JP7160871B2 - 荷電粒子線装置及び設定支援方法 - Google Patents

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。

特許文献３には、電子線マイクロアナライザーにおいて、Ｘ線強度の補正のために、試料に含まれる元素ごとにＸ線発生範囲が計算されている。しかし、特許文献３には、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画像の生成については記載されていない。

なお、特許文献４には、周期律表を利用して元素を選択することが記載されているが、試料への荷電粒子線の照射については記載されていない。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 特開２００２－ ３３９７６号公報 特開２０００－３３８０８８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、複数の元素により構成される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、試料を構成する複数の元素及びそれらの複数の濃度を受け付ける受付部と、荷電粒子線の照射条件、前記複数の元素についての複数の元素情報、及び、前記複数の濃度に基づいて、前記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、試料を構成する複数の元素及びそれらの複数の濃度を受け付ける工程と、荷電粒子線の照射条件、前記複数の元素についての複数の元素情報、及び、前記複数の濃度に基づいて、前記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、前記照射条件を設定する際に、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、複数の元素により構成される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。 ＵＩ（ユーザーインターフェイス）部の構成例を示す図である。 元素テーブルの一例を示す図である。 深さの定義を説明するための図である。 電子侵入深さ、特性Ｘ線発生深さ等の計算方法を示す図である。 試料情報入力用の画像の一例を示す図である。 元素選択用の画像の一例を示す図である。 複数種類のカラーパターンを説明するための図である。 参照像の第１例を示す図である。 選択的にポップアップ表示される複数の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。 参照像の第２例を示す図である。 参照像の第３例を示す図である。 参照像の第４例を示す図である。

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、受付部、参照像生成部、及び、表示器を有する。受付部は、試料を構成する複数の元素及びそれらの複数の濃度を受け付ける。参照像生成部は、荷電粒子線の照射条件、複数の元素についての複数の元素情報、及び、複数の濃度に基づいて、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を生成する。照射条件を設定する際に、表示器に、参照像が表示される。

上記構成によれば、参照像の観察を通じて、試料内における物理現象の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。特に、参照像の生成に際し、試料を構成する複数の元素及びそれらの複数の濃度が考慮されるので、それらを考慮しない場合に比べて、ユーザーに対して、より正確な情報を提供できる。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、参照像を観察することにより、照射条件を適切に設定し易くなる。

物理現象の範囲には、電子散乱範囲（電子侵入範囲）、及び、信号発生範囲が含まれ得る。信号発生範囲には、特性Ｘ線発生範囲、及び、反射電子発生範囲が含まれ得る。複数の物理現象の範囲を示す複数の図形、及び、複数の物理現象の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。実施形態においては、照射条件、複数の元素、及び、複数の濃度のいずれかが変更された場合、物理現象の範囲を示す図形は変化せず、物理現象の範囲の大きさを示す数値が変化する。そのような変化を通じて最適な照射条件を絞り込める。

表示された図形から物理現象の範囲の形態を凡そ把握でき、表示された数値から物理現象の範囲の大きさを凡そ把握できる。図形及び数値はいずれも目安であるが、ユーザーに何らの情報を提供しない場合に比べて、ユーザーによる照射条件の設定を支援できる。実施形態においては、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がユーザーに提供され、その画像を通じて照射条件の確認、変更等が行われる。

実施形態において、荷電粒子線は電子線である。物理現象の範囲には電子散乱範囲が含まれ、数値には電子侵入深さが含まれる。実施形態において、各元素情報には、各元素の質量、密度、及び、原子番号が含まれる。参照像生成部は、複数の元素情報に基づいて、試料について平均質量、平均密度、及び、平均原子番号を演算する。参照像生成部は、平均質量、平均密度、及び、平均原子番号に基づいて、電子侵入深さを演算する。各平均値の演算に際しては、複数の濃度が考慮される。

実施形態において、荷電粒子線は電子線である。物理現象の範囲には特性Ｘ線発生範囲が含まれ、数値には、複数の元素に対応した複数の特性Ｘ線発生深さの全部又は一部が含まれる。複数の元素に対応した複数の特性Ｘ線発生深さが数値列として表示されてもよいし、複数の元素の中の注目元素に対応した特性Ｘ線発生深さが数値として表示されてもよい。

実施形態において、各元素情報には、各元素の質量、密度、原子番号、及び、最低励起エネルギーが含まれる。参照像生成部は、複数の元素情報に基づいて、試料について平均質量、平均密度、及び、平均原子番号を演算する。参照像演算部は、平均質量、平均密度、平均原子番号、及び、複数の元素に対応する複数の最低励起エネルギーの全部又は一部、に基づいて、複数の特性Ｘ線発生深さの全部又は一部を演算する。

実施形態において、参照像には、複数の元素を示す複数の元素表示要素が含まれる。また、参照像には、複数の濃度を示す複数の濃度表示要素が含まれる。表示要素の概念には、文字、記号、図形、色相等が含まれる。円グラフ、棒グラフ等によって複数の濃度の関係が表現されてもよい。

実施形態において、照射条件には、荷電粒子線の加速電圧、及び、試料の傾斜角度が含まれる。参照像には、更に、加速電圧を示す数値、及び、傾斜角度を示す数値が含まれる。複数の元素、複数の濃度、加速電圧、及び、傾斜角度のいずれかの変更に従って、参照像が変化する。

実施形態に係る設定支援方法は、第１工程、第２工程、及び、第３工程を含む。第１工程では、試料を構成する複数の元素及びそれらの複数の濃度が受け付けられる。第２工程では、荷電粒子線の照射条件、複数の元素についての複数の元素情報、及び、複数の濃度に基づいて、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３工程では、ユーザーが照射条件を設定する際に、参照像が表示される。

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。

後述するように、表示器１６に表示された画像１９を通じて、試料情報が入力される。具体的には、試料２５を構成する複数の元素及び各元素の濃度（試料中の質量比率）が入力される。入力された試料情報は、ＵＩ部３６に送られる。もっとも、ＵＩ部３６が分析部３４から試料情報を取得してもよい。

測定部１２は、鏡筒２０及び本体２１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。具体的には、分析部３４は、試料を構成する複数の元素、及び、元素ごとの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、試料内における物理現象の範囲を模擬する図形及び物理現象の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。物理現象の範囲として、電子散乱範囲（電子侵入範囲）、及び、信号発生範囲が挙げられる。信号発生範囲として、反射電子発生範囲、及び、特性Ｘ線発生範囲が挙げられる。信号発生範囲は、試料から放出された信号の発生範囲である。後述するように、実施形態に係る参照像には、複数の物理現象の範囲を示す複数の図形、及び、複数の物理現象の範囲の大きさを示す複数の数値、が含まれる。参照像は、試料の縦断面に相当する。物理現象の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、物理現象の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の構成例が示されている。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機能を示している。受付部６２は、加速電圧Ｅ_０、試料情報ＳＩ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。試料情報ＳＩのデフォルト値は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）１００％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。なお、以下に説明するように、制御部に設定されている加速電圧Ｅ_０を取得し、その加速電圧Ｅ_０をデフォルト値又は更新値としてもよい。

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、試料情報ＳＩを取得する取得部として機能する。試料情報ＳＩは、試料を構成する複数の元素Ｓ及びそれらについての複数の濃度を示す情報である。もちろん、試料が単一の元素により構成されてもよい。受付部１７２は、符号５８及び符号４４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、試料情報ＳＩ、及び、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、これにより、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６６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の両方又は一方である。

受付部４０において受け付けられた試料情報ＳＩに従って、複数の元素Ｓ１～Ｓｍが特定される。複数の元素Ｓ１～Ｓｍを示す情報が受付部４０から元素テーブル４６へ与えられている。ここで、ｍは元素の個数を意味している。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。試料を構成する元素Ｓごとに、元素テーブル４６から、元素情報が出力される。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エネルギーに相当する。

電子侵入深さ演算器４８は、加速電圧Ｅ_０、チルト角Ｔ、複数の元素情報、及び、複数の濃度に基づいて、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最大値である。電子侵入深さ演算器４８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５０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、複数の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５２は、加速電圧Ｅ_０、チルト角Ｔ、複数の元素情報、及び、複数の濃度に基づいて、１又は複数の特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘを演算する。例えば、特性Ｘ線発生深さ演算器５２は、試料を構成する複数の元素の中の特定の元素（注目元素）について特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘを演算し、あるいは、試料を構成する複数の元素について複数の特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘを演算する。注目元素は、ユーザーにより指定された元素である。試料を構成する複数の元素において濃度が最も高い元素を注目元素としてもよい。１つの元素について複数の最低励起エネルギーＥｃが定められている場合、つまり、１つの元素から複数の特性Ｘ線が生じ得る場合、複数の特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘが計算されてもよいし、複数の特性Ｘ線の中の特定の特性Ｘ線について特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘが計算されてもよい。特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘの計算式については後に説明する。

電子侵入深さＤ_ＰＥの計算、及び、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘの計算において、それらに共通の部分は、例えば、電子侵入深さ演算器４８及び特性Ｘ線発生深さ演算器５２のいずれかにより計算される。なお、以下においては、特性Ｘ線発生深さ演算器５２から、試料を代表する１つの特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘが出力されることを前提とする。

画像生成器５４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、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、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘ、加速電圧Ｅ_０、元素Ｓ１～Ｓｍ、濃度Ｒ１～Ｒｍ、及び、チルト角Ｔが与えられている。符号５６は、表示器に対して出力する信号を示している。符号５８は、入力器からの信号を示している。

加速電圧演算器６０は、必要に応じて、注目元素についての特性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、複数の元素情報、及び、その他の情報が参照される。逆算された加速電圧Ｅ_０が受付部４０に送られている（符号６２を参照）。

図２に示す構成例において、ＧＵＩ画像上における加速電圧等の照射条件の入力とは別に、制御部に対して、照射条件をあらためて入力することを求めてもよい。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。その場合でも、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、そのような再入力は煩雑であるので、実施形態においては、入力された照射条件を有効化する適用ボタンが用意されている。これについては後述する。

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７０を有する。各レコードは、元素７２に関する元素情報を含み、元素情報は複数の物理情報からなる。複数の物理情報には、具体的には、原子番号７４、質量７６、密度７８、最低励起エネルギー８０、等が含まれる。上記のように、個々の元素ごとに、複数の特性Ｘ線に対応する複数の最低励起エネルギー８０が登録され得る。

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、及び、試料が単一の元素により構成されることを前提とする。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は元素（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、及び、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から直ちに計算され得る。

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。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、補正後の電子侵入深さＤ_ＰＥ、補正後の反射電子発生深さＤ_ＢＳＥ、及び、補正後の特性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４を用いて説明する。

図４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する。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に相当し、図４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Ｆから原点Ｏまでの距離（Ｚ軸上の深さ）はＤ_ＰＥ／２である。

傾斜角度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４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Ｆ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、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Ｆ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。

続いて、図５を用いて、試料が複数の元素により構成される場合における各深さの計算について説明する。

電子侵入深さＤ_ＰＥ等の計算に先立って、平均質量、平均密度、及び、平均原子番号が計算される（符号８２，８４，８６を参照）。これ以降、既に説明した各計算式への代入の便宜を考慮し、平均質量をＡと表現し、平均密度をρと表現し、平均原子番号をＺと表現する。試料を構成するｍ個の元素（ｍ種類の元素とも言い得る）についての質量をＡ１～Ａｍとし、ｍ個の元素の濃度（試料中の質量割合）をＲ１～Ｒｍ（％）とする。平均質量Ａは以下の（８）式により求められる。ｉは１，２，・・・，ｍである。

同様に、平均密度ρは以下の（９）式により求められる。

更に、平均原子番号Ｚは以下の（１０）により求められる。

以上により求められた平均質量Ａ、平均密度ρ、及び、平均原子番号Ｚ、並びに、加速電圧Ｅ_０を上記（１）式又は上記（２）式に与えることにより、電子侵入深さＤ_ＰＥが求められる（符号８８を参照）。電子侵入深さＤ_ＰＥから電子散乱範囲の幅Ｄ_φが求められる（符号９０を参照）。同様に、電子侵入深さＤ_ＰＥから反射電子発生深さＤ_ＢＳＥが求められる（符号９２を参照）。

また、以上により求められた平均質量Ａ、平均密度ρ、及び、平均原子番号Ｚ、並びに、加速電圧Ｅ_０を上記（５）式に与え、同時に、注目元素の最低励起エネルギーを上記（５）式に与えることにより、特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘが求められる（符号９４を参照）。試料を構成する複数の元素それぞれについて、１又は複数の特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘが演算されてもよい。

試料傾斜状態においては、チルト角Ｔに基づいて上記（７）式から補正係数ｋが求められる（符号９６を参照）。補正前の電子侵入深さＤ_ＰＥ、補正前の反射電子発生深さＤ_ＢＳＥ、及び、補正前の特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘに対して補正係数ｋが乗算され、これにより、補正後の電子侵入深さＤ_ＰＥ、補正後の反射電子発生深さＤ_ＢＳＥ、及び、補正後の特性Ｘ線発生深さＤ_Ｘが求められる（符号９８，１００，１０２を参照）。

なお、図５において、ブロック８８，９０，９８が図２に示した電子侵入深さ演算器４８に相当する。ブロック９２，１００が反射電子発生深さ演算器５０に相当する。ブロック９４，１０２が図２に示した特性Ｘ線発生深さ演算器５２に相当する。ブロック８２，８４，８６，９６に対応する各計算は、例えば、電子侵入深さ演算器４８、特性Ｘ線発生深さ演算器５２、又は、他の演算器において実行される。図５は、演算内容を概念的に示したものであり、実際の演算においては複数の計算式を同時又は順次に実行してもよい。図５には示されていないが、上記同様の考え方に基づいて、上記（８）式に従って特性Ｘ線発生深さから加速電圧を逆算し得る。

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、ユーザーの利便性を向上でき、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６には、試料情報入力時において表示器の画面上に表示される画像１０４が示されている。画像１０４には、元素入力部１０６及び濃度入力部１０８が含まれる。元素入力部１０６は、複数の元素入力欄１１０により構成される。濃度入力部１０８は、複数の濃度入力欄１１２ｂにより構成される。図６には、５つの元素入力欄１１０及び５つの濃度入力欄１１２が示されているが、それらの個数は例示であり、必要に応じて、増減し得る。

元素の入力に際しては、キーボードを利用して元素記号を入力してもよいし、後述する周期律表の中から元素を選択してもよい。選択した元素が、アクティブ状態にある元素入力欄１１０に自動的に反映される。濃度の入力に際しては、キーボードを利用して数値が入力される。増加ボタン１１４及び減少ボタン１１６をクリックすることにより、濃度が変更又は入力され得る。

分析結果取得ボタン１１８は、分析部の分析結果を取得する際に操作される。その操作により、元素入力部１０６及び濃度入力部１０８に分析結果が反映される。すなわち、１又は複数の元素が自動的に入力され、また、１又は複数の濃度が自動的に入力される。その後、必要に応じて、いずれかの元素又は濃度がユーザーにより変更されてもよい。

上述した参照像生成器は、複数の元素の濃度の合計が１００％にならない場合にそれを判定し、エラーを出力する機能を備えている。その場合、エラーが生じた濃度入力欄１１２又は濃度入力部１０８全体を点滅させるようにしてもよい。エラーが生じる値の入力を受け付けないようにしてもよい。なお、複数の元素の中に支配的な元素が存在する場合、試料がその元素のみにより構成されているとみなして、各深さを計算してもよい。

画像１０４に対する入力が完了した時点で、適用ボタン１２０が操作される。すると、入力された複数の値に基づいて各深さが演算され、それらの演算結果が反映された参照像が生成及び表示される。参照像の表示状態において、任意の値が変更されてもよく、その場合、値の変更に伴って参照像が変化する。なお、画像１０４は、例えば、参照像を含むＧＵＩ画像上にポップアップ表示されるものである。閉じるボタン１２２は、画像１０４をクローズする際に操作されるボタンである。ＧＵＩ画像の一部を構成する画像として、画像１０４が常時表示されてもよい。

図７には、元素選択用の画像１２４が示されている。元素を入力する際に、必要に応じて、画像１２４を登場させることが可能である。画像１２４の実体は、周期律表１２６である。画像１２４には、インデックス１２８も含まれる。

周期律表１２６は、化学規則に従って二次元配列された複数の元素シンボルにより構成される。インデックス１２８は、図示の例において、５つのカラーパターン１２８ａ～１２８ｅにより構成される。個々のカラーパターン１２８ａ～１２８ｅは、加速電圧の可変範囲内において発生し得る特性Ｘ線の種類及び個数を表現している。図示の例では、元素シンボル１３０Ａは、第１カラーパターンを有する。元素シンボル１３０Ｂは、第２カラーパターンを有する。元素シンボル１３０Ｃは、第３カラーパターンを有する。元素シンボル１３０Ｄは、第４カラーパターンを有する。元素シンボル１３０Ｅは、第５カラーパターンを有する。

図８を用いて、各カラーパターン１２８ａ～１２８ｅについて説明する。第１カラーパターン１２８ａは、Ｋ線が生じ得ることを表現しており、それ全体として第１カラーＣ１の着色が施されている。第２カラーパターン１２８ｂは、Ｋ線及びＬ線が生じ得ることを表現しており、それ全体が上下に二分され、上部に第１カラーＣ１の着色が施され、下部に第２カラーＣ２の着色が施されている。第３カラーパターン１２８ｃは、Ｌ線が生じ得ることを表現しており、それ全体として第２カラーＣ２の着色が施されている。第４カラーパターン１２８ｄは、Ｌ線及びＭ線が生じ得ることを表現しており、それ全体が上下に二分され、上部に第２カラーＣ２の着色が施され、下部に第３カラーＣ３の着色が施されている。第５カラーパターン１２８ｅは、Ｍ線が生じ得ることを表現しており、それ全体として第３カラーＣ３の着色が施されている。個々の各カラーパターン１２８ａ～１２８ｅの中央部には、特性Ｘ線の種類及び個数を示すマークが付されている。

各元素シンボルに対して、それが示す元素に応じて、つまりその元素から生じ得る特性Ｘ線の種類及び個数に応じて、いずれかのカラーパターンが適用されている。図８において例示された元素シンボル１３５には、第２カラーパターンが適用されている。その上部１３６に対して第１カラーＣ１の着色が施されており、その下部１３８に対して第２カラーＣ２の着色が施されている。元素シンボル１３５の中央部には元素記号１４０が付されている。

図７に戻って、既に選択された元素に対応する元素シンボルに対してはマーク１３４が表示される。符号１３２は、現時点において選択対象となった元素シンボルを示しており、それは例えば高輝度で表示される。その場合、カラーパターンの視認性が維持されるように表示態様を変化させるのが望ましい。以上のような周期律表を利用した元素選択によれば、化学的な知見を背景として、複数の元素を誤りなく又は素早く選択することが可能となる。

図９には、ＧＵＩ画像１４２が示されている。ＧＵＩ画像１４２は、照射条件を新規に設定し、既に設定されている照射条件を確認し、又は、既に設定されている照射条件を変更する場合において、ユーザーの指示に従って、表示される画像である。

ＧＵＩ画像１４２には、第１例に係る参照像１４４、及び、ガイダンス表示１４６が含まれる。参照像１４４には、複数の図形１５０，１５２，１５６，１５８，１６０，１６２、及び、複数の数値１６４，１６６，１６８，１７０，１７２，１７４、及び、複数のラベル（文字列）１７６～１８２，１８４，１８６，１８８，１９０，１９１，１９２が含まれる。参照像１４４は、試料の縦断面（電子線に相当する軸線を含む断面）に相当する。

図形１５０は、三角形であり、それは下向きの尖塔形を有する。図形１５０は、電子線を模擬している。図形１５２は試料表面を模擬する直線である。図形１５０の頂点１５４が図形１５２に接している。頂点１５４は電子線を照射する点を示している。数値１６４は加速電圧（入射電圧）を示すものである。数値１６６は、チルト角を示している。ラベル１８４は、チルト角を示すシンボルである。

ラベル１７６～１８２は、試料を構成する複数の元素を示しており、それらはそれぞれ元素表示要素である。ここで、試料は想定試料又は実試料である。ラベル１７６～１８２は、具体的には、元素記号である。試料を構成する元素数に応じた個数のラベル１７６～１８２が表示される。元素の指定又は選択に際しては、上述した周期律表を利用し得る。

図形１５６は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１５４に一致している。図形１５６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）１８６が表示されている。図形１５６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１５８は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１５４に一致している。図形１５８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）１８８が表示されている。図形１５８の中には、反射電子発生深さを示す数値１６８が表示されている。図形１５８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１６８は、加速電圧の変更に伴って変化し、試料情報（複数の元素及び複数の濃度）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１６０は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１５４に一致している。図形１６０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）１９０が表示されている。図形１６０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１６０の内部には、特性Ｘ線発生深さを示す数値１７０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（ここでは代表特性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１０７は、加速電圧の変更に伴って変化し、試料情報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１６２は、液滴形状を有し、その頂点は上記頂点１５４に一致している。図形１６２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１９２が表示されている。図形１６２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１６２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１７２が表示されており、また、電子散乱範囲の幅を示す数値１７４が表示されている。数値１７２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１７４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１４６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１５６，１５８，１６０，１６２に対してペイント処理が施されてもよい。ペイント処理によれば、各図形１５６，１５８，１６０，１６２を相互に識別し易くなる。もっとも、図形１５６，１５８，１６０，１６２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１５６，１５８，１６０，１６２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。

破線のブロック１９４，１９６，１９８～２０４，２０６は、その中に含まれる値（数値、記号）が変更可能なものであることを示しており、具体的には、それらはポインタ２０８を認識する領域を示している。

図１０に示されているように、ブロック１９６内にポインタを移動させて、クリック操作を行うと、ウインドウ２１０がポップアップ表示される。ウインドウ２１０には、チルト角の入力欄２１１、取得ボタン２１２、適用ボタン２１４、ＯＫボタン２１６、及び、キャンセルボタン２１８が含まれる。入力欄２１１を利用してチルト角を入力し得る。取得ボタン２１２を操作すると、制御部に設定されているチルト角度が入力欄２１１の中に反映される。適用ボタン２１４を操作すると、入力欄２１１に入力されているチルト角が制御部に送られ、そのチルト角が制御部に対して設定される。

一方、図１０に示されているように、ブロック１９４内にポインタを移動させて、クリック操作を行うと、ウインドウ２２０がポップアップ表示される。ウインドウ２２０には、加速電圧の入力欄２２１、取得ボタン２２２、適用ボタン２２４、ＯＫボタン２２６、及び、キャンセルボタン２２８が含まれる。入力欄２２１を利用して加速電圧を入力し得る。取得ボタン２２２を操作すると、制御部に設定されている加速電圧が入力欄２２１の中に反映される。適用ボタン２２４を操作すると、入力欄２２１に入力されている加速電圧が制御部に送られ、その加速電圧が制御部に対して設定される。

他方、図１０に示されているように、ブロック２０６内にポインタを移動させて、クリック操作を行うと、ウインドウ２３０がポップアップ表示される。ウインドウ２３０には、特性Ｘ線発生深さの入力欄２３１、ＯＫボタン２３２、及び、キャンセルボタン２３４が含まれる。入力欄２３１を利用して特性Ｘ線深さを入力し得る。その入力後、ＯＫボタン２３２を操作すると、入力された特性Ｘ線深さに対応する加速電圧が逆算され、その加速電圧が表示される。加速電圧の変更に伴って、それに関連する電子侵入深さ等が変更される。その場合においては、逆算状態を示すガイダンスが表示される。

試料情報の変更については、既に説明した通りである。試料情報が変更された場合にも、新たな試料情報に基づいて参照像が生成され、つまり参照像が更新される。なお、ブロック２０６内にポインタを移動させた時点で、試料から発生し得る複数の特性Ｘ線について複数の特性Ｘ線発生深さが数値列として表示されてもよい。また、ブロック１９４内にポインタを移動させた時点で、試料から発生し得る複数の特性Ｘ線に対応する複数の加速電圧が数値列として表示されてもよい。

図１１には、試料が傾斜した場合における参照像１４４Ａが示されている。数値１６６Ａがチルト角を示している。試料表面を示す図形（直線）１５２Ａ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１５６Ａ，１５８Ａ，１６０Ａ，１６２Ａ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１６８Ａ，１７０Ａ，１７２Ａ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。

以上のように、実施形態によれば、試料が複数の元素により構成されている場合において、複数の元素及びそれらの濃度が考慮された参照像をユーザーに提供することができる。そのような参照像を観察することにより、照射条件の設定が容易化される。

図１２には、第２例に係る参照像１４４Ｂが示されている。参照像１４４Ｂには、複数の範囲を表示する複数の図形に並んで円グラフ２４０が表示されている。円グラフ２４０は、試料を構成する複数の元素及びそれらの濃度を示すものである。すなわち、円グラフ２４０は、以下に説明するカラーマップ２４２と共に、複数の元素表示要素及び複数の濃度表示要素として機能する。例えば、試料がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなる４つの元素で構成される場合、円グラフ２４０には、４つの元素に対応する４つの領域が設けられる。個々の領域はそれぞれ異なるカラーで表現される。カラーマップ２４２を通じて、元素と領域とカラーの相互関係を確認し得る。

円グラフ２４０において、個々の領域の面積（具体的には円弧の長さ）が個々の濃度に対応している。例えば、ポインタ２４８を用いて、隣接する２つの領域間に設けられた特定のノード２４４を円周に沿って動かすことにより、個々の濃度を変更し得る。

第２例に係る参照像１４４Ｂを採用する場合、ポインタ２４８によって指定された領域に対応する元素についての特性Ｘ線深さが数値として表示されてもよい。例えば、図１２において、ラベル１９１Ａは元素Ａを示しており、特性Ｘ線発生深さ１７０Ｂは元素Ａについてのものである。この構成によれば、注目元素を簡便に切り替えられる。

図１３には、第３例に係る参照像１４４Ｃが示されている。それには、複数の元素に対応した複数のボタンからなるボタン列２５０が含まれている。ボタン列２５０中の特定のボタン２５２が選択された時点で、そのボタンに対応する元素を表すラベル１９１Ｂが表示され、その元素についての特性Ｘ線発生深さを示す数値１７０Ｃが表示されるようにしてもよい。

図１４には、第４例に係る参照像１４４Ｄが示されている。参照像１４４Ｄには、複数の元素Ａ～Ｄに対応する複数の特性Ｘ線発生深さを示す数値列２５８が表示されている。このように発生し得る複数の特性Ｘ線に対応して複数の特性Ｘ線発生深さを同時に表示してもよい。

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、２５ 試料、２４ 試料ステージ、３６ ＵＩ部、３８ 参照像生成器、４０ 受付部、４６ 元素テーブル、４８ 電子侵入深さ演算器、５０ 反射電子発生深さ演算器、５２ 特性Ｘ線発生深さ演算器、５４ 画像生成器、６０ 加速電圧演算器、１４４ 参照像。

Claims (9)

1. 試料を構成する複数の元素及びそれらの複数の濃度を受け付ける受付部と、
   荷電粒子線としての電子線の照射条件、前記複数の元素についての複数の元素情報、及び、前記複数の濃度に基づいて、前記試料内における電子散乱範囲を模擬した第１図形、前記試料内における特性Ｘ線発生範囲を模擬した第２図形、前記試料内における電子侵入深さを示す第１数値、及び、前記試料内における前記複数の元素に対応した複数の特性Ｘ線発生深さの全部又は一部を示す第２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、
   前記第２数値は、前記複数の元素の中からユーザーにより指定された注目元素の特性Ｘ線発生深さを示す数値である、
   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、
   前記各元素情報には、前記各元素の質量、密度、及び、原子番号が含まれ、
   前記参照像生成部は、
   前記複数の元素情報に基づいて、前記試料について平均質量、平均密度、及び、平均原子番号を演算し、
   前記平均質量、前記平均密度、及び、前記平均原子番号に基づいて、前記電子侵入深さを演算する、
   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、前記複数の元素及び前記複数の濃度のいずれかが変更された場合に、前記第１図形及び前記第２図形が変化せずに、前記第１数値及び前記第２数値が変化する、
   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、
   前記各元素情報には、前記各元素の質量、密度、原子番号、及び、最低励起エネルギーが含まれ、
   前記参照像生成部は、
   前記複数の元素情報に基づいて、前記試料について平均質量、平均密度、及び、平均原子番号を演算し、
   前記平均質量、前記平均密度、前記平均原子番号、及び、前記複数の元素についての複数の最低励起エネルギーの全部又は一部に基づいて、前記複数の特性Ｘ線発生深さの全部又は一部を演算する、
   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、
   前記参照像には、前記複数の元素を示す複数の元素表示要素が含まれる、
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項６記載の荷電粒子線装置において、
   前記参照像には、前記複数の濃度を示す複数の濃度表示要素が含まれる、
   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、
   前記照射条件には、前記荷電粒子線の加速電圧、及び、前記試料の傾斜角度が含まれ、
   前記参照像には、更に、前記加速電圧を示す数値、及び、前記傾斜角度を示す数値が含まれ、
   前記複数の元素、前記複数の濃度、前記加速電圧、及び、前記傾斜角度のいずれかの変更に従って、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。
9. 試料を構成する複数の元素及びそれらの複数の濃度を受け付ける工程と、
   荷電粒子線としての電子線の照射条件、前記複数の元素についての複数の元素情報、及び、前記複数の濃度に基づいて、前記試料内における電子散乱範囲を模擬した第１図形、前記試料内における特性Ｘ線発生範囲を模擬した第２図形、前記試料内における電子侵入深さを示す第１数値、及び、前記試料内における前記複数の元素に対応した複数の特性Ｘ線発生深さの全部又は一部を示す第２数値を含む参照像を生成する工程と、
   前記照射条件を設定する際に、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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