特許 7373060 放射線分析システム、荷電粒子ビームシステム及び放射線分析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-24

(45)【発行日】2023-11-01

(54)【発明の名称】放射線分析システム、荷電粒子ビームシステム及び放射線分析方法

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/26 20060101AFI20231025BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20231025BHJP

   G01N 23/2252 20180101ALI20231025BHJP

   G01N 23/2251 20180101ALI20231025BHJP

   G01N 23/2206 20180101ALI20231025BHJP

   G01N 23/203 20060101ALI20231025BHJP

   H01J 37/28 20060101ALN20231025BHJP

【ＦＩ】

G01T1/26

H01J37/244

G01N23/2252

G01N23/2251

G01N23/2206

G01N23/203

H01J37/28 B

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022518536

(86)(22)【出願日】2020-04-30

(86)【国際出願番号】 JP2020018258

(87)【国際公開番号】W WO2021220458

(87)【国際公開日】2021-11-04

【審査請求日】2022-10-06

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高野 彬

(72)【発明者】

【氏名】田中 啓一

【審査官】小林 幹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１３３４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７１０１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／００－１／１６

Ｇ０１Ｔ １／１６７－７／１２

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

Ｇ０１Ｎ ２３／００－２３／２２７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線を検出する超伝導転移端センサと、
前記超伝導転移端センサに流れる電流を検出する電流検出機構と、
前記電流検出機構からの前記電流の検出信号を処理するコンピュータサブシステムと、を備え、
前記コンピュータサブシステムは、
前記電流の前記検出信号のベースライン電流を算出する処理と、
前記超伝導転移端センサが前記放射線を検出した際に前記検出信号に生じる信号パルスの波高値を算出する処理と、
複数のエネルギーを有する放射線を、それぞれ２以上の異なる温度条件において前記超伝導転移端センサによって検出した際の前記ベースライン電流及び前記波高値に基づく相関データを取得する処理と、
未知のエネルギーを有する放射線を前記超伝導転移端センサによって検出した際の前記信号パルスが生じる前の前記ベースライン電流と、前記相関データとに基づいて、前記信号パルスの前記波高値又は当該波高値から算出されるエネルギー値を補正する処理と、を実行することを特徴とする放射線分析システム。

【請求項2】

前記コンピュータサブシステムは、さらに、
前記補正した前記波高値に基づいて、前記未知のエネルギーを算出する処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の放射線分析システム。

【請求項3】

前記相関データは、前記放射線のエネルギーと前記波高値のデータをｎ次関数（ｎは整数）又はスプライン曲線で補間した補正曲線であることを特徴とする請求項１に記載の放射線分析システム。

【請求項4】

前記超伝導転移端センサを冷却するためのコールドヘッドと、
前記コールドヘッドに設けられたヒータと、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線分析システム。

【請求項5】

前記コンピュータサブシステムは、さらに、
前記ヒータの出力を制御する処理を実行することを特徴とする請求項４に記載の放射線分析システム。

【請求項6】

前記コンピュータサブシステムは、
前記相関データを取得する処理において、前記コールドヘッドの温度変動が±０．１ｍＫ以下となるように、前記ヒータの出力を制御することを特徴とする請求項５に記載の放射線分析システム。

【請求項7】

前記コンピュータサブシステムは、
前記相関データを取得する処理において、前記ベースライン電流の変動が±０．２μＡ以下となるように、前記ヒータの出力を制御することを特徴とする請求項６に記載の放射線分析システム。

【請求項8】

前記コンピュータサブシステムは、前記ベースライン電流の変動が±２．０μＡ以下となるように、前記ヒータの出力を制御することを特徴とする請求項５に記載の放射線分析システム。

【請求項9】

前記コンピュータサブシステムは、表示部を備え、
前記コンピュータサブシステムは、
前記相関データを取得するためのＧＵＩ画面を前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１に記載の放射線分析システム。

【請求項10】

前記電流検出機構は、
超伝導量子干渉素子型アンプと、
前記超伝導量子干渉素子型アンプから出力された電気信号を増幅し整形処理するための室温アンプと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線分析システム。

【請求項11】

請求項１記載の放射線分析システムを備える荷電粒子ビームシステム。

【請求項12】

超伝導転移端センサにより放射線を検出することと、
電流検出機構により前記超伝導転移端センサに流れる電流を検出することと、
コンピュータシステムにより、前記電流の検出信号のベースライン電流を算出することと、
前記コンピュータシステムにより、前記超伝導転移端センサが前記放射線を検出した際に前記検出信号に生じる信号パルスの波高値を算出することと、
前記コンピュータシステムにより、複数のエネルギーを有する放射線を、それぞれ２以上の異なる温度条件において前記超伝導転移端センサによって検出した際の前記ベースライン電流及び前記波高値に基づく相関データを取得することと、
前記コンピュータシステムにより、未知のエネルギーを有する放射線を前記超伝導転移端センサによって検出した際の前記信号パルスが生じる前の前記ベースライン電流と、前記相関データとに基づいて、前記信号パルスの前記波高値又は当該波高値から算出されるエネルギー値を補正することと、を含む放射線分析方法。

【請求項13】

放射線を検出する超伝導転移端センサと、
前記超伝導転移端センサに流れる電流を検出する電流検出機構と、
前記電流検出機構からの前記電流の検出信号を処理するコンピュータサブシステムと、を備え、
前記コンピュータサブシステムは、
複数のエネルギーを有する放射線を、それぞれ２以上の異なる温度条件において前記超伝導転移端センサによって検出した際のベースライン電流及び波高値に基づく相関データを記憶した記憶装置を備え、
前記電流の前記検出信号のベースライン電流を算出する処理と、
前記超伝導転移端センサが前記放射線を検出した際に前記検出信号に生じる信号パルスの波高値を算出する処理と、
未知のエネルギーを有する放射線を前記超伝導転移端センサによって検出した際の前記信号パルスが生じる前の前記ベースライン電流と、前記相関データとに基づいて、前記信号パルスの前記波高値又は当該波高値から算出されるエネルギー値を補正する処理と、を実行することを特徴とする放射線分析システム。

【請求項14】

放射線を検出する超伝導転移端センサと、
前記超伝導転移端センサに流れる電流を検出する電流検出機構と、
前記電流検出機構からの前記電流の検出信号を処理するコンピュータサブシステムと、を備え、
前記コンピュータサブシステムは、
前記電流の前記検出信号のベースライン電流を算出する処理と、
前記超伝導転移端センサが前記放射線を検出した際に前記検出信号に生じる信号パルスの波高値を算出する処理と、
複数のエネルギーを有する放射線を、それぞれ２以上の異なる温度条件において前記超伝導転移端センサによって検出した際の前記ベースライン電流及び前記波高値に基づく相関データを取得する処理と、
未知のエネルギーを有する放射線を前記超伝導転移端センサによって検出した際の前記信号パルスが生じる前の前記ベースライン電流が閾値を超えた場合に、当該閾値を超えた点の第１の点前から第２の点前までのベースライン電流の平均値を算出し、当該ベースライン電流の平均値と前記相関データとに基づいて、前記信号パルスの前記波高値又は当該波高値から算出されるエネルギー値を補正する処理と、を実行することを特徴とする放射線分析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、放射線分析システム、荷電粒子ビームシステム及び放射線分析方法に関する。

【背景技術】

【0002】

放射線のエネルギーを弁別可能な放射線分析装置として、エネルギー分散型Ｘ線検出器（Energy Dispersive Spectroscopy、以後「ＥＤＳ」と呼ぶ）や波長分散型Ｘ線検出器（Wavelength Dispersive Spectroscopy、以後「ＷＤＳ」と呼ぶ）がある。ＥＤＳは、検出器に取り込まれたＸ線のエネルギーを検出器内で電気信号に変換し、その電気信号の大きさによってエネルギーを算出する。ＷＤＳは、Ｘ線を分光器で単色化し、単色化されたＸ線を比例計数管等で検出する。

【0003】

ＥＤＳとしては、シリコンリチウム型検出器、シリコンドリフト型検出器及びゲルマニウム検出器などの半導体検出器が広く利用されている。例えば、シリコンリチウム型又はシリコンドリフト型の検出器は、電子顕微鏡の元素分析装置に用いられ、０．１ｋｅＶ～２０ｋｅＶ程度の範囲のエネルギーを検出できる。しかしながら、その性能は検出器に用いられるシリコンのバンドギャップ（１．１ｅＶ程度）に依存するため、エネルギー分解能を１２０ｅＶ程度以下に改善することが難しく、ＷＤＳと比較して１０倍以上エネルギー分解能が劣る。

【0004】

Ｘ線検出器の性能を示す指標の一つであるエネルギー分解能が、例えば、１２０ｅＶであるとは、Ｘ線検出器にＸ線が照射されると１２０ｅＶの不確かさでエネルギーを検出できることを意味する。この不確かさが小さいほど、エネルギー分解能が高いということになる。エネルギー差が２０ｅＶ程度の隣接する２本のスペクトルからなるＸ線を検出する場合、エネルギー分解能が２０ｅＶ～３０ｅＶ程度であれば２本のピークを分離できる。

【0005】

近年、ＥＤＳに利用される半導体検出器の代替として、エネルギー分散型でありかつＷＤＳと同等のエネルギー分解能を有する超伝導Ｘ線検出器が注目されている。超伝導Ｘ線検出器のうち、超伝導転移端センサ（Transition Edge Sensor、以後「ＴＥＳ」と呼ぶ）を備える検出器は、金属薄膜の超伝導－常伝導間の急激な抵抗値の変化（例えば、数ｍＫの温度変化での抵抗値変化が１００ｍΩ）を用いた高感度の熱量計である。ＴＥＳは、マイクロカロリメータとも呼ばれる。

【0006】

ＴＥＳは、一次Ｘ線又は一次電子ビームなどの放射線照射によってサンプルから発生した蛍光Ｘ線又は特性Ｘ線が、ＴＥＳ内に入射した際に起こるＴＥＳの温度変化を検出することでサンプルを分析する。ＴＥＳは、半導体検出器よりも高いエネルギー分解能を有しており、例えば、５．９ｋｅＶのＸ線に対して１０ｅＶ以下のエネルギー分解能が得られる。

【0007】

ＴＥＳの高エネルギー分解能を実現させるためには、ＴＥＳに流れるベースライン電流を一定にすることが重要であるものの、ベースライン電流の変動を０にすることは技術的に難しいため、種々の感度補正方法が提案されている。

【0008】

例えば特許文献１には、「ベースライン電流が既定値からずれて変動している場合にその変動幅に応じて電流検出機構４で検出した電流又は波高分析器５で測定した波高値を補正する感度補正演算部７」を備えるＸ線分析装置が開示されている（同文献の要約参照）。

【0009】

特許文献２には、「予め取得した第一のヒーター２０の出力と波高分析器５で測定した波高値との関係からＴＥＳ１の感度を補正する感度補正演算部７」を備える放射線分析装置が開示されている（同文献の要約参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２００９－２７１０１６号公報

【文献】特開２０１４－０３８０７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、特許文献１のＸ線分析装置では、ベースライン電流を常時モニタして、ＴＥＳに流れるベースライン電流が変動するたびに追加の補正データを取得する必要がある。

【0012】

特許文献２の放射線分析装置は、予めヒータの出力とＴＥＳの感度との相関特性を取得しておき、実際の測定時にＴＥＳの信号パルスを取得する際のヒータの出力に対応するＴＥＳの感度を用いてＴＥＳの信号パルスの波高値を補正する。しかしながら、ヒータの出力は応答性が遅いため、ベースライン電流の変動が早い場合には高いエネルギー分解能が得られない。

【0013】

そこで、本開示は、追加の補正データを取得する必要が無く、安定して高いエネルギー分解能が得られる放射線分析システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本開示の放射線分析システムは、放射線を検出する超伝導転移端センサと、前記超伝導転移端センサに流れる電流を検出する電流検出機構と、前記電流検出機構からの前記電流の検出信号を処理するコンピュータサブシステムと、を備え、前記コンピュータサブシステムは、前記電流の前記検出信号のベースライン電流を算出する処理と、前記超伝導転移端センサが前記放射線を検出した際に前記検出信号に生じる信号パルスの波高値を算出する処理と、前記ベースライン電流及び前記波高値に基づく相関データを取得する処理と、未知のエネルギーを有する放射線を前記超伝導転移端センサによって検出した際の信号パルスが生じる前の前記ベースライン電流と、前記相関データとに基づいて、前記信号パルスの前記波高値又は当該波高値から算出されるエネルギー値を補正する処理と、を実行することを特徴とする。

【0015】

本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではない。

【発明の効果】

【0016】

本開示の放射線分析システムによれば、追加の補正データを取得する必要が無く、安定して高いエネルギー分解能を得ることができる。
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の実施形態に係る走査型電子顕微鏡システムの構成を示す図である。

【図2】放射線分析装置の構成を示す模式図である。

【図3】ＴＥＳの構成を示す模式図である。

【図4】放射線分析装置の一部の構成を示す模式図である。

【図5】放射線分析装置による測定準備方法を示すフローチャートである。

【図6】測定準備開始から測定準備完了までのベースライン電流の変化を示すグラフである。

【図7】測定準備のための相関データ取得画面を示す模式図である。

【図8】補正部による波高値の補正方法を示すフローチャートである。

【図9】補正部により取得される電流の変化を示すグラフである。

【図10】放射線分析装置のベースライン電流と波高値との相関データを示す図である。

【図11】放射線分析装置のＴＥＳに入射した放射線のエネルギーと波高値とが比例する場合の相関データを示す図である。

【図12】放射線分析装置のＴＥＳに入射した放射線のエネルギーと波高値とが比例しない場合の相関データを示す図である。

【図13】第２の実施形態に係る相関データを取得するための相関データ取得画面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して本開示の実施形態を説明する。

【0019】

実施形態の荷電粒子ビームシステムにおいて、電子顕微鏡（荷電粒子ビーム照射サブシステム）として走査型電子顕微鏡を用いた例を説明するが、これは本開示の技術の単なる一例であり、本開示の技術は以下で説明する実施の形態に限定されるものではない。本開示において、電子顕微鏡には電子ビームを用いて試料の画像を撮像する装置を広く含むものとする。例えば、汎用の走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡を備えた試料加工装置や試料解析装置にも、本開示の技術を適用することができる。

【0020】

また、電子ビームを用いたＸ線分析装置として、走査型電子顕微鏡を用いた検査装置、レビュー装置、パターン計測装置などが挙げられる。電子顕微鏡を用いたＸ線分析装置には、上記の電子顕微鏡を含む各装置がネットワークで接続されたシステムや、上記の各装置が複合された装置も含まれるものとする。

【0021】

本明細書において、「試料」とは、観察及び分析の対象となる物体を広く含むものとする。例えば、シリコンなどで形成された半導体ウェハ、リチウム電池などの高機能材料、生体試料なども「試料」に含まれる。

【0022】

［第１の実施形態］
＜走査型電子顕微鏡システムの構成＞
図１は、第１の実施形態に係る走査型電子顕微鏡システム１００（荷電粒子ビームシステム）の構成を示す図である。図１に示すように、走査型電子顕微鏡システム１００は、放射線分析サブシステム２００（放射線分析システム）、走査型電子顕微鏡３００（荷電粒子ビーム照射サブシステム）、高電圧電源４００及びコンピュータサブシステム５００を備える。

【0023】

走査型電子顕微鏡３００は、電子源３０１、コンデンサレンズ３０３、偏向走査用コイル３０４、対物レンズ３０５、試料ステージ３０７、反射電子検出器３０８及び二次電子検出器３０９を備える。

【0024】

コンピュータサブシステム５００は、走査型電子顕微鏡３００及び高電圧電源４００の動作を制御するコンピュータシステムであり、全体制御部５０１、電子光学系制御部５０２、ステージ制御部５０３、Ａ／Ｄ変換部５０４、画像演算部５０５、記憶装置５０６、表示部５０７及び入力装置５０８を備える。

【0025】

観察対象となる試料３０６は、試料ステージ３０７に設置される。試料ステージ３０７は、ステージ制御部５０３の指示信号に基づいてＸＹ方向に移動する。電子源３０１には、高電圧電源４００が接続されており、全体制御部５０１の指示信号に基づいて高電圧電源４００より電子源３０１に電圧が印加される。

【0026】

電子源３０１から放出された電子ビーム３０２（荷電粒子ビーム）は、電子光学系制御部５０２の指示信号に基づいて、コンデンサレンズ３０３及び対物レンズ３０５により収束され、偏向走査用コイル３０４により試料３０６上に走査される。

【0027】

電子ビーム３０２が試料３０６に照射されることで、試料３０６から反射電子及び二次電子が発生する。反射電子検出器３０８に到達した反射電子及び二次電子検出器３０９に到達した二次電子は、電流に変換され、Ａ／Ｄ変換部５０４に出力されてデジタル信号に変換される。画像演算部５０５は、Ａ／Ｄ変換部５０４によって生成されたデジタル信号を用いて、ＳＥＭ像の生成及び画像処理を行う。

【0028】

全体制御部５０１には、記憶装置５０６、表示部５０７及び入力装置５０８が接続されており、画像演算部５０５により生成されたＳＥＭ像は、全体制御部５０１を介して、記憶装置５０６に保存され、また、表示部５０７に表示される。

【0029】

表示部５０７には、走査型電子顕微鏡システム１００のユーザが指示を入力するためのＧＵＩ画面も表示される。ユーザは、入力装置５０８を操作して、表示部５０７に表示されたＧＵＩ画面を介して全体制御部５０１に指示を出す。全体制御部５０１は、ユーザの入力に基づいて、高電圧電源４００、電子光学系制御部５０２、ステージ制御部５０３、画像演算部５０５、放射線分析サブシステム２００に対して指示を出すことで、ＳＥＭ像の撮像条件や撮像位置の変更、放射線分析サブシステム２００の検出条件の変更といった各部の制御を行う。

【0030】

放射線分析サブシステム２００は、例えば電子顕微鏡、イオン顕微鏡、Ｘ線顕微鏡、蛍光Ｘ線分析装置などの組成分析装置として利用可能な装置である。放射線分析サブシステム２００は、電子ビーム３０２の照射によって試料３０６から放出される特性Ｘ線（放射線）を検出し、そのエネルギーを計算する。特性Ｘ線は元素固有のエネルギーを有しているため、放射線分析サブシステム２００は、横軸をエネルギーとし、縦軸をＸ線のカウント数としたスペクトルを生成することで、試料３０６上の電子ビーム３０２の照射位置にどのような元素が存在しているのかを分析できる。

【0031】

放射線分析サブシステム２００は、コンピュータサブシステム５００の全体制御部５０１とデータ及び指示信号を送受信（通信）可能に構成されており、放射線分析サブシステム２００における元素分析の結果は、全体制御部５０１を介して、記憶装置５０６及び表示部５０７に出力される。また、全体制御部５０１は、検出された元素の情報をネットワークを介してデータ管理サーバ（不図示）に送信することもできる。

【0032】

図２は、放射線分析サブシステム２００の構成を示す模式図である。図２に示すように、放射線分析サブシステム２００は、ＴＥＳ２０１、センサ回路部２０２、バイアス電流源２０３、電流検出機構２０６、第１の温度計２０９、ヒータ２１０、冷凍機２１１及びコンピュータサブシステム２５０を備える。

【0033】

ＴＥＳ２０１は、放射線を受けるとそのエネルギーを温度変化として検出し、この温度変化を電流信号として出力する。ＴＥＳ２０１の詳細な構成については後述する。バイアス電流源２０３は、センサ回路部２０２を擬似的に定電圧駆動させるための電流をセンサ回路部２０２に流す。センサ回路部２０２は、ＴＥＳ２０１に接続されており、シャント抵抗２０４及びインプットコイル２０５を備える。

【0034】

シャント抵抗２０４は、ＴＥＳ２０１と並列に接続され、ＴＥＳ２０１よりも小さい抵抗値を示す。インプットコイル２０５は、ＴＥＳ２０１に直列に接続されている。バイアス電流源２０３からセンサ回路部２０２にバイアス電流が流されると、シャント抵抗２０４の抵抗値とＴＥＳ２０１の抵抗値との抵抗比で電流が分岐される。つまり、シャント抵抗２０４に流れる電流とシャント抵抗２０４の抵抗値で決まる電圧値により、ＴＥＳ２０１の電圧値が決定される。

【0035】

電流検出機構２０６は、ＳＱＵＩＤアンプ２０７（ＳＱＵＩＤ：Superconducting Quantum Interference Device、超伝導量子干渉素子）及び室温アンプ２０８を備える。ＳＱＵＩＤアンプ２０７は、インプットコイル２０５による磁場を検出して電気信号を生成し、当該電気信号を室温アンプ２０８に出力する。室温アンプ２０８は、ＳＱＵＩＤアンプ２０７から出力された電気信号を増幅し整形処理することで、ＴＥＳ２０１に流れた電流の信号パルスを取得する。このように、電流検出機構２０６は、ＳＱＵＩＤアンプ２０７を用いていることにより、ＴＥＳ２０１に流れた電流の極微小な変化を検出することができる。なお、電流検出機構２０６として、インプットコイル２０５を利用したＳＱＵＩＤアンプ２０７と室温アンプ２０８を用いているが、ＴＥＳ２０１に流れる電流の変化を検出可能であれば、他の構成を採用しても構わない。

【0036】

図２において、冷凍機２１１は、一点鎖線で囲った領域により模式的に表されており、冷凍機２１１の内部にＴＥＳ２０１、センサ回路部２０２、ＳＱＵＩＤアンプ２０７、第１の温度計２０９及びヒータ２１０が設置されることが示されている。また、冷凍機２１１の内部にはコールドヘッド（図２には不図示）が設けられており、第１の温度計２０９及びヒータ２１０はこのコールドヘッドの内部に設置される。

【0037】

コンピュータサブシステム２５０は、波高分析器２５１、補正部２５２、スペクトル生成部２５３及び温度コントロール部２５４を備える。図示は省略しているが、コンピュータサブシステム２５０は、ディスプレイなどの表示部、中央処理部（ＣＰＵ）などのプロセッサ（演算回路）、及びプログラムを格納するメモリなどの記憶装置を備える。コンピュータサブシステム２５０の各モジュール（波高分析器２５１、補正部２５２、スペクトル生成部２５３及び温度コントロール部２５４）の機能は、例えばプロセッサによるプログラム処理により実現することができる。なお、コンピュータサブシステム２５０の各モジュールを上述の全体制御部５０１に組み込んでもよいし、各モジュールを異なるパーソナルコンピュータに組み込んでもよい。

【0038】

波高分析器２５１は、電流検出機構２０６により検出された電流の検出信号の入力を受け付け、ＴＥＳ２０１に流れた電流の信号パルスの波高値を計算する。なお、本明細書において、「波高値」とは、分析精度を高めるために信号パルスに計算処理を施したものを広く含むものとする。例えば、信号パルスの高さ成分、信号パルスの積分値、信号パルスとバンドフィルター等のフィルターをコンボリューションしたものなどが「波高値」に含まれる。

【0039】

補正部２５２は、波高分析器２５１により計算された波高値を補正する。本実施形態に係る補正部２５２における波高値の補正方法の詳細については後述する。また、補正部２５２は、電流検出機構２０６により検出された電流の検出信号の入力を受け付け、ベースライン電流の平均値を算出する。

【0040】

スペクトル生成部２５３は、補正部２５２により補正された波高値を用いて、ＴＥＳ２０１で検出された放射線のエネルギースペクトルを生成する。スペクトル生成部２５３は、横軸を波高値とし、縦軸をカウントとしたヒストグラムにおいて、その波高値の箇所にカウントを１追加する作業を繰り返すことによりスペクトルを生成する。また、予め波高値をエネルギーに換算するためのデータが波高分析器２５１、補正部２５２又はスペクトル生成部２５３に組み込まれていれば、横軸をエネルギーとし、縦軸をカウントとしたスペクトルを表示部に表示できる。

【0041】

温度コントロール部２５４は、ヒータ２１０の出力を制御する。

【0042】

図３は、ＴＥＳ２０１の構成を示す模式図である。図３に示すように、ＴＥＳ２０１は、吸収体２１２、第２の温度計２１３及びメンブレン２１４を備える。吸収体２１２は、Ｘ線等の放射線を吸収するための金属、半金属又は超伝導体などであり、例えば、金、銅又はビスマスなどで形成されている。第２の温度計２１３は、超伝導体から形成され、吸収体２１２で発生した熱を温度変化として検知する。第２の温度計２１３は、例えば、チタンと金の２層の積層体で形成されている。メンブレン２１４は、例えば窒化シリコンで形成されている。メンブレン２１４は、第２の温度計２１３とコールドヘッド２１５との間を熱的に緩く接続し、コールドヘッド２１５へと流れる熱の流量を制御する。

【0043】

図４は、放射線分析サブシステム２００の一部の構成を示す模式図である。図４に示すように、ＴＥＳ２０１、シャント抵抗２０４（図４には不図示）及びＳＱＵＩＤアンプ２０７は、コールドヘッド２１５の先端に設けられている。ＴＥＳ２０１を有する基板及びＳＱＵＩＤアンプ２０７を有する基板は、超伝導配線２１６で接続されている。コールドヘッド２１５は熱シールド２１７で取り囲まれている。

【0044】

コールドヘッド２１５の内部には、コールドヘッド２１５の温度をモニタする第１の温度計２０９と、ヒータ２１０とが設けられている。第１の温度計２０９としては抵抗温度計を用いることができ、センサの材質としては、例えばゲルマニウムなどの半導体、超伝導体、酸化ルテニウムなどの金属酸化物が挙げられる。第１の温度計２０９は、コールドヘッド２１５の温度に従って抵抗値が変化する。予め温度と第１の温度計２０９から出力される電気信号を相関付けて温度コントロール部２５４に保存しておくことで、コールドヘッド２１５の正確な温度情報が得られる。

【0045】

コールドヘッド２１５は、冷凍機２１１により５０ｍＫ～４００ｍＫまで冷却される。具体的には、ＴＥＳ２０１が、超伝導転移する温度より低い温度まで冷却される必要がある。冷凍機２１１の冷却手段としては、希釈冷凍機や断熱消磁冷凍機（Adiabatic Demagnetization Refrigerator、以後「ＡＤＲ」と呼ぶ）がある。前者は、ミキシングチャンバー内において、濃厚相から希薄相へ３Ｈｅが溶け込む際のエンタルピー変化を利用して冷却する技術である。後者は、磁性体に磁場を印加することでスピンの向きを揃え、磁場を除去する際のエントロピー変化を利用して、磁性体に接続された物体を冷却する技術である。両者共に最も冷却される箇所にコールドヘッド２１５が設置される。

【0046】

希釈冷凍機においてコールドヘッド２１５の温度の安定化を図る場合、温度コントロール部２５４に目的とする温度が設定されると、第１の温度計２０９の温度を元に、ヒータ２１０の出力を温度コントロール部２５４が制御する。なお、ＡＤＲの場合は、第１の温度計２０９の温度を元に、磁性体に印加された磁場強度を制御することで、コールドヘッド２１５の温度を一定に保持する。

【0047】

＜ＴＥＳの動作原理＞
ＴＥＳ２０１は、超伝導体が有する超伝導転移を利用するものであり、放射線の検出動作では、常伝導と超伝導の中間状態に動作点を保持する。これにより、放射線１個がＴＥＳ２０１に吸収された場合、超伝導転移中に動作点を保持された状態において、例えば、１００μＫの温度変動に対して数ｍΩの抵抗値変化が得られ、μＡオーダーの信号パルスが得られる。また、予め放射線のエネルギーと信号パルスの波高値との関係を求めておくことにより、未知のエネルギーを有する放射線がＴＥＳ２０１に入射した場合に、信号パルスの波高値から入射した放射線のエネルギーを検出できる。

【0048】

ＴＥＳ２０１を超伝導転移中の動作点に保持させる際に、ＴＥＳ２０１の動作点は、ＴＥＳ２０１に流れる電流（以降、「ＴＥＳ電流Ｉｔ」と呼ぶ）とコールドヘッド２１５への熱リンクとの熱バランスにより決定される。ＴＥＳ２０１のエネルギー分解能には温度との相関があり、可能な限り温度を低くした方が良い。コールドヘッド２１５の温度は、例えば、５０ｍＫ～４００ｍＫ程度にしておく。ＴＥＳ電流Ｉｔは、以下の数式（１）で決定される。

【0049】

【数1】

【0050】

数式（１）において、ＴＥＳ電流Ｉｔは、ＴＥＳ２０１の動作抵抗Ｒｔ、ＴＥＳ２０１に設けられた第２の温度計２１３とコールドヘッド２１５を熱的に接続させるための熱リンクの熱伝導度Ｇ、第２の温度計２１３の温度Ｔ及びコールドヘッド２１５の温度Ｔｂにより記述されている。ここで、ベースライン電流とは、ＴＥＳ２０１に放射線が照射されていない状態におけるＴＥＳ電流Ｉｔを意味する。

【0051】

さらに、ＴＥＳ電流Ｉｔと信号パルスΔＩとの関係は、以下の数式（２）で与えられる。理想的には、ＴＥＳ電流Ｉｔが一定であれば、常に一定の信号パルスΔＩが得られる。

【0052】

【数2】

【0053】

数式（２）において、ＴＥＳ電流Ｉｔ及び信号パルスΔＩは、ＴＥＳ２０１の感度α、熱容量Ｃ、照射される放射線のエネルギーＥ及び第２の温度計２１３の温度Ｔにより記述されている。数式（２）から分かるように、ＴＥＳ２０１に流れるベースライン電流が変化したとき、同一のエネルギーの放射線がＴＥＳ２０１に照射されたとしても信号パルスΔＩは異なる。また、数式（１）から分かるように、コールドヘッド２１５の温度が変化するとベースライン電流が変化する。つまり、コールドヘッド２１５の温度が変動すると、信号パルスΔＩが変動する。

【0054】

ＴＥＳ２０１に放射線が照射された際の信号パルスΔＩは、上記数式（２）に従って、ＳＱＵＩＤアンプ２０７に流れる電流（ＴＥＳ電流Ｉｔと等しい）の増加に伴い、増加傾向に変化する。信号パルスΔＩは波高分析器２５１でフィルターとコンボリューションされ、その計算値である波高値が補正部２５２により補正され、スペクトル生成部２５３に送られる。この際、スペクトル生成部２５３においてスペクトルは、横軸を波高値とし、縦軸をカウントとして生成される。例えば、波高値が１００のとき、１００の箇所に１個カウントされる。

【0055】

同一のエネルギーの放射線が照射されたにも関わらず、信号パルスが変動することは、その波高値がばらつくことを意味している。このばらつきの度合いが上述したエネルギー分解能に相当する。つまり、高いエネルギー分解能を実現するためには、同一のエネルギーの放射線に対して、波高値のばらつきを小さくする必要がある。

【0056】

ＴＥＳ２０１を常伝導と超伝導の中間状態に保持させる際に、第２の温度計２１３で発生するジュール熱は、メンブレン２１４を通してコールドヘッド２１５に流れる熱流と熱的にバランスされる。ジュール熱とメンブレン２１４を伝わる熱流の熱的なバランスは、上記数式（１）で与えられる。ここで、ＴＥＳ電流Ｉｔが、ＴＥＳ２０１外部からの熱Ｐｅｘに影響されることを考慮すると、上記数式（１）は、以下の数式（３）で書き換えられる。

【0057】

【数3】

【0058】

ＴＥＳ２０１外部からの熱Ｐｅｘが増加すると、数式（３）を満足するように、左辺第２項のδＩｔが減少する。つまり、ＴＥＳ２０１外部からの熱Ｐｅｘが変動するとベースライン電流が変動し、ベースライン電流が変動すると信号パルスΔＩが変動する。そして、信号パルスΔＩが変動するとその波高値が変動するため、エネルギー分解能が劣化する。ＴＥＳ２０１外部からの熱Ｐｅｘの変動例としては、ＴＥＳ２０１を冷却するコールドヘッド２１５の温度変動、コールドヘッド２１５を取り囲む熱シールド２１７の温度変動による熱輻射の変動、又は冷凍機２１１内に存在する残留ガスによる熱シールド２１７からＴＥＳ２０１への熱伝導の変動などがある。

【0059】

＜放射線分析サブシステムの動作＞
そこで、本実施形態においては、以下のような波高値の補正方法を採用する。概説すると、補正部２５２は、予め（分析を始める前に）、少なくとも２つの異なる温度条件で、所定のエネルギー（第１のエネルギー）の放射線を照射する場合のベースライン電流と波高値とを取得し、相関データとして記憶しておく。実際の放射線の分析時（走査型電子顕微鏡システム１００の稼働時）には、補正部２５２は、ＴＥＳ２０１が信号パルスを検出する直前の、ＴＥＳ２０１に定常的に流れるベースライン電流を測定する。そして、予め取得したベースライン電流と波高値との相関データを用いて、信号パルスの波高値を補正することで、正確な波高値を取得することができる。なお、相関データは、ベースライン電流と波高値に基づくものであればよく、ベースライン電流と、波高値から算出されるエネルギー値とを相関データとすることもできる。

【0060】

ベースライン電流は、ＴＥＳ２０１に定常的に流れる電流であるため、統計的な揺らぎを持っている。そのため、例えば１００点程度のサンプリングデータを平均化し、平均化された値を用いることができる。例として、室温アンプ２０８の出力である電流値を１ＭＳ／ｓｅｃのアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）でモニタし、サンプリング間隔１μｓｅｃの多数データを得て、それらを平均化することができる。

【0061】

放射線分析サブシステム２００において、走査型電子顕微鏡システム１００の稼働中（試料の分析中）のベースライン電流の変動を±２．０μＡ以下とすることにより、測定される放射線エネルギーの変動をエネルギースペクトルのビン幅として用いる１ｅＶ以下にすることができ、常に高いエネルギー分解能を得ることが可能になる。

【0062】

（測定準備：相関データの取得）
図５は、放射線分析サブシステム２００による測定準備方法を示すフローチャートである。本測定準備において、上述の相関データが取得される。図５に示す動作は、実際には、コンピュータサブシステム２５０がプログラムを実行して各モジュールの機能を実現することにより実施されるが、以下においてはコンピュータサブシステム２５０の各モジュールを各動作の主体として説明する場合がある。

【0063】

測定準備の間は、ＴＥＳ２０１には同一のエネルギー（エネルギーＥ０（第１のエネルギー）とする）の放射線が照射される必要がある。ＴＥＳ２０１に入射する放射線のエネルギーは、図１に示した走査型電子顕微鏡３００の試料ステージ３０７に設置される試料３０６に含まれる元素により決定される。したがって、所望のエネルギーＥ０の放射線が得られる試料３０６を用いて、測定準備が実行される。試料ステージ３０７には、例えば測定準備用の試料と、走査型電子顕微鏡３００による観察対象の試料とを載置しておくことができる。測定準備用の試料として複数種の元素を含むものを用いて、試料ステージ３０７をＸＹ方向に移動させることによって、電子ビーム３０２が照射される元素を変更することができる。或いは、偏向走査用コイル３０４を用いて複数種の元素を含む測定準備用試料に対して電子ビーム３０２を走査し、電子ビーム３０２が照射される元素を変更してもよい。一例として、シリコンに電子ビーム３０２が照射された場合は、１７４０ｅＶのエネルギーの放射線が発生する。

【0064】

まず、コンピュータサブシステム２５０は、第１の温度計２０９で取得される温度に基づき、冷凍機２１１が十分冷却されたことを確認する。その後、温度コントロール部２５４は、基準となる設定温度をＴ０に設定し、第１の温度計２０９で取得される温度に基づきヒータ２１０の出力を調整する。コールドヘッド２１５の温度がＴ０に到達した後は、第１の温度計２０９の出力は温度Ｔ０を中心に変動する。

【0065】

ステップＳ１１において、温度コントロール部２５４は、第１の温度計２０９で取得される温度の変動が±０．１ｍＫより小さくなったことを確認し、補正部２５２は、ベースライン電流の変動が±０．２μＡより小さくなったことを確認する。

【0066】

ステップＳ１２において、波高分析器２５１は、エネルギーＥ０の放射線の照射による信号パルスを検出したら、その波高値を計算し、波高値ＰＨ０として補正部２５２に出力する。補正部２５２は、このときのベースライン電流ＢＬ０と波高値ＰＨ０を相関データとして保存する。

【0067】

ステップＳ１３において、温度コントロール部２５４は、設定温度をＴ＋に変更してヒータ２１０の出力を調整し、ベースライン電流がＢＬ０よりも２．０μＡ程度多く流れるように温度を上昇させる。温度コントロール部２５４は、温度の変動が±０．１ｍＫより小さくなったことを確認し、補正部２５２は、ベースライン電流の変動が±０．２μＡより小さくなったことを確認する。

【0068】

ステップＳ１４において、波高分析器２５１は、エネルギーＥ０の放射線の照射による信号パルスを検出したら、その波高値を計算し、波高値ＰＨ＋として補正部２５２に出力する。補正部２５２は、このときのベースライン電流ＢＬ＋と波高値ＰＨ＋を相関データとして保存する。

【0069】

ステップＳ１５において、温度コントロール部２５４は設定温度をＴ－に変更し、ヒータ２１０の出力を調整し、ベースライン電流がＢＬ０よりも２．０μＡ程度少なく流れるように温度を低下させる。温度コントロール部２５４は、温度の変動が±０．１ｍＫより小さくなったことを確認し、補正部２５２は、ベースライン電流の変動が±０．２μＡより小さくなったことを確認する。

【0070】

ステップＳ１６において、波高分析器２５１は、エネルギーＥ０の放射線の照射による信号パルスを検出したら、その波高値を計算し、波高値ＰＨ－として補正部２５２に出力する。補正部２５２は、このときのベースライン電流ＢＬ－と波高値ＰＨ－を相関データとして保存する。

【0071】

ステップＳ１７において、温度コントロール部２５４は、温度が基準値Ｔ０になるようにヒータ２１０の出力を調整する。温度コントロール部２５４は、温度の変動が±０．１ｍＫより小さくなったことを確認する。以上により測定準備は完了し、常に高いエネルギー分解能での分析が可能になる。

【0072】

図６は、測定準備開始から測定準備完了までのベースライン電流の変化を示すグラフである。図６において、横軸は時間を示し、縦軸はベースライン電流を示している。図６に示す例においては、設定温度Ｔ０のときのベースライン電流ＢＬ０が１０μＡ、設定温度Ｔ＋のときのベースライン電流ＢＬ＋が１２μＡ、設定温度Ｔ－のときのベースライン電流ＢＬ－が８μＡとなっている。図６のグラフは、コンピュータサブシステム２５０の表示部、又は、コンピュータサブシステム５００の表示部５０７に表示することができる。

【0073】

また、コンピュータサブシステム２５０の表示部には、上述の測定準備において設定される放射線のエネルギーＥ０、温度コントロール部２５４の設定温度Ｔ０、Ｔ＋及びＴ－をユーザが入力し、取得される相関データを表示するためのＧＵＩ画面を表示することができる。

【0074】

図７は、測定準備のための相関データ取得画面２５５（ＧＵＩ画面）を示す模式図である。図７に示すように、相関データ取得画面２５５は、例えば、ユーザが３つの温度（Ｔ０、Ｔ＋、Ｔ－）と放射線のエネルギー（Ｅ０）を設定するための入力ボックスを有する。相関データ取得画面２５５はＳｔａｒｔボタンを有しており、ユーザがＳｔａｒｔボタンをクリックすると、コンピュータサブシステム２５０は、図５のフローチャートに従って測定準備を実行し、ベースライン電流と波高値との相関データを取得する。コンピュータサブシステム２５０は、得られたベースライン電流と波高値との相関データを相関データ取得画面２５５に表示させる。このように、相関データ取得画面２５５により、ユーザがベースライン電流と波高値との相関データを確認できるため、システムの利便性が高くなる。

【0075】

（放射線分析時の波高値の補正方法）
次に、未知のエネルギー（第２のエネルギー）の放射線を分析する際の波高値の補正方法について説明する。

【0076】

図８は、補正部２５２による波高値の補正方法を示すフローチャートである。上述のように、ベースライン電流は、例えば１００点程度のサンプリングデータを平均化し、平均化された値を用いることで、揺らぎの影響を低減することができる。そこで、ステップＳ２１において、補正部２５２は、例えば１μｓｅｃ毎に１点、電流値サンプリングデータを取得し、計１１０点となるように電流値サンプリングデータを取得する。

【0077】

ステップＳ２２において、補正部２５２は、電流値サンプリングデータを１点取得する。ステップＳ２３において、補正部２５２は、ステップＳ２２で取得した最新の電流値が閾値を超えたかどうかを判断し、信号パルスを検出したかどうかを判定する。ステップＳ２２及びＳ２３は、信号パルスが検出されるまで繰り返される。

【0078】

最新の電流値が閾値を超えた場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２４に移行し、補正部２５２は、閾値を超えた点の１１０点前から１１点前まで、合計１００点の電流値の平均値を算出し、ベースライン電流ＢＬとする。

【0079】

図９は、補正部２５２により取得される電流の変化を示すグラフである。図９において、横軸はサンプリング点数を示し、縦軸はベースライン電流を示している。図９に示す例においては、５２６点目で電流値が閾値を超えており、ベースライン電流ＢＬは、４１６点目から５１５点目までの平均値をとって、９．０４２μＡとなる。

【0080】

図８に戻り、補正部２５２は、未知のエネルギーを持つ放射線の照射による信号パルスの波高値ＰＨを、同時に測定したベースライン電流ＢＬと、予め図５の方法で取得した相関データを用いて補正する。具体的には、補正後の正確な波高値ＰＨ'は、測定準備で取得したベースライン電流（ＢＬ０、ＢＬ＋、ＢＬ－）とエネルギーＥ０の放射線の信号パルスの波高値（ＰＨ０、ＰＨ＋、ＰＨ－）を用いて求められる。

【0081】

補正部２５２は、まず以下の数式（４）により、ベースライン電流がＢＬのときの、エネルギーＥ０の放射線の波高値ＰＨ０'を求める。次に、補正部２５２は、以下の数式（５）により、波高値ＰＨと波高値ＰＨ０'の比が波高値ＰＨ'と波高値ＰＨ０の比と等しくなる関係を用いて、補正後の波高値ＰＨ'を求める。補正部２５２又はスペクトル生成部２５３は、補正後の波高値ＰＨ'をエネルギーに換算することにより、未知のエネルギーの値を取得することができる。

【0082】

【数4】

【0083】

【数5】

【0084】

図１０は、ベースライン電流とエネルギーＥ０の放射線の信号パルスの波高値との相関データの一例と、ＰＨ０、ＰＨ０'、ＰＨ及びＰＨ'との関係を示す図である。図１０において、横軸はベースライン電流を示し、縦軸は波高値を示している。図１０に示すように、本実施形態において相関データは３点のデータにより求められる近似関数としたが、相関データを取得するためのデータの数は少なくとも２点あればよい。なお、上述のように、ベースライン電流（ＢＬ０、ＢＬ＋、ＢＬ－）と、波高値（ＰＨ０、ＰＨ＋、ＰＨ－）から算出されるエネルギーとを相関データとした場合は、ステップＳ２４において、補正部２５２は、波高値ＰＨから算出されるエネルギーの値を補正して、補正後のエネルギー値を取得することができる。

【0085】

図８に戻り、ステップＳ２５において、補正部２５２は、ＴＥＳ２０１に流れる電流が定常状態に戻るまで待つために、例えば９００点の電流値サンプリングデータを取得する。

【0086】

ステップＳ２６において、補正部２５２は、電流値サンプリングデータを１点取得する。ステップＳ２７において、補正部２５２は、最新の電流値が閾値を下回っているかどうかを判断する。ステップＳ２６及びＳ２７は、最新の電流値が閾値を下回るまで繰り返される。

【0087】

ステップＳ２７において閾値を下回ったと判断された場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ２１に戻り、上記と同様の処理を実行する。

【0088】

以上説明した本実施形態の波高値の補正方法は、ＴＥＳ２０１に入射した放射線のエネルギーとＴＥＳ２０１の信号パルスの波高値とが比例する場合に適用することができる。

【0089】

図１１は、ＴＥＳ２０１に入射した放射線のエネルギーと波高値とが比例する場合の相関データの一例を示すグラフである。図１１において、横軸は放射線のエネルギーを示し、縦軸は波高値を示している。図１１に示すように、放射線のエネルギーと波高値とが比例する場合、エネルギー値によらず、信号パルスの波高値ＰＨ０、ＰＨ＋及びＰＨ－の比は一定である。したがって、１つの任意のエネルギーＥ０の放射線を用いて相関データを取得することができ、上述の数式（４）及び（５）を用いて説明したように補正後の波高値ＰＨ'を求めることができる。

【0090】

＜技術的効果＞
以上のように、本実施形態に係る放射線分析サブシステム２００は、予め取得したベースライン電流と波高値とに基づく相関データを用いて、実際の分析時に波高分析器２５１で波高値を測定した直前のＴＥＳ２０１に流れるベースライン電流に応じて波高値を補正する。これにより、追加の補正データを取得すること無く、ベースライン電流の変動に関わらずに、同一のエネルギーの放射線に対して一定の波高値を得ることができるので、常に高いエネルギー分解能が得られる。

【0091】

［第２の実施形態］
第１の実施形態においては、ＴＥＳ２０１に入射した放射線のエネルギーとＴＥＳ２０１の信号パルスの波高値とが比例することに基づいて波高値を補正する技術を説明した。しかしながら、実際の放射線分析装置においては、放射線のエネルギーと信号パルスの波高値とが比例しないことがある。その場合でも、放射線のエネルギーと信号パルスの波高値とに基づく相関データを予め取得しておくことにより、正確な波高値を得ることが可能である。そこで、第２の実施形態においては、放射線のエネルギーと波高値とが比例しない場合の放射線分析サブシステムの動作を提案する。

【0092】

本実施形態の放射線分析サブシステムの構成は、第１の実施形態と同様の構成を採用することができるので、説明を省略する。

【0093】

＜放射線分析サブシステムの動作＞
（測定準備：相関データの取得）
図１２は、ＴＥＳ２０１に入射した放射線のエネルギーと波高値とが比例しない場合の相関データの一例を示すグラフである。図１２において、横軸は放射線のエネルギーを示し、縦軸は波高値を示している。図１２に示すように、放射線のエネルギーと信号パルスの波高値とが比例しない場合には、２つ以上のエネルギーの放射線を用いて相関データを取得する必要がある。

【0094】

本実施形態の相関データの取得方法は、第１の実施形態（図５のフローチャート）とほぼ同様であるが、以下の点で異なっている。すなわち、相関データの取得時（ステップＳ１２、Ｓ１４及びＳ１６）において波高値（ＰＨ０、ＰＨ＋、ＰＨ－）を取得する際に、波高分析器２５１は、２つ以上の放射線のエネルギーに対応する信号パルスを検出し、補正部２５２は、その波高値を保存する。放射線のエネルギーは、図１に示した走査型電子顕微鏡３００の試料ステージ３０７を移動させ、または走査用コイル３０４を走査して電子ビーム３０２が照射される試料３０６（元素）を変更することにより、変更することができる。また、補正部２５２は、得られた放射線のエネルギーと波高値のデータをｎ次関数（ｎは整数）又はスプライン曲線で補間した補正曲線（関数ｆ０、ｆ＋、ｆ－）を作成し、この補正曲線を相関データとして保存する。

【0095】

図１３は、第２の実施形態に係る相関データを取得するための相関データ取得画面２５６（ＧＵＩ画面）を示す図である。図１３に示すように、相関データ取得画面２５６は、ベースライン電流、及び、放射線のエネルギーと波高値との相関データを取得するためのＧＵＩ画面であり、例えば、３つの温度（Ｔ０、Ｔ＋、Ｔ－）、２つ以上の放射線のエネルギー及び補間方法を設定するための入力ボックスを有する。

【0096】

放射線のエネルギーは、例えば最大２０個程度設定することができる。図１３に示す相関データ取得画面２５６においては、９個のエネルギーを設定できるようになっている。また、補間方法としては、例えばｎ次関数（ｎは整数）又はスプライン曲線を選択することができる。相関データ取得画面２５６にはＳｔａｒｔボタンが設置されており、ユーザがＳｔａｒｔボタンをクリックすると、コンピュータサブシステム２５０は、図５のフローチャートに従って測定準備を実行し、ベースライン電流と設定した全ての放射線のエネルギーに対応する波高値のデータを保存する。そして、コンピュータサブシステム２５０は、放射線のエネルギーと波高値の補正曲線を作成し、その補正曲線を相関データとして保存する。コンピュータサブシステム２５０は、得られたベースライン電流と、それぞれのベースライン電流における、放射線のエネルギーと波高値との相関データを相関データ取得画面２５６に表示させる。

【0097】

（放射線分析時の波高値の補正方法）
本実施形態の相関データの取得方法は、第１の実施形態（図８のフローチャート）とほぼ同様であるが、ステップＳ２４が以下の点で異なっている。

【0098】

補正部２５２は、波高分析器２５１で測定した未知のエネルギーＥ（第２のエネルギー）を持つ放射線の信号パルスの波高値ＰＨを、同時に測定したベースライン電流ＢＬと相関データを用いて、以下の方法で補正する。具体的には、補正後の正確な波高値ＰＨ'は、測定準備で取得したベースライン電流（ＢＬ０、ＢＬ＋、ＢＬ－）と、それぞれのベースライン電流における、放射線のエネルギーと波高値の補正曲線（関数ｆ０、ｆ＋、ｆ－、すなわち相関データ）を用いて求められる。このとき、未知のエネルギーＥと波高値ＰＨの関係は以下の数式（６）で与えられる。次に、補正部２５２は、以下の数式（７）により、補正曲線の逆関数を用いて、補正後の波高値ＰＨ'を求める。

【0099】

【数6】

【0100】

【数7】

【0101】

数式（７）において、ｆ０^-1以降の括弧内の式は、１個の放射線を検出したとき、そのパルスの波高値と、ベースライン電流から、当該放射線のエネルギー値を計算できることを示している。数式（７）は、このエネルギー値の逆関数を取ることで、補正後の正確な波高値ＰＨ'を求めるものである。

【0102】

＜技術的効果＞
以上のように、第２の実施形態に係る放射線分析サブシステムは、少なくとも２つの既知のエネルギー値の放射線を用いて、１つのエネルギー値につき少なくとも２つのベースライン電流における波高値を取得して、波高値とエネルギー値との相関データ（補正曲線）を取得しておく。この相関データを用いて、波高分析器で波高値を測定した直前のＴＥＳに流れるベースライン電流に応じて波高値を補正する。これにより、追加の補正データを取得すること無く、ベースライン電流の変動に関わらずに、同一のエネルギーの放射線に対して一定の波高値を得ることができ、常に高いエネルギー分解能が得られる。

【0103】

［変形例］
本開示は、上述した実施形態に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施形態は、本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施形態の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。

【0104】

上述した各構成、機能、コントロール部等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を中心に説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、コントロール部の全部又は一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路により実現しても良い。

【符号の説明】

【0105】

１００ 走査型電子顕微鏡システム
２００ 放射線分析サブシステム
２０１ ＴＥＳ
２０２ センサ回路部
２０３ バイアス電流源
２０４ シャント抵抗
２０５ インプットコイル
２０６ 電流検出機構
２０７ ＳＱＵＩＤアンプ
２０８ 室温アンプ
２０９ 第１の温度計
２１０ ヒータ
２１１ 冷凍機
２１２ 吸収体
２１３ 第２の温度計
２１４ メンブレン
２１５ コールドヘッド
２１６ 超伝導配線
２１７ 熱シールド
２５０ コンピュータサブシステム
２５１ 波高分析器
２５２ 補正部
２５３ スペクトル生成部
２５４ 温度コントロール部
２５５、２５６ 相関データ取得画面
３００ 走査型電子顕微鏡
３０１ 電子源
３０２ 電子ビーム
３０３ コンデンサレンズ
３０４ 偏向走査用コイル
３０５ 対物レンズ
３０６ 試料
３０７ 試料ステージ
３０８ 反射電子検出器
３０９ 二次電子検出器
４００ 高電圧電源
５００ コンピュータサブシステム
５０１ 全体制御部
５０２ 電子光学系制御部
５０３ ステージ制御部
５０４ Ａ／Ｄ変換部
５０５ 画像演算部
５０６ 記憶装置
５０７ 表示部
５０８ 入力装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】