定部に既に設定されている照射条件を取得する。受付部は、照射条件として、グラフィカルユーザーインターフェイス画像を通じて入力された照射条件を受け付ける。測定部に既に設定されている照射条件の概念には、測定部を制御する制御部において認識及び管理されている照射条件が含まれる。

実施形態に係る荷電粒子線装置は、適用部を含む。適用部は、グラフィカルユーザーインターフェイス画像を通じて入力された照射条件を測定部に対して適用する。ここで、適用は、有効化、仮設定から本設定への変更、等を意味する。

実施形態において、照射条件を変更すると、参照像が変化する。変化後の参照像を参照しながら、変更後の照射条件の妥当性を評価でき、そのような過程を経て、ユーザーにおいて適切な照射条件を絞り込める。

実施形態において、照射条件には加速電圧が含まれる。加速電圧の変更に伴って参照像が変化する。実施形態において、照射条件には試料傾斜角度が含まれる。試料傾斜角度の変更に伴って参照像が変化する。実施形態において、試料情報は元素情報である。元素情報の変更に伴って参照像が変化する。実施形態において、荷電粒子線は電子線である。参照像には、信号発生範囲としての特性Ｘ線発生範囲を模擬した図形及び特性Ｘ線発生範囲の大きさを示す数値が含まれる。実施形態において、参照像には、信号発生範囲としての反射電子発生範囲を模擬した図形及び反射電子発生範囲の大きさを示す数値が含まれる。実施形態において、参照像には、試料内における電子散乱範囲を模擬した図形及び電子散乱範囲の大きさを示す数値が含まれる。実施形態において、参照像には照射条件を示す数値が含まれる。信号発生範囲の大きさを示す数値の変更に伴って照射条件を示す数値が変化する。

実施形態に係る支援方法は、第１工程及び第２工程を含む。第１工程では、照射条件及び試料情報に基づいて、電子線が照射される試料内における物理現象の範囲を模擬した図形及び物理現象の範囲の大きさを示す数値を含む参照像が生成される。第２工程では、ユーザーが照射条件の設定を行う際に、参照像が表示される。

実施形態においては、第２工程に続いて、参照像を含むグラフィカルユーザーインターフェイス画像を通じてユーザーにより入力された照射条件が受け付けられる。その後の一定の操作又は入力を経て、受け付けられた照射条件が正式な照射条件となる。

上記設定支援方法は、ソフトウエアの機能により実現され得る。その場合、上記設定支援方法を実行するプログラムが、ネットワーク又は可搬型記憶媒体を介して、荷電粒子線装置、情報処理装置、等に対してインストールされる。

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る荷電粒子線装置が示されている。荷電粒子線装置は、具体的には、走査電子顕微鏡１０である。走査電子顕微鏡１０は、図示された構成例において、測定部１２及び情報処理部１４に大別される。情報処理部１４は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）により構成される。情報処理部１４には、表示器１６及び入力器１８が接続されている。

測定部１２は、鏡筒２０及び本体２１を有する。本体２１の内部が試料室２２である。鏡筒２０内には、電子線源、集束レンズ、偏向走査レンズ、対物レンズ等が設けられている。それらによって電子ビームつまり電子線２３が生成される。試料室２２内には、試料ステージ２４が設けられ、試料ステージ２４によって試料２５が保持されている。具体的には、試料ステージ２４に対して試料２５を保持した試料ホルダが取り付けられている。試料ステージ２４は、試料２５を上下左右方向に移動させるＸＹＺ機構、試料２５を回転させる回転機構、及び、試料２５を傾斜させるチルト機構、を備えている。試料傾斜角度はチルト角とも称される。試料２５は、例えば、小片状、円板状の形態を有している。他の形態をもった試料２５が測定対象とされてもよい。

図示の構成例において、試料２５の周囲には、二次電子検出器２６、反射電子検出器２７、及び、特性Ｘ線分光器２８が設けられている。それらは模式的に表現されている。試料２５に対して電子線２３を照射すると、試料２５から二次電子及び反射電子が放出され、また試料２５から特性Ｘ線が放出される。二次電子検出器２６により、試料２５から放出された二次電子が検出される。反射電子検出器２７により、試料２５から放出された反射電子が検出される。特性Ｘ線分光器２８により、試料２５から放出された特性Ｘ線が検出される。

特性Ｘ線分光器２８は、例えば、エネルギー分散型特性Ｘ線分光器である。それに代えて、又は、それと共に、波長分散型特性Ｘ線分光器が設けられてもよい。以上挙げた検出器以外の検出器が設けられてもよい。通常、試料２５に対して電子線２３が二次元走査される。二次電子検出器２６、反射電子検出器２７及び特性Ｘ線分光器２８から出力された複数の検出信号が情報処理部１４へ送られている。

情報処理部１４は、情報処理を実行するプロセッサ、データ及びプログラムを格納するメモリ、等を有している。図１においては、情報処理部１４が発揮する代表的な複数の機能が複数のブロックにより表現されている。具体的には、情報処理部１４は、制御部３０、試料画像形成部３２、分析部３４、ＵＩ（ユーザーインターフェイス）部３６、等として機能する。

制御部３０は、測定部１２内の個々の機器の動作を制御する。制御部３０によって、ユーザー指定された照射条件を実現する複数の動作パラメータが決定される。照射条件には、電子線２３の加速電圧、試料２５のチルト角、等が含まれる。電子線２３の加速電圧は、試料２５から見て、電子線２３の入射電圧と言い得る。

試料画像形成部３２は、電子線２３の二次元走査によって得られた一連の検出信号（例えば、一連の二次電子検出信号又は一連の反射電子検出信号）に基づいて、試料２５の表面又は表層を表す二次元画像を形成する。分析部３４は、特性Ｘ線分光器２８から出力された検出信号に基づいて、試料２５の定性分析及び定量分析を実行するものである。分析部３４は、特に、試料を構成する１又は複数の元素、及び、元素ごとの濃度（重量濃度）を分析する機能を備えている。

ＵＩ部３６は、ユーザーに提供するグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）画像を生成し、ＧＵＩ画像を通じてユーザーが入力する情報を受け付ける。ＵＩ部３６は、参照像生成器３８を備えている。

参照像生成器３８は、参照像を生成するモジュールである。参照像は、試料内における信号発生範囲を模擬する図形及び信号発生範囲の大きさを表す数値を含む画像である。参照像は、ＧＵＩ画像の要部を構成する。信号発生範囲は、例えば、試料内における特性Ｘ線発生範囲であり、より詳しくは、試料から放出される特性Ｘ線が発生した範囲である。参照像に、他の信号発生範囲を示す図形が含まれてもよく、また、電子侵入範囲（電子散乱範囲）を示す図形が含まれてもよい。参照像は信号発生範囲の断面を示す像である。信号発生範囲を立体的に表現した参照像が生成されてもよい。

参照像又はそれを含むＧＵＩ画像は、ユーザーによる照射条件の設定を支援するための補助的画像である。ユーザーは、ＧＵＩ画像の観察を通じて信号発生範囲の形状や大きさをイメージ又は認識しながら、ＧＵＩ画像を通じて加速電圧等の照射条件を決定及び入力し得る。以上のように、ＵＩ部３６は、演算手段、画像生成手段、及び、受付手段として機能する。

図１に示す構成例では、情報処理部１４がＵＩ部３６を有していたが、ＵＩ部３６を他の情報処理部に含めてもよい。例えば、制御部３０を含む第１情報処理部及びＵＩ部３６を含む第２情報処理部を設け、それらを相互に連携させてもよい。

表示器１６は、液晶表示器、有機ＥＬ表示デバイス、等により構成される。入力器１８は、キーボード、ポインティングデバイス、等により構成される。表示器１６及び入力器１８として、タッチパネル付き表示器が設けられてもよい。

図２には、ＵＩ部３６の第１実施例が示されている。図２に示されている複数のブロックは、元素テーブル４６を除いて、いずれもソフトウエアにより実現される複数の機能に相当する。受付部４０は、加速電圧Ｅ_０、元素Ｓ及びチルト角Ｔを受け付けるモジュールである。受付部４０は、それらのデフォルト値を有している。加速電圧Ｅ_０のデフォルト値は例えば５ｋＶである。元素Ｓのデフォルト値は例えばアルミニウム（Ａｌ）である。チルト角のデフォルト値は例えば０°である。それらは一例に過ぎないものである。

符号４２で示すように、受付部４０は、ユーザーの操作に従って、制御部から、そこに既に設定されている加速電圧Ｅ_０及びチルト角Ｔを取得する。すなわち、受付部４０は取得部として機能する。また、符号５４及び符号４４で示すように、受付部４０は、ＧＵＩ画像を通じてユーザーにより入力される加速電圧Ｅ_０、元素Ｓ又はチルト角Ｔを受け付ける機能を有する。なお、加速電圧Ｅ_０のデフォルト値として、制御部に設定されている加速電圧が採用されてもよい。この場合、受付部４０は、参照像生成に先だって、制御部から加速電圧を自動的に取得する。

受付部４０において受け付けられた元素Ｓを特定する情報が元素テーブル４６に与えられる。元素テーブル４６は、元素データベースを構成するものである。元素Ｓを特定する情報が元素テーブル４６に与えられると、元素Ｓに対応する元素情報が元素テーブル４６から出力される。元素情報には、質量Ａ、原子番号Ｚ、密度ρ、及び、最低励起エネルギーＥｃが含まれる。最低励起エネルギーは、元素によって、及び、電子軌道によって、相違する。元素テーブル４６上において、複数の特性Ｘ線に対応する複数の最低励起エネルギーが管理され得る。

特性Ｘ線発生深さ演算器４８は、加速電圧Ｅ_０、チルト角Ｔ及び元素情報に基づいて、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘを演算する。その計算式については後に説明する。特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘは、後述するように、試料表面に直交する方向における、試料表面からの深さである。よって、元素Ｓが不変で、加速電圧Ｅ_０が一定であっても、チルト角Ｔが変化すると、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘが変化する。

画像生成器５０は、ＧＵＩ画像を生成するモジュールであり、それには参照像生成器３８が含まれる。参照像生成器３８に対しては、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘ、加速電圧Ｅ_０、元素Ｓ及びチルト角Ｔが与えられている。参照像には、特性Ｘ線発生範囲を模擬した図形、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘを示す数値、加速電圧Ｅ_０を示す数値、元素Ｓを示す記号、及び、チルト角Ｔを示す数値、が含まれる。特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘは、特性Ｘ線発生範囲の深さ方向の最大値である。

実施形態において、特性Ｘ線発生範囲を模擬した図形の大きさは、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘによらずに一定である。一方、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘに応じてそれを示す数値は変化する。後述するように、チルト角の変更により、各図形における切り取り部分（マスクされる部分）の大きさが変化する。符号５２は、表示器に対して出力する信号を示している。符号５４は、入力器からの信号を示している。

加速電圧演算器５６は、必要に応じて、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘから加速電圧Ｅ_０を逆算するモジュールである。その逆算に際しては、元素情報が参照される。逆算された加速電圧Ｅ_０が受付部４０を通じて参照像生成器３８に送られ、参照像が更新される。具体的には、加速電圧Ｅ_０を示す数値が更新される。

図２に示す構成例では、受付部４０が照射条件を有効化する適用機能を備えていない。よって、ＧＵＩ画像上において加速電圧等の照射条件が指定された場合、指定された照射条件を制御部に対して別途入力することが求められる。これはユーザーによる照射条件の設定をより慎重に行わせるための安全策である。この場合でも、ＧＵＩ画像が照射条件の設定を支援する画像であることに変わりはない。もっとも、後に説明するように、受付部に適用機能を付加し、ＧＵＩ画像を通じて指定された照射条件が制御部に対して直接的に適用されてもよい。

なお、従来同様、照射条件を設定するための設定画像（但し参照像を有しない）を通じて、照射条件の新規設定、照射条件の確認、及び、照射条件の変更を行える。そのような設定画像は、図１に示した制御部により生成される。例えば、電子線又は走査電子顕微鏡についての知識及び経験が豊富なユーザーにおいては、ＧＵＩ画像の表示を経由せずに、設定画像上において照射条件を設定し得る。

図３には、元素テーブルの構成例が示されている。元素テーブル４６は、不揮発メモリ上に構築される。元素テーブル４６は、複数の元素に対応する複数のレコード６０を有する。各レコードは、元素６２に対応する複数の情報からなる。それらの情報には、原子番号６４、質量６６、密度（重量密度）６８、最低励起エネルギー７０、等が含まれる。上記のように、複数の特性Ｘ線に対応して複数の最低励起エネルギー７０が登録され得る。

図４には、ＧＵＩ画像の表示を開始する際に行われる操作が示されている。画面７２内には、複数のウインドウ７４，７５が含まれる。ウインドウ７４はメインウインドウであり、その中には複数の画像が選択的に表示される。それらの画像には設定画像及びＧＵＩ画像が含まれる。

メニューバー７６には、複数のボタン７７ａ，７７ｂ，７７ｃが含まれる。例えば、ボタン７７ｃはＧＵＩ画像の表示を起動するためのボタンである。ボタン７７ｃをポインタ７８で選択し、クリック操作を行うことにより、ウインドウ７４内に、参照像を含むＧＵＩ画像が表示される。

図５には、第１実施例に係るＧＵＩ画像８１が示されている。ＧＵＩ画像８１には、第１実施例に係る参照像８２が含まれる。図示の例では、ＧＵＩ画像８１には、ガイダンス表示１２０も含まれる。参照像８２には、複数の図形８４，９０，１０２，１０８，１１２、複数の数値８６，９６，１１４、及び、複数のラベル（文字列）９２，９８，１０６，１１０，１１６が含まれる。参照像８２は、試料の縦断面（電子線の軌道を含む断面）に相当する。

図形８４は、三角形であり、具体的には下向きの尖塔形を有し、それは電子線を模擬している。図形９０は試料表面を模擬する直線である。実際には、試料表面に凹凸があっても、図形９０は直線のままである。図形９０よりも下側が試料内部に相当している。図形８４の頂点１０４が図形９０に接している。頂点１０４は電子線を照射する点を示している。数値８６は加速電圧（入射電圧）を示すものである。破線で表現されたボックス８８，９４，１００，１１８は、その内部の値がユーザーにより変更可能な値であることを示している。それらはポインタ認識領域として機能する。数値９６は、チルト角を示している。チルト角として、０°から９０°の範囲内の任意の数値を指定し得る。その範囲は例示である。ラベル９８は、チルト角を示すシンボルである。

ラベル９２は、試料を構成する元素を示している。具体的にはラベル９２は元素記号である。元素はユーザーにより指定される。試料が複数の元素により構成される場合、主要な元素又は支配的な元素が指定されてもよい。複数の元素を同時に指定できる構成を採用してもよい。例えば、周期律表を表示し、その中から１又は複数の元素が選択されてもよい。

図形１０２は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１０４に一致している。図形１０２は二次電子発生範囲を模擬したものである。その内部には二次電子を示すラベル（ＳＥ）１０６が表示されている。図形１０２のサイズは、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。なお、液滴形状における２つの斜辺は水平軸に対して＋４５°及び－４５°傾いている。

図形１０８は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１０４に一致している。図形１０８は反射電子発生範囲を模擬したものである。その内部には反射電子を示すラベル（ＢＳＥ）１１０が表示されている。図形１０８のサイズも、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。

図形１１２は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１０４に一致している。図形１１２は特性Ｘ線発生範囲を模擬したものである。その内部には特性Ｘ線を示すラベル（Characteristic X-ray）１１６が表示されている。図形１１２のサイズも、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。図形１１２の内部には、特性Ｘ線発生深さ（つまり上記Ｄ_Ｘ）を示す数値１１４が表示されている。その数値は、試料から放出される特性Ｘ線の発範囲の大きさ（深さ方向の最大値）を示すものである。数値１１４は、加速電圧の変更に伴って変化し、元素の変更に伴って変化し、あるいは、チルト角の変更に伴って変化する。複数の特性Ｘ線が生じる場合、いずれか１つの特性Ｘ線について発生深さが表示される。実施形態においては、加速電圧に応じて、複数の特性Ｘ線の中から発生深さを表示する特性Ｘ線を選択するためのテーブルが用意され、そのテーブルの参照により、加速電圧に応じて、表示する発生深さが選択されている。もちろん、複数の発生深さを併記するようにしてもよい。

ガイダンス表示１２０は、入射電圧つまり加速電圧から特性Ｘ線発生深さが計算されていることを示している。それとは逆に、特性Ｘ線発生深さから加速電圧が計算されている場合、後に示す別のガイダンス表示が提示される。

図形１０２，１０８，１１２に対してペイント処理を施してもよい。それらの中から表示対象図形を任意に選択できるようにしてもよい。参照像８２の表示サイズを調整できるように構成してもよい。図形１０２，１０８，１１２の形状として、液滴形状以外の図形、例えば円形、楕円形、壺形状等が採用されてもよい。

図５において、ポインタ（カーソル）１２１を数値８６に近付け、具体的には、ボックス８８内に位置させ、その上で、クリック操作を行うと、図６に示すウインドウ１２２がポップアップ表示される。

図６において、ウインドウ１２２には、加速電圧の入力欄１２４、取得ボタン１２６、ＯＫボタン１２８、及び、キャンセルボタン１３０が含まれる。入力欄１２４を利用して加速電圧を数値として直接的に入力することが可能である。取得ボタン１２６をクリックすると、制御部に設定されている加速電圧が取得され、その加速電圧が入力欄１２４に反映される。ＯＫボタン１２８のクリックにより、ウインドウ１２２がクローズし、入力欄１２４に入力した加速電圧が参照像に反映される。具体的には、加速電圧を示す数値が変更され、特性Ｘ線発生深さを示す数値が変更される。

図５において、ポインタ１２１をボックス１００内に位置させた上で、クリック操作を行うと、図７に示すウインドウ１３２がポップアップ表示される。ウインドウ１３２には、チルト角の入力欄１３４、取得ボタン１３６、ＯＫボタン１３８、及び、キャンセルボタン１４０が含まれる。入力欄１３４を利用してチルト角を数値として直接的に入力することが可能である。取得ボタン１３６をクリックすると、制御部に設定されているチルト角が取得され、それが入力欄１３４に反映される。ＯＫボタン１３８のクリックにより、ウインドウ１３２がクローズし、入力欄１３４に入力したチルト角が参照像に反映される。この場合、参照像の形態が変化し、特性Ｘ線発生深さを示す数値が変化する。

図８には、チルト角として３０°を指定した場合に表示される参照像が示されている。数値９６として「３０．０００°」が表示されている。試料表面を示す直線９０Ａが傾斜した状態にあり、その傾き角度は３０°である。電子線を示す図形の向き及び位置は維持されている。図８に示す例では、図形１０２，１０８，１１２に対してマスク領域は及んでおらず、個々の図形１０２，１０８，１１２の全体が表示されている。特性Ｘ線発生深さを示す数値１１４はチルト角に応じて変化する。試料傾斜状態における深さの定義については後に詳述する。

図５において、ポインタ１２１をボックス１１４内に位置させると（クリック操作は不要）、図９に示すウインドウ１４４が自動的にポップアップ表示される。図９において、ウインドウ１４４には、特性Ｘ線発生深さを示す２つの数値１４６，１４８が含まれる。数値１４６はＬ線の発生深さを示しており、数値１４８はＫ線の発生深さを示している。これにより、複数の特性Ｘ線が生じる場合におけるそれぞれの特性Ｘ線の発生深さを認識することが可能である。参照像には１つの数値１１４しか含まれていないが、参照像に複数の発生深さを示す複数の数値を含めてもよい。実施形態によれば、参照像の内容を簡素化することが可能である。

図５において、ポインタ１２１をボックス８８内に位置させると（クリック操作は不要）、図１０に示すウインドウ１５０が自動的にポップアップ表示される。図１０において、ウインドウ１５０には、２つの特性Ｘ線に対応した２つの入射電圧を示す数値１５２，１５４が含まれる。数値１５２は、Ｌ線の発生深さに対応した入射電圧を示しており、数値１５４はＫ線の発生深さに対応した入射電圧を示している。これにより、複数の特性Ｘ線が生じる元素について、特定の特性Ｘ線を観測したい場合に指定すべき加速電圧を認識することが可能となる。参照像には１つの加速電圧を示す数値しか含まれていないが、参照像に複数の加速電圧を示す複数の数値を併記してもよい。実施形態によれば、参照像の内容を簡素化することが可能である。

図５において、ポインタ１２１をボックス１１８内に位置させ、その状態で、クリック操作を行うと、図１１に示すウインドウ１５６がポップアップ表示される。図１１において、ウインドウ１５６には、特性Ｘ線発生深さの入力欄１５８、ＯＫボタン１６０等が含まれる。入力欄１５８を利用して発生深さを直接入力し、ＯＫボタン１６０を操作すると、その発生深さに対応する加速電圧が計算され、数値８６が更新される。その場合、ガイダンス表示１６２が表示される。このように、発生深さから加速電圧を逆算することが可能である。

次に、図１２以降の各図面を参照しながら、ＵＩ部の第２実施例について説明する。図１２に示されている複数のブロックは、元素テーブル１８０を除いて、いずれもソフトウエアにより実現される機能を示している。受付部１７２は、加速電圧Ｅ_０、元素Ｓ及びチルト角Ｔを受け付けるモジュールである。

符号１７６で示すように、受付部４０は、ユーザーの操作に従って、制御部から、そこに設定されている加速電圧Ｅ_０及びチルト角Ｔを取得する取得部として機能し、また、分析部から、試料を構成する元素Ｓの情報を取得する取得部として機能する。試料が複数の元素により構成される場合、各元素の濃度が併せて取得されてもよい。受付部１７２は、符号１９４及び符号１７４で示すように、ＧＵＩ画像を通じてユーザーにより入力された加速電圧Ｅ_０、元素Ｓ又はチルト角Ｔを受け付ける機能を有する。

受付部１７２は、ユーザー操作に従って、受け付けられた照射条件を制御部へ転送し、その照射条件を適用つまり有効化する転送部としても機能する（符号１７８を参照）。転送される照射条件は、加速電圧Ｅ_０及びチルト角Ｔの内の両方又は一方である。

受付部４０において受け付けられた元素Ｓを特定する情報が元素テーブル１８０に与えられている。元素テーブル１８０は元素データベースを構成するものである。元素Ｓを特定する情報が元素テーブル１８０に与えられると、その元素Ｓに対応する元素情報が元素テーブル１８０から出力される。元素情報には、質量Ａ、原子番号Ｚ、密度ρ、及び、最低励起エネルギーＥｃが含まれる。最低励起エネルギーＥｃは、特性Ｘ線を生じさせる最低のエネルギーに相当する。

電子侵入深さ演算器１８２は、加速電圧Ｅ_０、チルト角Ｔ及び元素情報に基づいて、電子侵入深さＤ_ＰＥを演算する。電子侵入深さＤ_ＰＥを求めるための計算式については後に説明する。電子侵入深さＤ_ＰＥは電子散乱範囲の深さ方向の大きさである。電子侵入深さ演算器１８２は、電子散乱範囲の横幅、つまり深さ軸に直交する方向の幅Ｄ_φを演算する機能も有している。電子散乱範囲の幅Ｄ_φを求めるための計算式については後に説明する。

反射電子発生深さ演算器１８４は、実施形態において、電子侵入深さＤ_ＰＥに基づいて反射電子発生深さＤ_ＢＳＥを演算する。必要であれば、その演算の際に元素情報が参照されてもよい。反射電子発生深さＤ_ＢＳＥを求めるための計算式については後に説明する。特性Ｘ線発生深さ演算器１８６は、加速電圧Ｅ_０、チルト角Ｔ及び元素情報に基づいて、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘを演算する。その計算式については後に説明する。

画像生成器１８８は、ＧＵＩ画像を生成するモジュールであり、それには参照像生成器１９０が含まれる。参照像生成器１９０に対しては、電子侵入深さ（電子散乱範囲の深さ）Ｄ_ＰＥ、電子散乱範囲の幅Ｄ_φ、反射電子発生深さＤ_ＢＳＥ、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘ、加速電圧Ｅ_０、元素Ｓ及びチルト角Ｔが与えられている。符号１９２は、表示器に対して出力する信号を示している。符号１９４は、入力器からの信号を示している。

加速電圧演算器１９６は、必要に応じて、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘから加速電圧Ｅ_０を逆算するモジュールである。その逆算に際しては、元素情報が参照される。逆算された加速電圧Ｅ_０が受付部１７２に送られている（符号１９８を参照）。

以下、電子侵入深さＤ_ＰＥ、電子散乱範囲の幅Ｄ_φ、反射電子発生深さＤ_ＢＳＥ、及び、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘの計算方法について説明する。

まず、試料が傾斜していないことを前提とする。電子侵入深さＤ_ＰＥは、公知の以下の（１）式によって計算される。

上記（１）式において、Ａは原子の質量を示しており、Ｅ_０は加速電圧を示しており、ρは元素の密度を示しており、Ｚは原子番号を示している。公知の以下の（２）式によっても電子侵入深さＤ_ＰＥを計算し得る。

質量Ａ、密度ρ、原子番号Ｚは、元素テーブル上において特定される。電子散乱範囲の幅Ｄ_φは、一般に、電子侵入深さＤ_ＰＥとほぼ同じであると考えられている。それを表したのが以下の（３）式である。

反射電子発生深さＤ_ＢＳＥは以下の（４）式によって計算される。すなわち、反射電子発生深さＤ_ＢＳＥは、電子侵入深さＤ_ＰＥの半分として、電子侵入深さＤ_ＰＥから計算される。

特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘは、以下の（５）式によって計算される。以下のＥｃは、特定の電子軌道についての最低励起エネルギーである。

特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘから加速電圧Ｅ_０を逆算する場合、上記（５）を変形した以下の（６）式を用いればよい。

一方、試料がチルト角Ｔで傾斜している場合、以下の（７）式によって定義される補正係数ｋが利用される。

具体的には、電子侵入深さＤ_ＰＥ、反射電子発生深さＤ_ＢＳＥ、及び、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘに対して、補正係数ｋを乗算することにより、傾斜状態での電子侵入深さＤ_ＰＥ’、反射電子発生深さＤ_ＢＳＥ’、及び、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘ’が求められる。ちなみに、以下に説明するモデルに従う場合、電子散乱範囲の幅Ｄ_φは、試料の傾斜に依存しない。

深さの定義及び補正係数について、図１３を用いて、更に詳しく説明する。図１３において、Ｆは試料表面を示している。Ｚ軸は傾斜前の電子線に相当している。電子侵入深さがＤ_ＰＥで示されている。電子侵入深さＤ_ＰＥは試料内の電子散乱範囲の大きさを規定するものであり、図１３において、電子散乱範囲は円（実際は球）Ｑで表現されている。その原点がＯで示されている。試料表面から原点Ｏまでの距離（Ｚ軸上の深さ）はＤ_ＰＥ／２である。

チルト角Ｔに従って試料が傾斜する。見方を変えると、試料に対して電子線が相対的に傾斜する。傾斜後の電子線がＺ１で示されている。このように、図１３においては、説明のため、試料の位置及び姿勢を固定し、電子線を傾斜させている。傾斜後の電子散乱範囲が円Ｑ’で示されている。

実施形態においては、試料表面からそれに直交する方向の距離が深さであるとの定義が採用されている。その定義に従う場合、試料傾斜後の電子散乱範囲の原点Ｏ’の深さは、（Ｄ_ＰＥ／２）×ｃｏｓＴとなる。その深さに対して円Ｑ’の半径Ｄ_ＰＥ／２を加えたもの、つまり、Ｄ_ＰＥ×１／２（１＋ｃｏｓＴ）が試料傾斜後における電子侵入深さとなる。その計算式からＤ_ＰＥを除外したものが上記補正係数ｋである。

試料表面からそれに直交する方向の距離が深さであるとの定義を採用したため、チルト角Ｔの増加に従って、電子侵入深さＤ_ＰＥ、反射電子発生深さＤ_ＢＳＥ、及び、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘは、それぞれ減少する。

以上において示した計算式やモデルは一例であり、他の計算式やモデルを利用してもよい。いずれにしても、電子散乱範囲、反射電子発生範囲、及び、特性Ｘ線発生範囲といった物理現象の範囲の形状及び大きさを大まかに示す目安をユーザーに提供すれば、それらの情報がまったく得られない場合に比べて、ユーザーの負担を軽減でき、あるいは、ユーザーによる照射条件設定を支援することが可能となる。

図１４には、第２実施例において生成及び表示されるＧＵＩ画像が示されている。そのＧＵＩ画像には、第２例に係る参照像２０２、及び、ガイダンス表示１２０が含まれる。図１４において、図５に示した要素と同様の要素には同一の符号を付してある。

参照像２０２には、複数の図形８４，９０，１０２，１０８，１１２，２０４、及び、複数の数値８６，９６，１１４，２０６，２０８，２１２、及び、複数のラベル（文字列）９２，９８，１０６，１１０，１１６，２１０が含まれる。参照像２０２は、試料の縦断面に相当する。

図形８４は、下向きの尖塔形を有し、それは電子線を示している。図形９０は試料表面を模擬する直線である。図形８４の頂点１０４が図形９０に接している。頂点１０４は電子線を照射する点を示している。数値８６は加速電圧（入射電圧）を示すものである。数値９６は、チルト角を示している。ラベル９８は、チルト角を示すシンボルである。

ラベル９２は、試料を構成する元素を示している。具体的にはそれは元素記号である。試料が複数の元素により構成される場合、上述したように、主要な元素又は支配的な元素が選択される。複数の元素を指定できるように構成してもよい。例えば、周期律表を表示し、その中から１又は複数の元素を選択できるように構成してもよい。

図形１０２は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１０４に一致している。図形１０２は二次電子発生範囲を模擬したものである。その内部には二次電子を示すラベル（ＳＥ）１０６が表示されている。図形１０２のサイズは、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。

図形１０８は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１０４に一致している。図形１０８は反射電子発生範囲を模擬したものである。その内部には反射電子を示すラベル（ＢＳＥ）１１０が表示されている。また、反射電子発生深さを示す数値２１２が表示されている。図形１０８のサイズは、加速電圧等にかかわらず一定であるが、上記同様に、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。数値２１２は、加速電圧の変更に伴って変化し、元素の変更に伴って変化し、あるいは、チルト角の変更に伴って変化する。

図形１１２は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１０４に一致している。図形１１２は特性Ｘ線発生範囲を模擬したものである。その内部には特性Ｘ線を示すラベル（Characteristic X-ray）１１６が表示されている。図形１１２のサイズも、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。図形１１２の内部には、特性Ｘ線発生深さを示す数値１１４が表示されている。その数値は、試料から放出される特性Ｘ線の発生範囲の大きさ（深さ方向の幅）を示すものである。数値１１４は、加速電圧の変更に伴って変化し、元素の変更に伴って変化し、あるいは、チルト角の変更に伴って変化する。

図形２０４は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１０４に一致している。図形２０４は電子散乱範囲を模擬したものである。その内部には、入射電子を示すラベル２１０が表示されている。図形２０４のサイズも、加速電圧等にかかわらず一定である。もちろん、そのサイズを加速電圧等に応じて変化させてもよい。

図形２０４の内部には、電子散乱範囲の大きさ（電子侵入深さ）を示す数値２０６が表示されており、また、電子散乱範囲の幅を示す数値２０８が表示されている。数値２０６は、加速電圧の変更に伴って変化し、元素の変更に伴って変化し、あるいは、チルト角の変更に伴って変化する。数値２０６は、加速電圧の変更に伴って変化し、あるいは、元素の変更に伴って変化するが、チルト角の変更に伴っては変化しない。

ガイダンス表示１２０は、入射電圧つまり加速電圧から特性Ｘ線発生深さが計算されていることを示している。

図形１０２，１０８，１１２，２０４に対してペイント処理が施されており、各図形が相互に識別されている。もっとも、図形１０２，１０８，１１２，２０４における重合領域においては、いずれかの図形（小さい方の図形）が優先的に表示されている。図形１０２，１０８，１１２，２０４の形状として、液滴形状以外の図形、例えば円形、楕円形状、壺形状等を採用してもよい。複数の範囲の相互間において、大小関係が逆転する場合には、その旨を表示し、あるいは、１又は複数の図形を消去してもよい。

図１５には、試料が傾斜した場合における参照像が示されている。数値９６Ａがチルト角を示している。試料表面を示す図形９０Ｂが傾斜状態にある。もとの複数の図形の内で、直線よりも上側に出る部分はマスク処理され、マスク処理後の図形１０２Ａ，１０８Ａ，１１２Ａ，２０４Ａが表示されている。複数の数値として表示されている複数の深さは、上記で説明したように、それぞれ、試料面に直交する方向における深さである。

参照像を観察しながら、加速電圧やチルト角を変更して、試料との関係で、最適な照射条件を決定し、その上で、その照射条件を実際に適用して、試料の測定を行える。

第２実施例を採用する場合、ＧＵＩ画像上において、例えば、加速電圧を含むボックスをクリックした時点で、図１６に示すウインドウ２１４をポップアップ表示させてもよい。ウインドウ２１４には、加速電圧の入力欄１２４、取得ボタン１２６、ＯＫボタン１２８、及び、キャンセルボタン１３０に加えて、適用ボタン２１６が含まれる。適用ボタン２１６を操作すると、その時点においてＧＵＩ画像上で指定されている加速電圧が、制御部に設定される実際の加速電圧となる。

第２実施例を採用する場合、ＧＵＩ画像上において、例えば、チルト角を含むボックスをクリックした時点で、図１７に示すウインドウ２１８をポップアップ表示させてもよい。ウインドウ２１８には、チルト角の入力欄１３４、取得ボタン１３６、ＯＫボタン１３８、及び、キャンセルボタン１４０に加えて、適用ボタン２２０が含まれる。適用ボタン２２０を操作すると、その時点においてＧＵＩ画像上で指定されているチルト角が、制御部に設定される実際のチルト角となる。

図１８には、参照像表示前のアニメーション表示が例示されている。複数の画像２２２～２２８によって画像内容の動的変化が示されている。実際にはより多くの画像が表示されるが、図１８においては代表的な幾つかの画像２２２～２２８が示されている。

最初に画像２２２が表示される。画像２２２には試料表面を示す線２３２と電子線を示す図形２３０が表示される。その後、画像２２４及び画像２２６に示されるように、試料内での電子散乱を模擬する像が表示される。その像は複数の直線からなるものである。例えば、符号２３４及び符号２３６で示すように、ランダムに直線を生成し、その数を徐々に増加させることにより、電子散乱を模擬する像を生成し得る。画像２２２についてはその表示を省略してもよい。

実際にモンテカルロシミュレーション等を行うことにより電子散乱状態の変化を示す動画像を形成してよいが、その場合には時間がかかるので、簡易的なアニメーション表示を採用したものである。アニメーション表示の終了時点で、直ちに参照像２３８が表示される。このような表示によれば、知識や経験の乏しいユーザーであっても、測定時に生じる物理現象をイメージし易くなり、照射条件の設定を視覚的に支援することが可能となる。上記の参照像は、既に設定されている照射条件を確認する場合においても機能する。

図１９に示すように、複数の参照像２４２，２４４を同時に表示してもよい。参照像２４２は、信号発生範囲及び電子散乱範囲を示す参照像である。参照像２４４は、試料室内の様子を模式的に示す画像である。具体的には、参照像２４４は、試料室を水平方向から見た様子を示すＣＧ画像である。参照像２４４には、対物レンズの下端部を示すオブジェクト２４８、及び、試料ホルダを示すオブジェクト２５０が含まれる。試料ホルダによって試料が保持される。試料ホルダは試料ステージにより支持され、又は、試料ステージの一部である。

制御部に対して、試料の傾斜角度を設定すると、試料ホルダが傾斜し、それに伴ってオブジェクト２５０が傾斜する。傾斜角度がＴｘで示されている。一方、ＵＩ部に対して、傾斜角度としてＴｘを指定し、又は、制御部に設定された傾斜角度ＴｘをＵＩ部に読み込ませると、参照像２４２が表示される。試料表面を示す図形２４６の傾斜角度はＴｘである。２つの参照２４２，２２４の同時観察により、電子線と試料の関係を把握しつつ、試料内部で生じる物理現象をイメージすることが可能となる。その上で、照射条件の確認又は変更を行える。

参照像２４２と共に表示される画像として、参照像２４４以外の画像が表示されてもよい。例えば、試料ホルダの上面を撮影して得られた画像が表示されるようにしてもよい。

上記実施形態においては、走査電子顕微鏡について説明したが、上記で説明した事項が他の荷電粒子線装置に適用されてもよい。

１０ 走査電子顕微鏡、１２ 測定部、１４ 情報処理部、１６ 表示器、１８ 入力器、２２ 試料室、２３ 電子線、２４ 試料ステージ、２５ 試料、３６，１８８ ＵＩ部、３８，１９０ 参照像生成器、４０，１７２ 受付部、４６，１８０ 元素テーブル、４８，１８６ 特性Ｘ線発生深さ演算器、５０，１８８ 画像生成器、５６，１９６ 加速電圧演算器、８２，２０２ 参照像、１８２ 電子侵入深さ演算器、１８４ 反射電子発生深さ演算器。

Claims (11)

1. 試料に対して荷電粒子線を照射し、前記試料から出る信号を検出する測定部と、
   照射条件及び試料情報に基づいて、前記試料内における信号発生範囲を模擬した図形及び前記信号発生範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する参照像生成部と、
   前記荷電粒子線の照射条件の設定時に、前記参照像を含むグラフィカルユーザーインターフェイス画像を表示する表示器と、
   を含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記照射条件として、前記測定部に対して既に設定されている照射条件を取得する取得部と、
   前記照射条件として、前記グラフィカルユーザーインターフェイス画像を通じて入力された照射条件を受け付ける受付部と、
   を含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記グラフィカルユーザーインターフェイス画像を通じて入力された照射条件を前記測定部に対して適用する適用部を含む、
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記照射条件には加速電圧が含まれ、
   前記加速電圧の変更に伴って前記参照像が変化する、
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記照射条件には試料傾斜角度が含まれ、
   前記試料傾斜角度の変更に伴って前記参照像が変化する、
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記試料情報は元素情報であり、
   前記元素情報の変更に伴って前記参照像が変化する、
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記荷電粒子線は電子線であり、
   前記参照像には、前記信号発生範囲としての特性Ｘ線発生範囲を模擬した図形及び前記特性Ｘ線発生範囲の大きさを示す数値が含まれる、
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記参照像には、前記信号発生範囲としての反射電子発生範囲を模擬した図形及び前記反射電子発生範囲の大きさを示す数値が含まれる、
   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、
   前記参照像には、前記試料内における電子散乱範囲を模擬した図形及び前記電子散乱範囲の大きさを示す数値が含まれる、
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
    前記参照像には前記照射条件を示す数値が含まれ、
    前記信号発生範囲の大きさを示す数値の変更に伴って前記照射条件を示す数値が変化する、
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
11. 照射条件及び試料情報に基づいて、電子線が照射される試料内における物理現象の範囲を模擬した図形及び前記物理現象の範囲の大きさを示す数値を含む参照像を生成する工程と、
    ユーザーが前記照射条件の設定を行う際に前記参照像を表示する工程と、
    を含むことを特徴とする設定支援方法。

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