JP6071751B2 - 反射電子検出器 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置が有するＸ線検出器と共に用いられる反射電子検出器及びこの反射電子検出器を有する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、Ｘ線検出器に加えて、二次電子検出器及び反射電子検出器を用いることが行われている。反射電子検出器（ＢＳＥ（Back Scattered Electron）検出器ともいう）は、対物レンズと試料面間に配置される。二次電子検出器及び反射電子検出器を用いて、画像を取得しながら分析位置を任意に決定することができる。Ｘ線検出器は、二次電子検出器及び反射電子検出器とは異なる角度位置にある配置され、特性Ｘ線を検出し分析を行うものである。

走査電子顕微鏡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により得られる反射電子像から判別することは困難である。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、データを取り直すこと（手戻り）が必要となる。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。

そこで、下記特許文献１に記載の技術では、Ｘ線検出器の近傍に反射電子検出器を配置し、Ｘ線検出像と反射電子像とのずれをなくすことが提案されている。

国際公開第２０１２／０１６１９８号

本発明者らは、分析面に凹凸がある場合に、Ｘ線検出器の近傍に反射電子検出器を配置し、反射電子検出器が検出した反射電子像を用い、試料のどの領域においてＸ線検出器が正確なＸ線検出像を得ることができ、適切な分析が行えるかを事前に判断する方法を見出した。そして、このような分析手法に適した装置を検討する過程で、既存のＸ線検出器に反射電子検出器を取り付けることを可能ならしめることが、この分析手法の適用範囲を大きく広げることに想到したものである。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、既存のＸ線検出器に取り付け可能な反射電子検出器であって、試料のどの領域においてＸ線検出器が正確なＸ線検出像を得ることができ、適切な分析が行えるかを事前に判断する方法の実現に好適な反射電子検出器を提供することにある。また、その反射電子検出器を備える荷電粒子線装置を提供する。

上記課題を解決するために本発明に係る反射電子検出器は、荷電粒子線装置が有するＸ線検出器と共に用いられる反射電子検出器であって、反射電子検出素子と、反射電子検出素子を支持する支持部材と、支持部材をＸ線検出器に固定するための固定部材と、を備え、固定部材は、Ｘ線検出器を覆うハウジングのＸ線受入部側である先端側の側部を締め付けることで支持部材を固定する。

本発明によれば、固定部材がＸ線検出器のハウジングの先端側における側部を締め付けることで固定されるので、Ｘ線検出器の種類を問わず、ハウジングの形状に合わせた固定部材を準備することで反射電子検出器をＸ線検出器に取り付けることができる。また、反射電子検出素子を支持する支持部材を設けているので、検出対象となる試料の形状や状態、Ｘ線検出器の種類に応じた最適な位置に反射電子検出素子を配置することができる。

また本発明に係る反射電子検出器では、支持部材は、固定部材と着脱可能なように構成されてなることも好ましい。

この好ましい態様では、支持部材が固定部材と着脱可能なように構成されているので、検出対象となる試料の形状や状態、Ｘ線検出器の種類に応じた最適な位置に反射電子検出素子を配置するための最適な形状の支持部材を用いることが容易なものとなる。

また本発明に係る反射電子検出器では、反射電子検出素子から出力される反射電子信号を伝達するための導線を備え、導線は、反射電子検出素子から、ハウジングのＸ線検出素子側である後端側に向けて延出するようにその一端側が反射電子検出素子に繋がれ、他端側は荷電粒子線装置のフィードスルーに接続可能なように構成されることも好ましい。

荷電粒子線装置に設けられるＸ線検出器は、その前後方向に進退自在に移動可能なように構成され、Ｘ線元素分析を行う場合は試料に近接し、Ｘ線元素分析を行わない場合は試料から離しておくことができる。この好ましい態様では、このようなＸ線検出器の動きに対して、Ｘ線検出器のＸ線受入部側である先端側に導線が回りこむことを回避し、導線がＸ線検出器の移動を妨げることがないように構成することができる。このような構成とすることで、既存のＸ線検出器に取り付けた場合であっても、Ｘ線検出器に何ら手を加えることなく、反射電子検出器から出力される反射電子信号を、導線を通して外部に出力することができる。

また本発明に係る反射電子検出器では、導線は巻線であることも好ましい。このように導線を巻線とすることで、Ｘ線検出器が後退した状態であっても導線のたるみを抑制することができる。

また本発明に係る荷電粒子線装置は、Ｘ線検出器を有する荷電粒子線装置であって、上述した反射電子検出器が、Ｘ線検出器を覆うハウジングのＸ線受入部側である先端側に取り付けられ、Ｘ線検出器によりＸ線信号を検出し、反射電子検出器により反射電子信号を検出する。

本発明によれば、Ｘ線分析を行う前段階において、反射電子信号を検出することができ、Ｘ線分析に適した試料上の位置を判定することができ、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す、いわゆる手戻りを低減することができる。

また本発明に係る荷電粒子線装置では、反射電子信号に基づいて得られる反射電子像を用いて、反射電子像における画素毎の反射電子信号量を解析し、Ｘ線信号の検出効率を判断することも好ましい。

この好ましい態様では、画素毎の反射信号量からＸ線検出の適否を判断することができ、Ｘ線検出に適した部分をより確実に判断することができる。

本発明によれば、既存のＸ線検出器に取り付け可能な反射電子検出器であって、試料のどの領域においてＸ線検出器が正確なＸ線検出像を得ることができ、適切な分析が行えるかを事前に判断する方法の実現に好適な反射電子検出器を提供することができる。

実施形態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２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の正面図、（Ｂ）はＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の側面図である。 （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のＸ線検出器の駆動状態を示した概略図であり、（Ａ）はＸ線元素分析を行わない場合のＸ線検出器の位置を示す概略図、（Ｂ）はＸ線元素分析を行う場合のＸ線検出器の位置を示す概略図である。 図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第１変形例を示す概略斜視図である。 図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第２変形例を示す概略斜視図である。 図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第３変形例を示す概略斜視図である。 図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第４変形例を示す概略斜視図である。 図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第５変形例を示す概略斜視図である。 図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第６変形例を示す概略斜視図である。 図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第７変形例を示す概略斜視図である。 図１２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の支持部材及び固定部材を構成する板材を示す平面図である。 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１４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。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

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、本発明者ら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線検出器がＸ線を受け入れる線に反射電子検出素子を極めて近接させ可能な限り同軸となるように、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）を取得する方法を見出した。

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線信号量が少なく検出される。

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、ＢＳＥ検出器の検出素子は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、便宜上、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器を第一反射電子検出器、ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器を第二反射電子検出器と呼ぶ場合がある。

本発明の実施形態について、図１〜図５を参照しながら説明する。図１は本実施形態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２は、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。図３の（Ａ）は図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の正面図、（Ｂ）はＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器の側面図である。図４の（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５は、図１に示す走査電子顕微鏡のＸ線検出器の駆動状態を示した概略図であり、（Ａ）はＸ線元素分析を行わない場合のＸ線検出器の位置を示す概略図、（Ｂ）はＸ線元素分析を行う場合のＸ線検出器の位置を示す概略図である。

図１に示されるように、走査電子顕微鏡１は、電子源２と、コンデンサレンズ４と、偏向コイル５と、電子光学系７と、電子光学系制御部８と、試料室９と、二次電子検出器１１と、Ｘ線検出器１２と、信号処理制御部１３と、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５と、ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６と、画像形成制御部１７と、画像表示端末１９と、試料微動装置２０と、真空ポンプ２２とを備える。

コンデンサレンズ４は、電子源２より放出される一次電子ビーム３を収束するものである。偏向コイル５は、一次電子ビーム３を走査するものである。電子光学系７は、一次電子ビーム３の焦点を合わせる対物レンズ６を含むものである。電子光学系制御部８は、電子光学系７の駆動条件を制御するものである。

二次電子検出器１１は、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。Ｘ線検出器１２は、特性Ｘ線を検出するエネルギー分散形の検出器である。信号処理制御部１３は、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部分である。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５は、試料室９から吊り下げられたアーム１４に固定され反射電子を検出するものである。ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６は、対物レンズ６下面に配置されている。

画像形成制御部１７は、二次電子検出器１１、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５および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ものである。画像表示端末１９は、ＳＥＭ全体制御部１８に接続された表示部である。試料微動装置２０は、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ものである。真空ポンプ２２は、真空配管２１を介して試料室９に接続されている。なおここでは、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、本実施形態の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。本実施形態では、ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器１６に設けられた素子が放射状に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。

続いて、図２及び図３を参照しながらＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５について説明する。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５は、固定部材１５１と、支持部材１５２と、ＢＳＥ素子（反射電子検出素子）１５３とを備えている。

支持部材１５２は、ＢＳＥ素子１５３を支持する部材である。支持部材１５２は、支持板１５２ａ及び支持梁１５２ｂを有する。支持板１５２ａには、ＢＳＥ素子１５３が固定されている。支持板１５２ａ及びＢＳＥ素子１５３の中央近傍には、Ｘ線を通すための穴が、それぞれ穴１５２ａａ及び穴１５３ａとして設けられている。このように構成することで、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になっている。全体としてみれば、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。試料１０からの特性Ｘ線はＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５中心の穴１５３ａ及び穴１５２ａａ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。

支持梁１５２ｂは、支持板１５２ａをコリメータ２５の前方に所定間隔をおいて保持するものである。支持梁１５２ｂの一端側に支持板１５２ａが取り付けられ、支持梁１５２ｂの他端側に固定部材１５１が取り付けられている。

固定部材１５１は、Ｘ線検出器１２を覆うハウジング１２１のＸ線受入部側である先端部の側部を締め付けることで、支持部材１５２をＸ線検出器に固定する。固定部材１５１は板状の部材を曲げて形成されるものであって、その両端をネジ１５４で締め付けることでハウジング１２１の先端側を締め付け固定する。尚、固定部材１５１と支持梁１５２ｂとはネジ１５６で固定され、支持梁１５２ｂと支持板１５２ａとはネジ１５５で固定されている。従って、ネジ１５４，１５５，１５６を取り外すと、支持板１５２ａ、支持梁１５２ｂ、固定部材１５１に分解することができる。

続いて、図４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４（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４（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。

更に本実施形態では、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５から延びる導線についても工夫している。図５に示すように、導線３１は、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５とフィードスルー３２とを繋ぐものであって、ＢＳＥ素子１５３の検出信号を画像形成制御部１７に伝達する線である。導線３１は、巻線であって、反射電子検出素子であるＢＳＥ素子１５３から、ハウジング１２１のＸ線検出素子であるコリメータ２５側である後端側に向けて延出するようにその一端側が反射電子検出素子であるＢＳＥ素子１５３に繋がれ、他端側は荷電粒子線装置である走査電子顕微鏡１のフィードスルー３２に接続されている。

図５の（Ａ）に示すように、Ｘ線検出器１２がＸ線元素分析を行わない位置まで後退すると、巻線である導線３１が縮んで、垂れ下がること無くＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５とフィードスルー３２とを繋ぐ。図５の（Ｂ）に示すように、Ｘ線検出器１２がＸ線元素分析を行う位置まで前進すると、巻線である導線３１が延びてＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５とフィードスルー３２とを繋ぐ。尚、導線３１は、真空で耐久性を有する高分子材料で金属線を被覆したものであることが好ましい。

なお、本実施形態の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、本実施形態によれば、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。

続いて、図６を参照しながら、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第１変形例について説明する。図６は、図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の第１変形例であるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ａを示す概略斜視図である。Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ａでは、支持梁１５２ｂＡと支持板１５２ａＡとを一体なものとし、支持部材１５２Ａとして構成している。このように支持部材１５２Ａを一体的に構成することで、ＢＳＥ素子１５３の配置精度を高めることができる。

続いて、図７を参照しながら、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第２変形例について説明する。図７は、図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の第２変形例であるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｂを示す概略斜視図である。図７に示すように、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｂでは、支持梁１５２ｂＡと支持板１５２ａＡとを一体なものとし、支持部材１５２Ａとして構成している。このように支持部材１５２Ａを一体的に構成することで、ＢＳＥ素子１５３の配置精度を高めることができる。更に、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｂでは、ＢＳＥ素子１５３ＢをＢＳＥ素子１５３よりも小型なものとし、支持板１５２ａＡに対して８つ設けている。このようにＢＳＥ素子１５３Ｂを複数設けることで、各素子からの出力信号を合算し、測定感度を上げることができる。

続いて、図８を参照しながら、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第３変形例について説明する。図８は、図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の第３変形例であるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｃを示す概略斜視図である。図８に示すように、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｃでは、支持梁１５２ｂＡと支持板１５２ａＣとを一体なものとし、支持部材１５２Ｃとして構成している。このように支持部材１５２Ｃを一体的に構成することで、ＢＳＥ素子１５３Ｂの配置精度を高めることができる。支持板１５２ａＣは、Ｘ線検出器１２に入射するＸ線を遮らないように、Ｘ線の通り道の上方にのみ位置するように設けられている。従って、支持板１５２ａＣにはＸ線が通るための穴を設ける必要がない。また、ハウジング１２１の径に応じた固定部材１５１を用いることで、多種多様なＸ線検出器に取り付けることができる。

続いて、図９を参照しながら、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第４変形例について説明する。図９は、図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の第４変形例であるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｄを示す概略斜視図である。図９に示すように、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｄでは、支持梁１５２ｂＡと支持板１５２ａＤとを一体なものとし、支持部材１５２Ｄとして構成している。支持板１５２ａＤは、Ｘ線検出器１２に入射するＸ線を遮らないように穴を設けると共に、Ｘ線の通り道の下方にのみＢＳＥ素子１５３Ｂが位置するように設けられている。このようにＢＳＥ素子１５３Ｂを配置することで、Ｘ線光軸よりも反射電子光軸の仰角が小さくなるように配置することができ、Ｘ線元素分析の適否をより厳格に判断することができる。

続いて、図１０を参照しながら、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第５変形例について説明する。図１０は、図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の第５変形例であるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｅを示す概略斜視図である。図１０に示すように、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｅでは、支持梁１５２ｂＡと支持板１５２ａＣとを一体なものとし、支持部材１５２Ｃとして構成している。このように支持部材１５２Ｃを一体的に構成することで、ＢＳＥ素子１５３Ｂの配置精度を高めることができる。支持板１５２ａＣは、Ｘ線検出器１２に入射するＸ線を遮らないように、Ｘ線の通り道の上方にのみ位置するように設けられている。従って、支持板１５２ａＣにはＸ線が通るための穴を設ける必要がない。また、固定部材１５１Ｅは、円筒を軸方向に沿って二分割したような形態をなしており、第一部分１５１ａＥと第二部分１５１ｂＥとによって構成されている。第一部分１５１ａＥと第二部分１５１ｂＥとで挟みこむようにしてハウジング１２１に取り付け可能なので、その材質は弾性材料に限定されず、実質的に非弾性特性を有する鋳物や金属削り出しによって形成することができる。

続いて、図１１を参照しながら、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第６変形例について説明する。図１１は、図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の第６変形例であるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｆを示す概略斜視図である。図１１に示すように、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｆでは、一対の半有底円筒部材１５１Ｆを用いている。半有底円筒部材１５１Ｆは、固定部材１５１に相当する固定部１５１ａＦと、支持部材１５２に相当する底部１５１ｂＦとを有する。このように構成することで、底部１５１ｂＦにＢＳＥ素子１５３Ｂを配置し、固定部１５１ａＦでハウジング１２１を挟み込むのみでＢＳＥ素子１５３Ｂを適切な位置に配置することができる。一対の固定部１５１ａＦで挟みこむようにしてハウジング１２１に取り付け可能なので、その材質は弾性材料に限定されず、実質的に非弾性特性を有する鋳物や金属削り出しによって形成することができる。

続いて、図１２を参照しながら、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器の第７変形例について説明する。図１２は、図２に示すＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５の第７変形例であるＣｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｇを示す概略斜視図である。図１２に示すように、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５Ｇでは、支持梁１５２ｂＡと支持板１５２ａＡとを一体なものとし、支持部材１５２Ｇとして構成すると共に、固定部材１５１Ｇも一体的なものとし、ホルダー１５０Ｇとして構成している。ホルダー１５０Ｇは図１３に示すように、一枚板を各部に応じた形に切断し、折り曲げ加工を施すことで形成される。このように固定部材１５１Ｇ及び支持部材１５２Ｇをホルダー１５０Ｇとして一体的に構成することで、ＢＳＥ素子１５３の配置精度を高めることができる。

本実施形態に係る走査電子顕微鏡１を用いた計測方法について、図１４〜図１６を用いて説明する。なお、走査電子顕微鏡１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。この説明では、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１４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１５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１４の処理フローを説明したもの、図１６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１４のＳ７０１）：
Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器１５により、Ｃｏａｘ−ＢＳＥ像を取得する（図１５（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１５（Ｂ）に示す。

ＳＴＥＰ２（Ｓ７０２）：
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（Ｓ７０３）：
コントラスト値に対してある閾値Ｒｔｈを設け、ＳＴＥＰ２で標準化したコントラスト値とＲｔｈを比較し、標準化したコントラスト値がＲｔｈ以上ならば分析に適した場所、Ｒｔｈ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、Ｒｔｈのデフォルト値を設けることは可能であるが、図１６（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１４の処理フローの説明である。ＳＴＥＰ２（Ｓ７０２）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１４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Ｒｔｈ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１６（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Ｒｔｈ以上ならば分析に適した場所、Ｒｔｈ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、Ｒｔｈのデフォルト値を設けることは可能であるが、図１６（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１６を用いて図１４の処理フローに記してあるコントラスト値の閾値Ｒｔｈ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１６（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”Ｒｔｈ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１６（Ａ）中の“開始”ボタンを押す。これにより、図１４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１６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１６（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”Ｒｔｈおよび“画像の分割数”ｘ、ｙをボックスへ入力する。Ｒｔｈ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１６（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１６（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、本実施形態によれば、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。

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
１５Ａ：Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器
１５Ｂ：Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器
１５Ｃ：Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器
１５Ｄ：Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器
１５Ｅ：Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器
１５Ｆ：Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器
１５Ｇ：Ｃｏａｘ−ＢＳＥ検出器
１６：ｔｏｐ−ＢＳＥ検出器
１７：画像形成制御部
１８：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：半導体検出器
２８：増幅器
２９：コールドフィンガー
３０：デュワー瓶
３１：導線
３２：フィードスルー
１２１：ハウジング
１５０Ｇ：ホルダー
１５１：固定部材
１５１Ｅ：固定部材
１５１Ｆ：半有底円筒部材
１５１Ｇ：固定部材
１５１ａＥ：第一部分
１５１ａＦ：固定部
１５１ｂＥ：第二部分
１５１ｂＦ：底部
１５２：支持部材
１５２Ａ：支持部材
１５２Ｃ：支持部材
１５２Ｄ：支持部材
１５２Ｇ：支持部材
１５２ａ：支持板
１５２ａＡ：支持板
１５２ａＣ：支持板
１５２ａＤ：支持板
１５２ａａ：穴
１５２ｂ：支持梁
１５２ｂＡ：支持梁
１５３：ＢＳＥ素子
１５３Ｂ：ＢＳＥ素子
１５３ａ：穴
１５４，１５５，１５６：ネジ

Claims (6)

1. 荷電粒子線装置が有するＸ線検出器と共に用いられる反射電子検出器であって、
   反射電子検出素子と、
   前記反射電子検出素子を支持する支持部材と、
   前記支持部材を前記Ｘ線検出器に固定するための固定部材と、を備え、
   前記固定部材は、前記Ｘ線検出器を覆うハウジングのＸ線受入部側である先端側の側部を締め付けることで前記支持部材を固定することを特徴とする反射電子検出器。
2. 前記支持部材は、前記固定部材と着脱可能なように構成されてなる請求項１に記載の反射電子検出器。
3. 前記反射電子検出素子から出力される反射電子信号を伝達するための導線を備え、
   前記導線は、前記反射電子検出素子から、前記ハウジングのＸ線検出素子側である後端側に向けて延出するようにその一端側が前記反射電子検出素子に繋がれ、他端側は前記荷電粒子線装置のフィードスルーに接続可能なように構成されている請求項１又は２に記載の反射電子検出器。
4. 前記導線は巻線である請求項３に記載の反射電子検出器。
5. Ｘ線検出器を有する荷電粒子線装置であって、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の反射電子検出器が、前記Ｘ線検出器を覆うハウジングのＸ線受入部側である先端側に取り付けられ、
   前記Ｘ線検出器によりＸ線信号を検出し、前記反射電子検出器により反射電子信号を検出する荷電粒子線装置。
6. 前記反射電子信号に基づいて得られる反射電子像を用いて、前記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Ｘ線信号の検出効率を判断する請求項５に記載の荷電粒子線装置。