JP6622061B2

JP6622061B2 - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP6622061B2
Application number: JP2015216654A
Authority: JP
Inventors: 修司川合
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: JP2017091652A; EP3166126A1; US10529530B2; US20170236680A1; EP3166126B1

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

ナノレベルの材料や、デバイス、生体試料などの構造情報を得る手段として、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子顕微鏡が用いられている。また、このような試料の組成情報を得る場合には、電子顕微鏡には、例えばエネルギー分散型Ｘ線検出器（ｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ−ｒａｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ、以下「ＥＤＳ検出器」ともいう）が搭載される。

ＥＤＳ検出器が搭載された電子顕微鏡では、ＥＤＳ分析を行う場合には、ＥＤＳ検出器を試料室内の試料近傍に挿入する（インサート動作）。また、ＥＤＳ分析を行わない場合には、ＥＤＳ検出器を試料室から退避させる（リトラクト動作）。このような動作を行うことにより、ＥＤＳ分析を行わない場合には、電子顕微鏡を、試料の観察や試料ホルダーの交換作業に支障がない状態にすることができる（例えば特許文献１参照）。

ＥＤＳ検出器のインサート動作およびリトラクト動作は、ＥＤＳコントローラで制御される。例えばユーザーがＥＤＳコントローラの操作部を介してＥＤＳ検出器の「ＩＮ」または「ＯＵＴ」を選択することで、ＥＤＳ検出器のインサート動作またはリトラクト動作が行われる。

特開２０１１−１５３８４６号公報

電子顕微鏡は、電子線を試料に照射して、試料から放出される二次電子や反射電子、試料を透過する透過電子や散乱電子を検出して電子顕微鏡像を結像する。ここで、試料に電子線を照射すると、試料を構成する材料（元素）に起因する特性Ｘ線が放出される。試料から放出される特性Ｘ線は、元素によってエネルギー帯が異なる。そのため、特性Ｘ線を検出することで、試料の組成情報を得ることができる。

ＥＤＳ検出器を含むＥＤＳシステムでは、特性Ｘ線を検出してエネルギー別の特性Ｘ線強度を得ることができる。ＥＤＳシステムでは、点分析や、ライン分析、走査像と組み合わせたマップ分析等を行うことができる。

近年、ＥＤＳ検出器として、シリコンドリフト検出器（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｄｒｉｆｔｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下「ＳＤＤ」ともいう）が実用化されたことによって、ＥＤＳ分析の高感度化、高速化が実現しつつある。ＳＤＤでは、検出素子を大面積化して検出立体角を大きくすることにより、検出効率を向上させることができる。

検出立体角Ωは、次式で表される。

ただし、Ｓは検出素子の面積、θは取り込み角、Ｌは試料上における電子線照射位置から検出素子中心までの距離を示す。

上記式からわかるように、ＥＤＳ検出器において検出立体角を大きくするためには、素子面積Ｓを大きくし、距離Ｌを短くしなければならない。そのため、ＥＤＳ検出器において検出立体角を大きくするためには、ＥＤＳ検出器を挿入する際に、ＥＤＳ検出器をできるだけ試料に近づけることが望ましい。

しかしながら、ＥＤＳ検出器を試料に近づけると、ＥＤＳ検出器と試料ホルダーとが干渉してしまう場合がある。試料ホルダーには様々な種類があり、その種類によって形状も異なるため、ＥＤＳ検出器を適切な分析位置に配置することは困難である。

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、検出器を適切な分析位置に配置することができる荷電粒子線装置を提供することにある。

（１）本発明に係る荷電粒子線装置は、
荷電粒子を発生させる荷電粒子源と、
試料を保持する試料ホルダーと、
前記試料に前記荷電粒子を照射することにより前記試料で発生した信号を分析位置において検出する検出器と、
前記検出器を前記分析位置に移動させるための移動機構部と、
前記移動機構部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記試料ホルダーの種類の情報を取得する処理と、
取得した前記試料ホルダーの種類の情報に基づいて、前記分析位置を決定する処理と、
前記移動機構部を制御して、決定された前記分析位置に前記検出器を移動させる処理と、
を行う。

このような荷電粒子線装置では、制御部が上記処理を行うため、試料ホルダーの種類に応じて検出器を適切な分析位置に配置することができる。そのため、このような荷電粒子線装置では、検出器と試料ホルダーとの干渉を防止しつつ、検出器と試料との間の距離を小さくして検出立体角を大きくすることができる。したがって、このような荷電粒子線装置では、検出器の検出効率を向上できる。

（２）本発明に係る荷電粒子線装置において、
前記試料ホルダーは、前記制御部と複数の信号線を介して接続され、
前記制御部は、前記複数の信号線間の電気的接続状態に基づいて、前記試料ホルダーの種類の情報を取得してもよい。

このような荷電粒子線装置では、簡易な構成で試料ホルダーの種類を特定することができる。

（３）本発明に係る荷電粒子線装置において、
前記試料ホルダーは、前記試料ホルダーの種類の情報が記憶されている記憶部を有し、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記試料ホルダーの種類の情報を読み出して、前記試料ホルダーの種類の情報を取得してもよい。

（４）本発明に係る荷電粒子線装置において、
ユーザーが前記試料ホルダーの種類の情報を入力するための操作部を含み、
前記制御部は、前記操作部を介して入力された前記試料ホルダーの種類の情報に基づいて、前記試料ホルダーの種類の情報を取得してもよい。

このような荷電粒子線装置では、例えば、試料ホルダーと制御部とを信号線（通信用ケーブル）等で接続しなくても試料ホルダーの種類の情報を取得することができる。

（５）本発明に係る荷電粒子線装置において、
対物レンズをさらに含み、
前記制御部は、対物レンズの種類の情報を取得する処理を行い、
前記分析位置を決定する処理では、前記試料ホルダーの種類の情報および前記対物レンズの種類の情報に基づいて前記分析位置を決定してもよい。

このような荷電粒子線装置では、制御部が上記処理を行うため、試料ホルダーの種類および対物レンズの種類に応じて検出器を適切な分析位置に配置することができる。そのため、このような荷電粒子線装置では、検出器と試料ホルダーとの干渉および検出器と対物レンズの干渉を防止しつつ、検出器と試料との間の距離を小さくして検出立体角を大きくすることができる。

第１実施形態に係る荷電粒子線装置を模式的に示す図。通常の試料ホルダーの特定部を模式的に示す図。大立体角対応の試料ホルダーの特定部を模式的に示す図。第１実施形態に係る荷電粒子線装置のＥＤＳコントローラの処理の一例を示すフローチャート。通常の試料ホルダーが挿入されている場合のＥＤＳ検出器の分析位置を示す図。大立体角対応の試料ホルダーが挿入されている場合のＥＤＳ検出器の分析位置を示す図。第１実施形態の第１変形例に係る荷電粒子線装置を模式的に示す図。第１実施形態の第２変形例に係る荷電粒子線装置を模式的に示す図。第１実施形態の第３変形例に係る荷電粒子線装置を模式的に示す図。第１実施形態の第３変形例に係る荷電粒子線装置の試料室を模式的に示す図。第１実施形態の第３変形例に係る荷電粒子線装置のＥＤＳコントローラの処理の一例を示すフローチャート。第２実施形態に係る荷電粒子線装置を模式的に示す図。通常の試料ホルダーが挿入されている場合のＥＤＳ検出器の分析位置を示す図。大立体角対応の試料ホルダーが挿入されている場合のＥＤＳ検出器の分析位置を示す図。

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
１．１．荷電粒子線装置
まず、第１実施形態に係る荷電粒子線装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る荷電粒子線装置１００を模式的に示す図である。

荷電粒子線装置１００は、図１に示すように、荷電粒子線装置本体部１０と、試料ホルダー２０と、像取得装置３０と、走査透過電子検出器３２と、二次電子検出器３４と、ＥＤＳ検出器４０と、移動機構部４２と、ＥＤＳシステム５０と、制御システム６０と、を含む。

荷電粒子線装置本体部１０は、電子源（荷電粒子源の一例）１１と、照射レンズ系１２と、試料ステージ１３と、結像レンズ系１６と、を有している。

電子源１１は、電子（荷電粒子の一例）を発生させる。電子源１１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。

照射レンズ系１２は、電子源１１で発生した電子線を集束して試料Ｓに照射する。試料室１５において、試料Ｓに電子が照射される。

荷電粒子線装置１００は、図示はしないが、照射レンズ系１２で集束された電子線（電子プローブ）を試料Ｓ上で走査するための偏向器を含んで構成されていてもよい。

試料ステージ１３は、試料ホルダー２０を介して、試料Ｓを保持している。試料ステージ１３は、試料ホルダー２０（試料Ｓ）を移動および静止させることができる。試料ステージ１３は、試料Ｓの位置決めを行うことができる。

試料室１５は、試料Ｓが配置される空間である。試料室１５において試料Ｓに電子が照射される。試料室１５内は、真空排気装置（図示せず）により真空排気される。

結像レンズ系１６は、試料Ｓを透過した電子を結像する。結像レンズ系１６は、対物レンズ１６ａと、中間レンズ１６ｂと、投影レンズ１６ｃと、で構成されている。

試料ホルダー２０は、試料Ｓを保持する。試料Ｓを保持している試料ホルダー２０が試料ステージ１３の挿入部に挿入されることにより、試料Ｓが試料室１５に収容される。図１では、試料ホルダー２０が試料室１５に挿入されている状態を図示している。

試料ホルダー２０は、通信用ケーブル２を介して、制御コンピュータ６２およびＥＤＳコントローラ５２に接続されている。図示の例では、試料ホルダー２０は、通信用ケーブル２および制御コンピュータ６２を介してＥＤＳコントローラ５２に接続されている。なお、図示はしないが、試料ホルダー２０とＥＤＳコントローラ５２とを、直接、通信用ケーブルで接続してもよい。

通信用ケーブル２は、試料ホルダー２０と制御コンピュータ６２およびＥＤＳコントローラ５２との間の通信に用いられる。通信用ケーブル２は試料ホルダー２０に付属してい
る。通信用ケーブル２はコネクタを介して制御コンピュータ６２に接続される。通信用ケーブル２は、複数の信号線を備えている。

なお、図示はしないが、試料ホルダー２０と制御コンピュータ６２およびＥＤＳコントローラ５２との間の通信経路には、試料ホルダー２０から出力された信号を制御コンピュータ６２およびＥＤＳコントローラ５２で読み取り可能な信号に変換するための回路等（ＡＤ変換回路等）が設けられていてもよい。

試料ホルダー２０は、試料ホルダー２０の種類を特定するための特定部２２を有している。なお、特定部２２の詳細については後述する。試料ホルダー２０は、試料Ｓを傾斜させるための傾斜台や、試料Ｓを回転させるための回転台、試料Ｓの温度を制御するためのヒーター等を備えていてもよい。傾斜台等を制御するための制御信号は、制御コンピュータ６２から通信用ケーブル２を介して試料ホルダー２０に送られてもよい。

像取得装置３０は、結像レンズ系１６によって結像された透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）を取得する。像取得装置３０は、例えば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等のデジタルカメラを用いてＴＥＭ像を取得する。

走査透過電子検出器３２は、電子プローブで試料Ｓ上を走査することにより試料Ｓの各点を透過した透過波（または回折波）の強度を検出する。走査透過電子検出器３２の出力信号は、電子線の照射位置の情報と関連づけられて、走査透過電子顕微鏡像データ（ＳＴＥＭ像データ）として記憶部（図示せず）に記録される。

二次電子検出器３４は、電子プローブで試料Ｓ上を走査することにより試料Ｓの各点から放出された二次電子を検出する。二次電子検出器３４の出力信号は、電子線の照射位置の情報と関連づけられて、二次電子像データ（ＳＥＭ像データ）として記憶部（図示せず）に記録される。

ＥＤＳ検出器４０は、試料Ｓに電子を照射することにより試料Ｓで発生した特性Ｘ線（荷電粒子を照射することにより試料で発生した信号の一例）を検出する。ＥＤＳ検出器４０は、例えば、シリコンドリフト検出器である。

ＥＤＳ検出器４０が試料Ｓで発生した特性Ｘ線を検出する分析位置は、試料室１５内であって、試料Ｓの近傍の位置である。ＥＤＳ検出器４０の分析位置は、後述するように、ＥＤＳコントローラ５２によって試料ホルダー２０の種類の情報に基づいて決定される。

移動機構部４２は、ＥＤＳ検出器４０を分析位置に移動させる。移動機構部４２は、ＥＤＳ検出器４０を試料室１５内の分析位置に挿入する動作（インサート動作）、および、ＥＤＳ検出器４０を試料室１５から退避させる動作（リトラクト動作）を行う。

移動機構部４２は、例えば、ＥＤＳ検出器４０がスライド可能に取り付けられるガイド部と、ＥＤＳ検出器４０をガイド部上で移動させるためのリニアアクチュエーターと、を含んで構成されている。また、ガイド部上にはＥＤＳ検出器４０の位置を検出するための位置センサーが設けられている。位置センサーは、ＥＤＳ検出器４０の複数の分析位置に対応して複数設けられている。位置センサーは、当該位置センサーの検出位置にＥＤＳ検出器４０が位置した場合に検出信号を出力する。なお、移動機構部４２の構成は、インサート動作およびリトラクト動作を行うことができれば特に限定されない。

ＥＤＳシステム５０は、ＥＤＳ分析を行うためのシステムである。ＥＤＳシステム５０は、ＥＤＳコントローラ（制御部の一例）５２と、ＥＤＳアナライザ５４と、ＥＤＳコン
ピュータ５６と、表示部５８と、を有している。

ＥＤＳコントローラ５２は、移動機構部４２を制御する。ＥＤＳコントローラ５２の処理については後述する「１．２．荷電粒子線装置の動作」で説明する。ＥＤＳコントローラ５２の機能は、プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）でプログラムを実行することにより実現してもよいし、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などの専用回路により実現してもよい。

ＥＤＳアナライザ５４は、複数のチャンネルを持った多重波高分析器である。ＥＤＳアナライザ５４は、ＥＤＳ検出器４０の出力信号をＸ線のエネルギーごとに計数する。

ＥＤＳコンピュータ５６は、ＥＤＳアナライザ５４で得られたＸ線のエネルギーごとの計数値に基づいて、ＥＤＳスペクトルを生成する処理を行う。

表示部５８は、例えばＬＣＤ、ＣＲＴ等である。表示部５８には、ＥＤＳコンピュータ５６で生成されたＥＤＳスペクトルが表示される。

制御システム６０は、荷電粒子線装置本体部１０や、試料ホルダー２０等の荷電粒子線装置１００を構成している各部および各装置を制御する。制御システム６０は、制御コンピュータ６２と、表示部６４と、を有している。

制御コンピュータ６２は、荷電粒子線装置本体部１０や、試料ホルダー２０等を制御するための処理を行う。

表示部６４は、例えばＬＣＤ、ＣＲＴ等である。表示部６４には、例えば、試料ホルダー２０の位置，傾斜角度、撮影モード（ＴＥＭモード、ＳＴＥＭモード、ＳＥＭモード）、撮影倍率等の情報が表示される。

荷電粒子線装置１００は、上記のように、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）としての機能を有している。なお、荷電粒子線装置１００は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）のうちの少なくとも１つの機能を有していればよい。

次に、試料ホルダー２０の種類を特定するための特定部２２について説明する。

図２は、通常の試料ホルダー２０ａの特定部２２ａを模式的に示す図である。図３は、大立体角対応の試料ホルダー２０ｂの特定部２２ｂを模式的に示す図である。図２および図３は、試料ホルダー２０ａ，２０ｂに通信用ケーブル２が接続された状態を図示している。

ここで、大立体角対応の試料ホルダーとは、通常の試料ホルダーに比べて、ＥＤＳ検出器４０を試料Ｓに近づけて検出立体角を大きくすることができるように構成された試料ホルダーである。例えば大立体角対応の試料ホルダー２０ｂでは、先端部の長さを小さくしている（図６参照）。試料ホルダー２０の先端部の長さを小さくすることにより、ＥＤＳ検出器４０を試料Ｓに近づけることができる。

通常の試料ホルダー２０ａの特定部２２ａは、図２に示すように、第１端子２３ａと第２端子２３ｂとを有している。試料ホルダー２０ａに通信用ケーブル２が接続された場合、第１端子２３ａは通信用ケーブル２の第１信号線２ａに接続される。また、試料ホルダー２０に通信用ケーブル２が接続された場合、第２端子２３ｂは通信用ケーブル２の第２信号線２ｂに接続される。特定部２２ａでは、第１端子２３ａと第２端子２３ｂとの間は
、電気的に接続されていない。そのため、試料ホルダー２０ａに通信用ケーブル２が接続された状態において、第１信号線２ａと第２信号線２ｂとの間は電気的に接続されない。すなわち、試料ホルダー２０ａに通信用ケーブル２が接続された状態における信号線２ａ，２ｂ間の電気的接続状態は、「ＯＰＥＮ」である。

大立体角対応の試料ホルダー２０ｂの特定部２２ｂは、図３に示すように、特定部２２ａと同様に、第１端子２３ａと第２端子２３ｂとを有している。特定部２２ｂでは、第１端子２３ａと第２端子２３ｂとの間は、配線２３ｃによって電気的に接続されている。そのため、試料ホルダー２０ｂに通信用ケーブル２が接続された状態において、第１信号線２ａと第２信号線２ｂとの間は電気的に接続される。すなわち、試料ホルダー２０ｂに通信用ケーブル２が接続された状態における信号線２ａ，２ｂ間の電気的接続状態は、「ＣＬＯＳＥ」である。

１．２．荷電粒子線装置の動作
次に、荷電粒子線装置１００の動作について説明する。ここでは、ＥＤＳ検出器４０を分析位置に移動させる動作（インサート動作）について説明する。図４は、ＥＤＳコントローラ５２の処理の一例を示すフローチャートである。

まず、ＥＤＳコントローラ５２は、試料ホルダー２０の種類の情報を取得する（ステップＳ１００）。

ここで、ＥＤＳコントローラ５２が取得する試料ホルダー２０の種類の情報とは、現在、試料室１５に挿入されている試料ホルダー２０の種類を特定するための情報である。

ＥＤＳコントローラ５２は、第１信号線２ａと第２信号線２ｂとの間の電気的接続状態に基づいて、試料ホルダー２０の種類の情報を取得する。すなわち、ＥＤＳコントローラ５２は、信号線２ａ，２ｂ間の電気的接続状態が「ＯＰＥＮ」の場合（図２参照）、現在、挿入されている試料ホルダー２０が通常の試料ホルダー２０ａと特定する。また、ＥＤＳコントローラ５２は、信号線２ａ，２ｂ間の電気的接続状態が「ＣＬＯＳＥ」の場合（図３参照）、現在、挿入されている試料ホルダー２０が大立体角対応の試料ホルダー２０ｂと特定する。

次に、ＥＤＳコントローラ５２は、取得した試料ホルダー２０の種類の情報に基づいて、ＥＤＳ検出器４０の分析位置を決定する（ステップＳ１０２）。

図５は、通常の試料ホルダー２０ａが挿入されている場合のＥＤＳ検出器４０の分析位置Ｐ１を示す図である。図６は、大立体角対応の試料ホルダー２０ｂが挿入されている場合のＥＤＳ検出器４０の分析位置Ｐ２を示す図である。図５および図６では、ＥＤＳ検出器４０が分析位置に位置している状態を図示している。

ＥＤＳコントローラ５２は、現在、挿入されている試料ホルダー２０が通常の試料ホルダー２０ａである場合には、ＥＤＳ検出器４０の分析位置を、分析位置Ｐ１（図５参照）とする。

また、ＥＤＳコントローラ５２は、現在、挿入されている試料ホルダー２０が大立体角対応の試料ホルダー２０ｂである場合には、ＥＤＳ検出器４０の分析位置を、分析位置Ｐ２（図６参照）とする。分析位置Ｐ２は、分析位置Ｐ１よりも試料Ｓに近い位置である。

ＥＤＳコントローラ５２は、試料ホルダー２０の種類に応じたＥＤＳ検出器４０の分析位置の情報が記憶されている記憶部（図示せず）を有している。ＥＤＳコントローラ５２
は、取得した試料ホルダー２０の種類の情報と記憶部に記憶されている情報とをマッチングして、ＥＤＳ検出器４０の分析位置を決定する。決定されたＥＤＳ検出器４０の分析位置の情報は、ＥＤＳコントローラ５２の記憶部に記憶される。

次に、ＥＤＳコントローラ５２は、移動機構部４２を制御して、ステップＳ１０２で決定された分析位置にＥＤＳ検出器４０を移動させる（ステップＳ１０４）。

ＥＤＳコントローラ５２は、ユーザーによるＥＤＳ検出器４０の挿入指示、または自動シーケンスによるＥＤＳ検出器４０の挿入指示が入力されると、ＥＤＳ検出器４０を分析位置に移動させるための制御を行う。ＥＤＳコントローラ５２は、記憶部に記憶された分析位置の情報を読み出して、当該分析位置にＥＤＳ検出器４０を移動させる処理を行う。ＥＤＳコントローラ５２は、移動機構部４２の位置センサーの検出信号に基づいて、ＥＤＳ検出器４０を分析位置に移動させる処理を行う。

以上の処理により、ＥＤＳ検出器４０を試料ホルダー２０の種類に応じた分析位置に移動させることができる。

荷電粒子線装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

荷電粒子線装置１００では、ＥＤＳコントローラ５２が、試料ホルダー２０の種類の情報を取得する処理（ステップＳ１００）と、取得した試料ホルダー２０の種類の情報に基づいて、分析位置を決定する処理（ステップＳ１０２）と、移動機構部４２を制御して、決定された分析位置にＥＤＳ検出器４０を移動させる処理（ステップＳ１０４）と、を行う。

そのため、荷電粒子線装置１００では、試料ホルダー２０の種類に応じてＥＤＳ検出器４０を適切な分析位置に配置することができる。これにより、荷電粒子線装置１００では、ＥＤＳ検出器４０と試料ホルダー２０との干渉を防止しつつ、ＥＤＳ検出器４０と試料Ｓとの間の距離を小さくして検出立体角を大きくすることができる。したがって、荷電粒子線装置１００では、ＥＤＳ検出器４０の検出効率を向上できる。

荷電粒子線装置１００では、ＥＤＳコントローラ５２が、複数の信号線２ａ，２ｂ間の電気的接続状態に基づいて、試料ホルダー２０の種類の情報を取得する。そのため、荷電粒子線装置１００では、簡易な構成で試料ホルダー２０の種類を特定することができる。

１．３．荷電粒子線装置の変形例
次に、第１実施形態に係る荷電粒子線装置１００の変形例について説明する。以下で説明する各変形例において、上述した荷電粒子線装置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。

（１）第１変形例
まず、第１実施形態の第１変形例に係る荷電粒子線装置について、図面を参照しながら説明する。図７は、第１実施形態の第１変形例に係る荷電粒子線装置２００を模式的に示す図である。

上述した荷電粒子線装置１００では、図３および図４に示すように、ＥＤＳコントローラ５２は、複数の信号線２ａ，２ｂ間の電気的接続状態に基づいて、試料ホルダー２０の種類の情報を取得していた。

これに対して、荷電粒子線装置２００では、図７に示すように、ＥＤＳコントローラ５
２は、試料ホルダー２０の記憶部２４から試料ホルダー２０の種類の情報を読み出して、試料ホルダー２０の種類の情報を取得する。

試料ホルダー２０は、試料ホルダー２０の種類の情報が記憶されている記憶部２４を有している。記憶部２４は、ＲＯＭ等の記憶媒体である。

ＥＤＳコントローラ５２は、通信用ケーブル２および制御コンピュータ６２を介して、記憶部２４から試料ホルダー２０の種類の情報を読み出す。なお、図示はしないが、試料ホルダー２０とＥＤＳコントローラ５２とを、直接、通信用ケーブルで接続して、ＥＤＳコントローラ５２が、直接、記憶部２４から試料ホルダー２０の種類の情報を読み出してもよい。

荷電粒子線装置２００の動作は、上述したようにＥＤＳコントローラ５２が試料ホルダー２０の種類の情報を取得する処理（ステップＳ１００）が異なる点を除いて、荷電粒子線装置１００の動作と同様であり、その説明を省略する。

荷電粒子線装置２００では、ＥＤＳコントローラ５２は、試料ホルダー２０の記憶部２４に記憶されている試料ホルダー２０の種類の情報を読み出して、試料ホルダー２０の種類の情報を取得する。そのため、荷電粒子線装置２００では、荷電粒子線装置１００と同様に、試料ホルダー２０の種類に応じてＥＤＳ検出器４０を適切な分析位置に配置することができる。

（２）第２変形例
次に、第１実施形態の第２変形例に係る荷電粒子線装置について、図面を参照しながら説明する。図８は、第１実施形態の第２変形例に係る荷電粒子線装置３００を模式的に示す図である。

以下、荷電粒子線装置３００において、上述した荷電粒子線装置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。

これに対して、荷電粒子線装置３００では、図８に示すように、ＥＤＳコントローラ５２は、操作部６６を介して入力された試料ホルダー２０の種類の情報に基づいて、試料ホルダー２０の種類の情報を取得する。

制御システム６０は、ユーザーが試料ホルダー２０の種類の情報を入力するための操作部６６を有している。操作部６６は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、制御コンピュータ６２に送る処理を行う。操作部６６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。

制御コンピュータ６２は、操作部６６を介して入力された試料ホルダー２０の種類の情報をＥＤＳコントローラ５２に送る処理を行う。ＥＤＳコントローラ５２は、制御コンピュータ６２からの試料ホルダー２０の種類の情報を受け取り、試料ホルダー２０の種類の情報を取得する。

荷電粒子線装置３００の動作は、上述したようにＥＤＳコントローラ５２が試料ホルダー２０の種類の情報を取得する処理（ステップＳ１００）が異なる点を除いて、荷電粒子
線装置１００の動作と同様であり、その説明を省略する。

荷電粒子線装置３００では、ＥＤＳコントローラ５２は、操作部６６を介して入力された試料ホルダー２０の種類の情報に基づいて、試料ホルダー２０の種類の情報を取得する。そのため、荷電粒子線装置３００では、荷電粒子線装置１００と同様に、試料ホルダー２０の種類に応じてＥＤＳ検出器４０を適切な分析位置に配置することができる。

さらに、荷電粒子線装置３００では、上述した荷電粒子線装置１００と異なり、試料ホルダー２０と制御コンピュータ６２とを通信用ケーブル２で接続しなくても試料ホルダー２０の種類の情報を取得することができる。

（３）第３変形例
次に、第１実施形態の第３変形例に係る荷電粒子線装置について、図面を参照しながら説明する。図９は、第１実施形態の第３変形例に係る荷電粒子線装置４００を模式的に示す図である。

上述した荷電粒子線装置１００では、ＥＤＳコントローラ５２は、試料ホルダー２０の種類の情報に基づいてＥＤＳ検出器４０の分析位置を決定していた。

これに対して、荷電粒子線装置４００では、ＥＤＳコントローラ５２は、試料ホルダー２０の種類の情報および対物レンズ１６ａの種類の情報に基づいてＥＤＳ検出器４０の分析位置を決定する。以下、その理由について説明する。

図１０は、荷電粒子線装置４００の試料室１５を模式的に示す図である。なお、図１０は、試料ホルダー２０が試料室１５に挿入され、かつ、ＥＤＳ検出器４０が分析位置に位置している状態を図示している。

図１０に示すように、対物レンズ１６ａは、上部磁極片１６０と下部磁極片１６２とを有している。試料ホルダー２０に保持された試料Ｓは、上部磁極片１６０と下部磁極片１６２との間の空間に配置される。そのため、ＥＤＳ検出器４０と対物レンズ１６ａとの干渉を防ぐためには、ＥＤＳ検出器４０の分析位置は、試料ホルダー２０の種類に加えて対物レンズ１６ａの種類を考慮しなければならない。

したがって、荷電粒子線装置４００では、ＥＤＳコントローラ５２は、試料ホルダー２０の種類の情報および対物レンズ１６ａの種類の情報に基づいてＥＤＳ検出器４０の分析位置を決定する。

ＥＤＳシステム５０は、図９に示すように、記憶部５９を有している。記憶部５９は、試料ホルダー２０の種類および対物レンズ１６ａの種類に応じたＥＤＳ検出器４０の分析位置の情報を記憶している。記憶部５９は、例えば、ＲＯＭやハードディスク等の記憶装置である。

下記表１は、試料ホルダー２０の種類および対物レンズ１６ａの種類に応じたＥＤＳ検出器４０の分析位置を表す表である。

なお、「Ａ」，「Ｂ」は、対物レンズ１６ａの種類を表している。例えば対物レンズ「Ａ」は通常のポールピースを備えた対物レンズであり、対物レンズ「Ｂ」は高分解能用ポールピースを備えた対物レンズである。また、Ｐ１〜Ｐ４は、ＥＤＳ検出器４０の分析位置を表している。

表１を用いることで、試料ホルダー２０の種類および対物レンズ１６ａの種類からＥＤＳ検出器４０の分析位置を決定することができる。

次に、荷電粒子線装置４００の動作について説明する。

図１１は、荷電粒子線装置４００のＥＤＳコントローラ５２の処理の一例を示すフローチャートである。

まず、ＥＤＳコントローラ５２は、対物レンズ１６ａの種類の情報を取得する（ステップＳ２００）。

ＥＤＳコントローラ５２は、制御コンピュータ６２から対物レンズ１６ａの種類の情報を取得する。制御コンピュータ６２は、ユーザーが操作部（図示せず）を介して入力した対物レンズ１６ａの種類の情報をＥＤＳコントローラ５２に送る処理を行う。ＥＤＳコントローラ５２は、制御コンピュータ６２からの対物レンズ１６ａの種類の情報を受け取り、現在用いられている対物レンズ１６ａの種類の情報を取得する。

次に、ＥＤＳコントローラ５２は、試料ホルダー２０の種類の情報を取得する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２の処理は、上述したステップＳ１００の処理と同じであるため、その説明を省略する。

次に、ＥＤＳコントローラ５２は、取得した試料ホルダー２０の種類の情報および対物レンズ１６ａの種類の情報に基づいて、ＥＤＳ検出器４０の分析位置を決定する（ステップＳ２０４）。

ＥＤＳコントローラ５２は、取得した試料ホルダー２０の種類の情報および対物レンズ１６ａの種類の情報と、記憶部５９に記憶されている試料ホルダー２０の種類および対物レンズ１６ａの種類に応じたＥＤＳ検出器４０の分析位置の情報（表１参照）と、をマッチングして、ＥＤＳ検出器４０の分析位置を決定する。決定されたＥＤＳ検出器４０の分析位置の情報は、ＥＤＳコントローラ５２の記憶部に記憶される。

次に、ＥＤＳコントローラ５２は、移動機構部４２を制御して、ステップＳ２０４で決定された分析位置にＥＤＳ検出器４０を移動させる（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０６の処理は、上述したステップＳ１０４の処理と同じであるため、その説明を省略する。

以上の処理により、ＥＤＳ検出器４０を試料ホルダー２０の種類および対物レンズ１６ａの種類に応じた分析位置に移動させることができる。

荷電粒子線装置４００では、ＥＤＳコントローラ５２は、ＥＤＳ検出器４０の分析位置を決定する処理（ステップＳ２０４）において試料ホルダー２０の種類の情報および対物レンズ１６ａの種類の情報に基づいてＥＤＳ検出器４０の分析位置を決定する。そのため、荷電粒子線装置４００では、試料ホルダー２０の種類および対物レンズ１６ａの種類に応じてＥＤＳ検出器４０を適切な分析位置に配置することができる。これにより、荷電粒子線装置４００では、ＥＤＳ検出器４０と試料ホルダー２０との干渉、およびＥＤＳ検出器４０と対物レンズ１６ａとの干渉を防止しつつ、ＥＤＳ検出器４０と試料Ｓとの間の距離を小さくして検出立体角を大きくすることができる。

（４）第４変形例
次に、第１実施形態の第４変形例に係る荷電粒子線装置について説明する。第４変形例に係る荷電粒子線装置の構成は、図１に示す荷電粒子線装置１００と同じであり、図示を省略する。以下、上述した荷電粒子線装置１００の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。

第４変形例に係る荷電粒子線装置では、ＥＤＳコントローラ５２は、試料ホルダー２０と通信ができない場合には、ＥＤＳ検出器４０の分析位置を、あらゆる試料ホルダー２０に対して干渉しない位置とする。

試料ホルダーの中には、制御コンピュータ６２と通信用ケーブル２で接続されないタイプも存在する。例えば、傾斜台や、回転台、ヒーター等を備えていない試料ホルダー等である。このような試料ホルダーは、制御システム６０と通信する必要がないためである。

また、ＥＤＳ分析に対応していない試料ホルダーも存在する。例えば、ＥＤＳ検出器で検出が困難なベリリウム材で覆われていない試料ホルダー等である。

通常、このような試料ホルダーが挿入されている状態で、ＥＤＳ検出器４０を試料室１５内に挿入することは少ない。しかしながら、ユーザーの操作ミス等によりＥＤＳ検出器４０が試料室１５内に挿入されてしまう場合が考えられる。このような場合に備えて、ＥＤＳコントローラ５２は、上述したように、試料ホルダー２０と通信ができない場合には、ＥＤＳ検出器４０の分析位置を、あらゆる試料ホルダー２０に対して干渉しない位置とする。

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る荷電粒子線装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は、第２実施形態に係る荷電粒子線装置５００を模式的に示す図である。図１３は、通常の試料ホルダー２０ａが挿入されている場合のＥＤＳ検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃの分析位置を示す図である。図１４は、大立体角対応の試料ホルダー２０ｃが挿入されている場合のＥＤＳ検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃの分析位置を示す図である。図１３および図１４では、ＥＤＳ検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃが分析位置に位置している状態を図示している。

以下、第２実施形態に係る荷電粒子線装置５００において、第１実施形態に係る荷電粒子線装置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。

荷電粒子線装置５００は、図１２〜図１４に示すように、ＥＤＳ検出器４０を複数有している。図示の例では、荷電粒子線装置５００は、３つのＥＤＳ検出器（第１ＥＤＳ検出器４０ａ、第２ＥＤＳ検出器４０ｂ、第３ＥＤＳ検出器４０ｃ）を有している。また、荷
電粒子線装置５００は、第１ＥＤＳ検出器４０ａを移動させるための移動機構部４２と、第２ＥＤＳ検出器４０ｂを移動させるための移動機構部（図示せず）と、第３ＥＤＳ検出器４０ｃを移動させるための移動機構部（図示せず）と、を有している。なお、荷電粒子線装置５００におけるＥＤＳ検出器の数は特に限定されない。

荷電粒子線装置５００は、複数のＥＤＳ検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃを有するため、検出感度を向上させることができる。

図１３および図１４に示すように、複数のＥＤＳ検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、互いに異なる方向に配置されている。

ここで、図１４に示す大立体角対応の試料ホルダー２０ｃでは、通常の試料ホルダー２０ａ（図１３参照）と比べて、試料ホルダー２０ｃの先端部の長さおよび先端部の幅が、小さくなっている。これにより、大立体角対応の試料ホルダー２０ｃでは、通常の試料ホルダー２０ａと比べて、ＥＤＳ検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃを試料Ｓに近づけることができる。

荷電粒子線装置５００のＥＤＳコントローラ５２の処理は、複数のＥＤＳ検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃの各々に対して、ステップＳ１０２の処理およびステップＳ１０４の処理を行う点を除いて、上述した荷電粒子線装置１００のＥＤＳコントローラ５２の処理と同じであり、その説明を省略する。

荷電粒子線装置５００では、上述した荷電粒子線装置１００と同様に、試料ホルダー２０の種類に応じて複数のＥＤＳ検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃを適切な分析位置に配置することができる。

なお、第２実施形態に係る荷電粒子線装置５００に対しても、上述した第１実施形態の第１〜第４変形例は同様に適用できる。

３．その他の実施形態
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、上述した実施形態では、荷電粒子線装置が、透過電子顕微鏡や、走査透過電子顕微鏡、走査電子顕微鏡としての機能を有している例について説明したが、本発明に係る荷電粒子線装置は、荷電粒子（電子やイオン等）を試料に照射して観察や、分析、加工等を行うことが可能な装置であればよい。本発明に係る荷電粒子線装置は、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）、集束イオンビーム装置等であってもよい。

また、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。

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…通信用ケーブル、２ａ…第１信号線、２ｂ…第２信号線、１０…荷電粒子線装置本体部、１１…電子源（荷電粒子源）、１２…照射レンズ系、１３…試料ステージ、１５…試料室、１６…結像レンズ系、１６ａ…対物レンズ、１６ｂ…中間レンズ、１６ｃ…投影レンズ、２０…試料ホルダー、２０ａ…試料ホルダー、２０ｂ…試料ホルダー、２０ｃ…試料ホルダー、２２…特定部、２２ａ…特定部、２２ｂ…特定部、２３ａ…第１端子、２３ｂ…第２端子、２３ｃ…配線、２４…記憶部、３０…像取得装置、３２…走査透過電子検出器、３４…二次電子検出器、４０…ＥＤＳ検出器、４０ａ…第１ＥＤＳ検出器、４０ｂ…第２ＥＤＳ検出器、４０ｃ…第３ＥＤＳ検出器、４２…移動機構部、５０…ＥＤＳシステム、５２…ＥＤＳコントローラ（制御部）、５４…ＥＤＳアナライザ、５６…ＥＤＳコンピュータ、５８…表示部、５９…記憶部、６０…制御システム、６２…制御コンピュータ、６４…表示部、６６…操作部、１００…荷電粒子線装置、１６０…上部磁極片、１６２…下部磁極片、２００…荷電粒子線装置、３００…荷電粒子線装置、４００…荷電粒子線装置、５００…荷電粒子線装置

Claims

荷電粒子を発生させる荷電粒子源と、
試料を保持する試料ホルダーと、
前記試料に前記荷電粒子を照射することにより前記試料で発生した信号を分析位置において検出する検出器と、
前記検出器を前記分析位置に移動させるための移動機構部と、
前記移動機構部を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記試料ホルダーの種類の情報を取得する処理と、
取得した前記試料ホルダーの種類の情報に基づいて、前記分析位置を決定する処理と、
前記移動機構部を制御して、決定された前記分析位置に前記検出器を移動させる処理と、
を行う、荷電粒子線装置。
請求項１において、
前記試料ホルダーは、前記制御部と複数の信号線を介して接続され、
前記制御部は、前記複数の信号線間の電気的接続状態に基づいて、前記試料ホルダーの種類の情報を取得する、荷電粒子線装置。
請求項１において、
前記試料ホルダーは、前記試料ホルダーの種類の情報が記憶されている記憶部を有し、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記試料ホルダーの種類の情報を読み出して、前記試料ホルダーの種類の情報を取得する、荷電粒子線装置。
請求項１において、
ユーザーが前記試料ホルダーの種類の情報を入力するための操作部を含み、
前記制御部は、前記操作部を介して入力された前記試料ホルダーの種類の情報に基づいて、前記試料ホルダーの種類の情報を取得する、荷電粒子線装置。
請求項１ないし４のいずれか１項において、
対物レンズをさらに含み、
前記制御部は、対物レンズの種類の情報を取得する処理を行い、
前記分析位置を決定する処理では、前記試料ホルダーの種類の情報および前記対物レンズの種類の情報に基づいて前記分析位置を決定する、荷電粒子線装置。