特許 7531719 荷電粒子線装置および試料の解析方法

(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】2024-08-01

(45)【発行日】2024-08-09

(54)【発明の名称】荷電粒子線装置および試料の解析方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/244 20060101AFI20240802BHJP

   H01J 37/20 20060101ALI20240802BHJP

   H01J 37/252 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

H01J37/244

H01J37/20 A

H01J37/20 B

H01J37/252 A

H01J37/20 C

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023537810

(86)(22)【出願日】2021-07-28

(86)【国際出願番号】 JP2021027878

(87)【国際公開番号】W WO2023007608

(87)【国際公開日】2023-02-02

【審査請求日】2023-11-22

(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】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 裕也

(72)【発明者】

【氏名】中村 邦康

【審査官】小林 幹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０９１６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００８９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５７５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－２８３０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－２３２２３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００ － ３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鏡筒と、
電子線を照射可能であり、且つ、前記鏡筒の内部に設けられた電子銃と、
前記鏡筒の内部に設けられたステージと、
前記鏡筒の外部から内部または前記鏡筒の内部から外部へ、試料が搭載された試料台を搬送するために、前記鏡筒に設けられた搬送口と、
Ｘ線を検出可能であり、且つ、前記鏡筒の内部に設けられた複数のＸ線検出器と、
を備え、
前記ステージは、前記試料台を搭載するために設けられ、且つ、前記鏡筒の内部において前記電子銃の下方に設けられた搭載部を有し、
前記搭載部は、少なくとも光軸上を開口する開口部を有し、
前記試料台が前記搭載部に搭載された場合、前記試料は、前記光軸上に位置するように前記開口部の内部に位置し、
前記複数のＸ線検出器のうち、前記搬送口に最も近い第１Ｘ線検出器には、移動機構が電気的に接続され、
前記第１Ｘ線検出器は、前記移動機構によって、前記搭載部に近づく方向または前記搭載部から遠ざかる方向へ移動でき、
前記第１Ｘ線検出器を前記搭載部に最も近づけた際における前記第１Ｘ線検出器の位置は、平面視において、前記試料台が前記搬送口から前記搭載部まで通過する搬送経路に重なる、荷電粒子線装置。

【請求項2】

請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記鏡筒の外部から内部または前記鏡筒の内部から外部への前記試料台の搬送は、前記第１Ｘ線検出器が前記搭載部から遠ざけられた状態で行われる、荷電粒子線装置。

【請求項3】

請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料の解析は、前記第１Ｘ線検出器が前記搭載部に近づけられた状態で、前記電子銃から前記光軸に沿って前記電子線を照射し、前記電子線が照射された前記試料から発生する特性Ｘ線を前記複数のＸ線検出器によって検出することで行われる、荷電粒子線装置。

【請求項4】

請求項３に記載の荷電粒子線装置において、
前記複数のＸ線検出器の各々は、前記試料の上面側から発生する前記特性Ｘ線を検出するための第１センサと、前記試料の下面側から発生する前記特性Ｘ線を検出するための第２センサとを有する、荷電粒子線装置。

【請求項5】

請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記ステージは、その平面形状が円環状である周辺部と、前記周辺部から前記搭載部へ向かって延在する支持部と、を更に有し、
前記周辺部は、前記鏡筒に接続され、
前記支持部の一方の端部は、前記周辺部に接続され、
前記支持部の他方の端部は、前記搭載部に接続されている、荷電粒子線装置。

【請求項6】

請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
前記複数のＸ線検出器は、平面視において前記搭載部および前記支持部に重ならない位置に設けられている、荷電粒子線装置。

【請求項7】

請求項６に記載の荷電粒子線装置において、
平面視における前記搭載部の外周形状は、多角形状であり、
前記複数のＸ線検出器の各々の先端部は、平面視における前記搭載部の各辺に対向し、
前記支持部の他方の端部は、平面視における前記搭載部の何れかの角部を支持している、荷電粒子線装置。

【請求項8】

請求項７に記載の荷電粒子線装置において、
前記複数のＸ線検出器の数は、平面視における前記搭載部の辺の数と同じである、荷電粒子線装置。

【請求項9】

請求項７に記載の荷電粒子線装置において、
平面視における前記搭載部の何れかの角部が、前記搬送口に対向している、荷電粒子線装置。

【請求項10】

請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記複数のＸ線検出器のうち、前記第１Ｘ線検出器よりも前記搬送口から遠くに位置する第２Ｘ線検出器の位置は、固定され、
前記第２Ｘ線検出器の先端部と前記搭載部との間の距離は、前記第１Ｘ線検出器が前記搭載部に最も近づいた際における前記第１Ｘ線検出器の先端部と前記搭載部との間の距離と同じである、荷電粒子線装置。

【請求項11】

請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記複数のＸ線検出器のうち、前記第１Ｘ線検出器よりも前記搬送口から遠くに位置する第２Ｘ線検出器にも、前記移動機構が電気的に接続され、
前記第２Ｘ線検出器は、前記移動機構によって、前記搭載部に近づく方向または前記搭載部から遠ざかる方向へ移動できる、荷電粒子線装置。

【請求項12】

請求項１に記載の荷電粒子線装置を用いて行われる試料の解析方法であって、
（ａ）前記試料が搭載された前記試料台と、搬送棒とを用意する工程、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記搬送棒に、前記試料台を載置する工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第１Ｘ線検出器が前記搭載部から遠ざけられた状態で、前記搬送口を介して、前記鏡筒の外部から内部へ前記搬送棒を挿入する工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記試料が前記光軸上に位置するように、前記搭載部に前記試料台を搭載する工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程の後、前記試料台から前記搬送棒を分離し、前記Ｘ線検出器と干渉しない位置まで前記搬送棒を退避させる工程、
（ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記搭載部に前記第１Ｘ線検出器を近づける工程、
を有し、
（ｇ）前記（ｆ）工程の後、前記電子銃から前記光軸に沿って前記電子線を照射する工程、
（ｈ）前記（ｇ）工程の後、前記電子線が前記試料に照射された際に前記試料から発生する特性Ｘ線を、前記複数のＸ線検出器によって検出する工程、
を有する、試料の解析方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の試料の解析方法において、
前記（ｅ）工程と前記（ｆ）工程との間において、前記試料のスクリーニングが行われ、
前記スクリーニングの判定で合格とされた前記試料に対してのみ、前記（ｆ）工程、前記（ｇ）工程および前記（ｈ）工程が行われる、試料の解析方法。

【請求項14】

請求項１２に記載の試料の解析方法において、
前記複数のＸ線検出器のうち全部には、前記移動機構が電気的に接続され、
前記複数のＸ線検出器のうち全部は、前記移動機構によって、前記光軸に近づける方向または前記光軸から遠ざける方向へ移動でき、
前記試料に前記電子線を照射することで行われる解析工程のうち、前記特性Ｘ線を検出する工程以外は、前記複数のＸ線検出器のうち全部が前記搭載部から遠ざけられた状態で行われる、試料の解析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子線装置および試料の解析方法に関し、特に、複数のＸ線検出器を備えた荷電粒子線装置と、その荷電粒子線装置を用いた試料の解析方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスの微細化が進んでいる。特に、立体構造を有する半導体デバイスでは、積層技術と組み合わせることで、高集積化および大容量化が飛躍的に進んでいる。このような半導体デバイスの解析を行うための荷電粒子線装置として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）および走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Scanning Transmission Electron Microscope）などが用いられている。これらの装置で解析を行う場合、解析対象となる試料を上部対物レンズと下部対物レンズとの間に設ける必要がある。

【0003】

また、試料に含まれる元素を分析する手法として、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Energy Dispersive X-ray Spectrometry：ＥＤＸ)が知られている。この手法では、試料へ電子線を照射することで、試料から発生する特性Ｘ線をＸ線検出器により検出し、検出された特性Ｘ線から試料の組成分析が行われる。上記荷電粒子線装置には、そのようなＸ線検出器も備えられている。

【0004】

一方で、上記荷電粒子線装置のうちＴＥＭでは、サイドエントリー方式が一般的に用いられている。この方式では、試料が試料ホルダの先端に載置され、試料ホルダが、鏡筒の内部へ挿入される。これにより、試料が、光軸に対して垂直方向から上部対物レンズと下部対物レンズとの間に設けられる。そして、大気側（鏡筒の外部）に設けられたステージ用の駆動機構を用いて分析される視野を決定し、ＥＤＸ分析を実施する。

【0005】

特許文献１には、サイドエントリー方式のＴＥＭが開示され、このＴＥＭには、複数のＸ線検出器が備えられている。また、複数のＸ線検出器は、それぞれ試料に近づく方向または試料から遠ざかる方向へ移動可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－９１６５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

サイドエントリー方式では、試料ホルダは荷電粒子線装置の鏡筒に挿入されるので、試料ホルダには、真空側の部分および大気圧側の部分が存在する。従って、大気圧側の部分は気圧変動および音波などを受け易いので、それらの影響によって、視野の位置ずれが生じる恐れがある。そのため、試料ホルダには、ある程度の剛性が求められるので、試料ホルダの小型化を行うことが困難であった。

【0008】

一方で、ＥＤＸ分析には、高速、高分解能および高感度などの性能が求められている。そのため、Ｘ線検出器に設けられた検出素子（センサ）を大面積化する技術、および、Ｘ線検出器に複数のセンサを搭載する技術などが開発されている。ここで、サイドエントリー方式では、分析される視野の移動を行うために、試料ホルダも用いられる。従って、試料ホルダが存在する空間では、Ｘ線をＥＤＸ分析に使用することができない。すなわち、試料ホルダが存在する空間に、Ｘ線検出器を設けることができないので、Ｘ線検出器の数を増やす、または、Ｘ線検出器を試料に接近させるなどの手法が行い難い場合がある。

【0009】

本願の主な目的は、高速、高分解能および高感度などのような、Ｘ線の検出に必要とされる性能を向上させることである。その他の課題および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0011】

一実施の形態における荷電粒子線装置は、鏡筒と、電子線を照射可能であり、且つ、前記鏡筒の内部に設けられた電子銃と、前記鏡筒の内部に設けられたステージと、前記鏡筒の外部から内部または前記鏡筒の内部から外部へ、試料が搭載された試料台を搬送するために、前記鏡筒に設けられた搬送口と、Ｘ線を検出可能であり、且つ、前記鏡筒の内部に設けられた複数のＸ線検出器と、を備える。前記ステージは、前記試料台を搭載するために設けられ、且つ、前記鏡筒の内部において前記電子銃の下方に設けられた搭載部を有し、前記搭載部は、少なくとも光軸上を開口する開口部を有し、前記試料台が前記搭載部に搭載された場合、前記試料は、前記光軸上に位置するように前記開口部の内部に位置し、前記複数のＸ線検出器のうち、前記搬送口に最も近い第１Ｘ線検出器には、移動機構が電気的に接続され、前記第１Ｘ線検出器は、前記移動機構によって、前記搭載部に近づく方向または前記搭載部から遠ざかる方向へ移動でき、前記第１Ｘ線検出器を前記搭載部に最も近づけた際における前記第１Ｘ線検出器の位置は、平面視において、前記試料台が前記搬送口から前記搭載部まで通過する搬送経路に重なる、荷電粒子線装置。

【発明の効果】

【0012】

一実施の形態によれば、Ｘ線の検出に必要とされる性能を向上させた荷電粒子線装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１における荷電粒子線装置の一例を示す模式図である。

【図2】実施の形態１におけるステージおよび複数のＸ線検出器を示す平面図である。

【図3】実施の形態１におけるステージを示す平面図である。

【図4A】実施の形態１におけるステージを示す断面図である。

【図4B】実施の形態１における対物レンズの詳細を示す断面図である。

【図4C】実施の形態１におけるステージの変形例を示す断面図である。

【図5】実施の形態１におけるＸ線検出器を示す断面図である。

【図6】実施の形態１における試料の解析方法の一部を示す平面図である。

【図7】図６に続く試料の解析方法を示す平面図である。

【図8】図７に続く試料の解析方法を示す平面図である。

【図9】変形例１におけるステージおよび複数のＸ線検出器を示す平面図である。

【図10】変形例２におけるステージおよび複数のＸ線検出器を示す平面図である。

【図11】実施の形態１における試料の解析方法を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

【0015】

また、本願において説明されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに交差し、互いに直交している。本願では、Ｚ方向をある構造体の上下方向、高さ方向または厚さ方向として説明する。また、本願で用いられる「平面図」または「平面視」などの表現は、Ｘ方向およびＹ方向によって構成される面を「平面」とし、この「平面」をＺ方向から見ることを意味する。また、この「平面」は、荷電粒子線装置１の光軸ＯＡに対して垂直な面であるとも言える。

【0016】

（実施の形態１）
＜荷電粒子線装置１の構造＞
以下に図１を用いて、実施の形態１における荷電粒子線装置１について説明する。実施の形態１では、荷電粒子線装置１の一例として、サイドエントリー方式の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）が示されている。なお、荷電粒子線装置１は、走査型透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）であってもよく、光軸ＯＡに出し入れ可能なＳＴＥＭ検出器１８を備えていてもよい。

【0017】

荷電粒子線装置１は、円筒形状の鏡筒２を備えている。鏡筒２の内部には、主に、電子線（荷電粒子線）ＥＢ１を照射可能な電子銃３、電子光学系８、検出器１２、蛍光板１４、カメラ１５、ステージ４０およびＸ線検出器５０が備えられている。

【0018】

なお、鏡筒２の内部は、図示されていない真空排気手段を用いることで、真空状態に維持できる。本願で説明される「真空状態」は、鏡筒２の内部が大気圧よりも低い圧力にされた状態を意味し、例えば１×１０^－２Ｐａ以下である。

【0019】

電子銃３は、電子線ＥＢ１の放出源となる電子源４、抑制電極５、引出電極６および陽極７を含む。電子光学系８は、集束レンズ９、偏向レンズ１０、上磁極１１ａ、下磁極１１ｂ、対物レンズコイル１１ｃおよび結像系１３を含む。ステージ４０は、電子銃３の下方に設けられ、上磁極１１ａと下磁極１１ｂとの間に設けられ、鏡筒２に接続されている。結像系１３は、透過電子ＥＢ３を結像させるための投射レンズなどによって構成される。対物レンズ１１を構成する上磁極１１ａ、下磁極１１ｂおよび対物レンズコイル１１ｃの関係の詳細は図４Ｂで後述する。

【0020】

また、鏡筒２には、搬送口２０と、試料交換室２２と、開閉動作を行うゲートバルブ２１とが設けられている。搬送口２０は、鏡筒２の外部から内部または鏡筒２の内部から外部へ、試料ＳＡＭが搭載された試料台３０を搬送するために設けられている。

【0021】

試料ＳＡＭの解析時には、鏡筒２の内部は真空状態となっている。試料台３０は、鏡筒２の外部において搬送棒３１に載置される。試料台３０および搬送棒３１が試料交換室２２の内部に挿入された後、試料交換室２２の内部を、図示しない真空排気手段を用いることで、真空状態とする。その後、ゲートバルブ２１を開き、試料台３０および搬送棒３１を、搬送口２０を介して鏡筒２の内部へ搬送する。搬送された試料台３０は、ステージ４０に搭載される。その後、搬送棒３１は、試料台３０から分離し、鏡筒２の外部へ退避する。

【0022】

電子銃３から放出された電子線ＥＢ１は、抑制電極５、引出電極６および陽極７によって引出、収束および加速を受け、光軸ＯＡの方向に沿って照射される。電子銃３から照射された電子線ＥＢ１は、集束レンズ９、偏向レンズ１０、上磁極１１ａおよび下磁極１１ｂの対物レンズ１１によって拡大、縮小および偏向などを受け、照射領域を制限され、試料台３０に搭載された試料ＳＡＭに照射される。

【0023】

電子線ＥＢ１が照射された試料ＳＡＭからは信号電子ＥＢ２が発生する。発生した信号電子ＥＢ２は、検出器１２によって検出される。なお、信号電子ＥＢ２は、例えば二次電子または反射電子である。

【0024】

試料ＳＡＭに照射された電子線ＥＢ１の一部は、透過電子ＥＢ３として試料ＳＡＭを透過する。透過電子ＥＢ３は、結像系１３によって縮小および拡大を受け、蛍光板１４に照射される。透過電子ＥＢ３が照射された蛍光板１４からは蛍光ＦＬが発生する。発生した蛍光ＦＬは、カメラ１５によって検出される。

【0025】

Ｘ線検出器５０は、Ｘ線を検出可能であり、電子線ＥＢ１が照射された試料ＳＡＭから発生する特性Ｘ線ＸＬを検出できる。検出された特性Ｘ線ＸＬを基にしてエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ)を用いることで、試料ＳＡＭの元素分析が行われる。後で詳細に説明するが、実施の形態１では、複数のＸ線検出器５０が設けられている。

【0026】

荷電粒子線装置１は、総合制御部Ｃ０を備える。総合制御部Ｃ０は、電子源制御部Ｃ１、電子光学系制御部Ｃ２、ステージ制御部Ｃ３、信号制御部Ｃ４および元素分析制御部Ｃ５に電気的に接続され、これらの制御部Ｃ１～Ｃ５を統括する。それ故、本願では、各制御部Ｃ１～Ｃ５によって行われる制御を、総合制御部Ｃ０が行うと説明する場合もある。また、各制御部Ｃ１～Ｃ５を含む総合制御部Ｃ０を一つの制御ユニットと見做し、総合制御部Ｃ０を単に「制御部」と称する場合もある。

【0027】

また、総合制御部Ｃ０は、マウスまたはキーボードなどの入力装置１６と、モニタ１７とに電気的に接続されている。ユーザは、入力装置１６を用いて総合制御部Ｃ０に指示を入力でき、モニタ１７において総合制御部Ｃ０が行う各作業を確認できる。

【0028】

電子源制御部Ｃ１は、電子源４に電気的に接続され、総合制御部Ｃ０からの指示に基づいて、電子源４の動作を制御する。

【0029】

電子光学系制御部Ｃ２は、抑制電極５、引出電極６、集束レンズ９、偏向レンズ１０、対物レンズ１１の対物レンズコイル１１ｃおよび結像系１３に電気的に接続され、総合制御部Ｃ０からの指示に基づいて、これらの動作を制御する。

【0030】

ステージ制御部Ｃ３は、駆動機構４１を介してステージ４０に電気的に接続され、総合制御部Ｃ０からの指示に基づいて、ステージ４０の動作を制御する。

【0031】

信号制御部Ｃ４は、検出器１２およびカメラ１５に電気的に接続され、総合制御部Ｃ０からの指示に基づいて、これらの動作を制御する。信号制御部Ｃ４は、検出器１２によって検出された信号電子ＥＢ２、および、カメラ１５によって検出された蛍光ＦＬを電子情報として処理できる。これらの電子情報は、撮影像として画像データに変換され、変換された画像データは、モニタ１７で確認でき、総合制御部Ｃ０に備えられた記録装置に記録される。

【0032】

元素分析制御部Ｃ５は、Ｘ線検出器５０に電気的に接続され、総合制御部Ｃ０からの指示に基づいて、Ｘ線検出器５０の動作を制御する。元素分析制御部Ｃ５は、試料ＳＡＭから発生する特性Ｘ線ＸＬを検出し、特性Ｘ線ＸＬを基にして試料ＳＡＭの元素分析を行う。元素分析の情報は、モニタ１７で確認でき、総合制御部Ｃ０に備えられた記録装置に記録される。また、元素分析制御部Ｃ５は、Ｘ線検出器５０の移動を行うための移動機構５１にも電気的に接続され、移動機構５１の動作を制御する。

【0033】

なお、実施の形態１における試料ＳＡＭは、半導体ウェハの一部から取得された薄片試料である。半導体ウェハは、ｐ型またはｎ型の不純物領域が形成された半導体基板、上記半導体基板上に形成されたトランジスタなどの半導体素子、および、上記半導体素子上に形成された配線層などで構成されている。また、半導体ウェハの状態は、半導体基板のみの場合も含むし、上記半導体基板上に上記半導体素子および上記配線層などが完成されている場合も含むし、これらが製造途中である場合も含む。試料ＳＡＭは半導体ウェハの一部から取得された薄片であるので、試料ＳＡＭは、上記半導体基板、上記半導体素子および上記配線層のうち全部または一部を含んでいる。また、試料ＳＡＭは、半導体技術以外で用いられる構造体であってもよい。

【0034】

＜ステージ４０およびＸ線検出器５０の構成＞
以下に図２～図５を用いて、ステージ４０およびＸ線検出器５０の詳細な構造について説明する。図２は、ステージ４０と、ステージ４０の周囲に設けられた複数のＸ線検出器５０を示す平面図である。図３は、図２のうちステージ４０のみを示す平面図である。図４Ａは、図２および図３に示されるＡ－Ａ線に沿った断面図であり、ステージ４０の断面図である。図４Ｂは、図２および図３に示されるＡ－Ａ線に沿った断面図であり、対物レンズ１１の詳細を示す断面図である。なお、図５は、図２に示されるＢ－Ｂ線に沿った断面図であり、２つのＸ線検出器５０の断面図である。

【0035】

図２、図３および図４Ａに示されるように、ステージ４０は、周辺部４０ａと、支持部４０ｂと、搭載部４０ｃとを有する。周辺部４０ａは、駆動機構４１を介して鏡筒２に接続されている。また、周辺部４０ａの平面形状は、円環状であり、周辺部４０ａの円環の中心は、光軸ＯＡとほぼ一致している。なお、本願で説明される「円環」は、数学的な円環とほぼ同じであればよく、数学的な円環と完全に同じである必要は無い。例えば、外径または内径の一部に切り欠きを有する円環も、本願の「円環」に含まれる。

【0036】

搭載部４０ｃは、試料台３０を搭載するために設けられ、且つ、鏡筒２の内部において電子銃３の下方に設けられている。搭載部４０ｃは、少なくとも光軸ＯＡ上を開口する開口部ＯＰを有する。開口部ＯＰの近傍において、搭載部４０ｃは、試料台３０の外周を挟み込むように、試料台３０を保持している。なお、実施の形態１の試料台３０にも開口部が設けられ、この開口部の近傍において、試料台３０は、試料ＳＡＭの外周を挟み込むように、試料ＳＡＭを保持している。

【0037】

試料台３０が搭載部４０ｃに搭載された場合、試料ＳＡＭは、光軸ＯＡ上に位置するように開口部ＯＰの内部に位置する。このため、電子銃３から光軸ＯＡに沿って電子線ＥＢ１が照射されると、試料ＳＡＭから信号電子ＥＢ２が発生すると共に、電子線ＥＢ１の一部が透過電子ＥＢ３として試料ＳＡＭを透過する。

【0038】

支持部４０ｂは、周辺部４０ａから搭載部４０ｃへ向かって延在している。支持部４０ｂの一方の端部は、周辺部４０ａに接続され、支持部４０ｂの他方の端部は、搭載部４０ｃに接続されている。

【0039】

なお、ここでは、複数の支持部４０ｂが設けられ、例えば４つの支持部４０ｂが設けられている場合を図示している。しかし、搭載部４０ｃが安定して支持されていればよいので、支持部４０ｂの数は、適宜変更でき、１つ以上であればよい。例えば、搬送口２０に最も近い支持部４０ｂを無くし、他の３つの支持部４０ｂで搭載部４０ｃを支持してもよい。また、図中の左右に存在している２つの支持部４０ｂで搭載部４０ｃを支持してもよい。

【0040】

駆動機構４１は、主に４つの駆動機構からなり、ここでは、Ｘ軸微動機構４１ｘ、Ｙ軸微動機構４１ｙ、Ｚ軸微動機構４１ｚおよび傾斜機構４１ｔを有する。Ｘ軸微動機構４１ｘは、周辺部４０ａおよび鏡筒２に接続され、Ｘ方向に周辺部４０ａを移動させるために用いられる。Ｙ軸微動機構４１ｙは、周辺部４０ａおよび鏡筒２に接続され、Ｙ方向に周辺部４０ａを移動させるために用いられる。試料ＳＡＭの解析時に、Ｘ軸微動機構４１ｘおよびＹ軸微動機構４１ｙを駆動することで、試料ＳＡＭの観察視野を変更できる。

【0041】

Ｚ軸微動機構４１ｚは、周辺部４０ａに接続され、Ｚ方向に周辺部４０ａを移動させるために用いられる。試料ＳＡＭの解析時に、Ｚ軸微動機構４１ｚを駆動することで、フォーカス合わせまたは試料ＳＡＭとのワークディスタンスの調整を行える。傾斜機構４１ｔは、搭載部４０ｃに内蔵され、試料台３０を傾斜させるために用いられる。試料ＳＡＭの解析時に、傾斜機構４１ｔを駆動することで、試料ＳＡＭに対する電子線ＥＢ１の入射角度を変更できる。

【0042】

実施の形態１では、複数のＸ線検出器５０が設けられ、４つのＸ線検出器５０が設けられている。複数のＸ線検出器５０は、ＥＤＸ分析を実施できる。ＥＤＸ分析では、試料ＳＡＭに電子線ＥＢ１を照射した際に、試料ＳＡＭから発生する特性Ｘ線ＸＬを検出し、検出された特性Ｘ線ＸＬから試料ＳＡＭの組成分析を行う。

【0043】

複数のＸ線検出器５０のうち、搬送口２０に最も近いＸ線検出器５０ａには、移動機構５１が電気的に接続されている。Ｘ線検出器５０ａは、移動機構５１によって、搭載部４０ｃ（光軸ＯＡ）に近づく方向または搭載部４０ｃ（光軸ＯＡ）から遠ざかる方向へ移動できる。

【0044】

また、複数のＸ線検出器５０のうち、Ｘ線検出器５０ａよりも搬送口２０から遠くに位置するＸ線検出器５０ｂの位置は、固定されている。すなわち、Ｘ線検出器５０ｂには、移動機構５１が電気的に接続されていない。ここでは、２つのＸ線検出器５０ａと、２つのＸ線検出器５０ｂとが設けられている場合を例示している。

【0045】

複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂの各々は、ステージ４０とは独立して、鏡筒２に取り付けられている。なお、図２に示されるように、平面視において複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂと、ステージ４０の周辺部４０ａとが交差する箇所がある。すなわち、断面視において複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂが周辺部４０ａを覆っている箇所がある。詳細に図示はしていないが、周辺部４０ａの一部には、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂが通過可能となるような、孔または切り欠きなどの通路が設けられている。

【0046】

複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂがこのような構造となっているので、ステージ４０の支持部４０ｂは、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂが設けられていない空間に配置されている。すなわち、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂは、平面視において搭載部４０ｃおよび支持部４０ｂに重ならない位置に設けられている。

【0047】

ところで、図４Ａおよび図５に示されるように、試料台３０および搭載部４０ｃの断面形状は、略三角形状となっており、試料台３０および搭載部４０ｃの厚さは、試料ＳＡＭから離れるに連れて厚くなっている。このような形状によって、試料ＳＡＭから発生する特性Ｘ線ＸＬが、試料台３０および搭載部４０ｃに遮蔽され難くなり、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂによって検出され易くなる。

【0048】

しかしながら、図５に示されるように、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂには、特性Ｘ線ＸＬの検出が困難となる被遮蔽領域５２が存在するので、被遮蔽領域５２以外の領域で、特性Ｘ線ＸＬを高感度に検出する必要がある。従って、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂの各々は、試料ＳＡＭの上面側から発生する特性Ｘ線ＸＬを検出するための上側センサ５３と、試料ＳＡＭの下面側から発生する特性Ｘ線ＸＬを検出するための下側センサ５４とを有する。電子線ＥＢ１の入射側および透過側の両方から特性Ｘ線ＸＬを検出できるので、検出感度を高めることができる。

【0049】

試料ＳＡＭの厚さが厚い場合など、試料ＳＡＭの下面側から発生する特性Ｘ線ＸＬが少ない場合もある。そのため、上側センサ５３および下側センサ５４のうち、少なくとも上側センサ５３が設けられていることが好ましい。また、ここでは、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂがステージ４０の周辺部４０ａを覆うように設けられている場合を例示しているが、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂは、周辺部４０ａに干渉することなく、ステージ４０の上方のみに設けられていてもよい。これにより、少なくとも試料ＳＡＭの上面側から発生する特性Ｘ線ＸＬを検出することができる。

【0050】

図４Ｂは、対物レンズ１１の詳細を示す断面図である。上磁極１１ａと下磁極１１ｂとが磁路４２で接続され、下部に設けられた対物レンズコイル１１ｃは、磁路４２で囲まれている。これにより、上磁極１１ａと下磁極１１ｂとの間で磁場が形成されている。磁路４２、ステージ４０およびＸ線検出器５０は、互いに干渉しないように配置され、それぞれ鏡筒２などに支持または接続されている。

【0051】

図４Ｃは、ステージ４０の変形例を示す断面図であり、ステージ４０の傾斜機構を２軸化とした説明図である。図４Ａでは、搭載部４０ｃに設けられた傾斜機構４１ｔによって傾斜機構が１軸となっている。図４Ｃは、この傾斜機構を２軸化とした変形例である。図４Ｃのステージ４０は、傾斜機構４１ｔと、回転機構４１ａとを備える。図４Ａの搭載部４０ｃに設けられた傾斜機構４１ｔは、回転機構４１ａへ変更されている。回転機構４１ａは、試料ＳＡＭを水平面で回転させ、方位角（azimuth angle）を変更する。図４Ｃの支持部４０ｂの根本に傾斜機構４１ｔが設けられ、傾斜機構４１ｔは、モーター等によって支持部４０ｂを回転させる。傾斜機構４１ｔは、試料ＳＡＭを光軸ＯＡに対して傾斜させ、傾斜角（tilt angle）を変更する。

【0052】

図６～図８は、試料ＳＡＭの解析方法の一部として、試料ＳＡＭを鏡筒２の外部から内部へ搬送する場合の搬送方法を示している。なお、図６～図８では、図面を見易くするために、ステージ４０に関する部材のうち、周辺部４０ａおよび搭載部４０ｃのみを図示している。

【0053】

図６に示されるように、まず、試料ＳＡＭが搭載された試料台３０を、搬送棒３１に載置する。次に、搬送口２０を介して、鏡筒２の外部から内部へ搬送棒３１を挿入する。ここで、搬送口２０の近くに位置するＸ線検出器５０ａは、搭載部４０ｃから遠ざけられている。次に、図７に示されるように、搬送棒３１を更に挿入することで、試料台３０が搭載部４０ｃに搭載される。次に、図８に示されるように、搬送棒３１を試料台３０から分離し、搬送口２０を介して、鏡筒２の内部から外部へ搬送棒３１を退避させる。

【0054】

その後、Ｘ線検出器５０ａを搭載部４０ｃに近づける。試料ＳＡＭの解析は、Ｘ線検出器５０ａが搭載部４０ｃに近づけられた状態で、電子銃３から光軸ＯＡに沿って電子線ＥＢ１を照射し、電子線ＥＢ１が照射された試料ＳＡＭから発生する特性Ｘ線ＸＬを複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂによって検出することで行われる。

【0055】

試料ＳＡＭの解析が終了し、試料ＳＡＭを鏡筒２の内部から外部へ搬送する場合には、逆の手順を行えばよい。すなわち、まず、Ｘ線検出器５０ａを搭載部４０ｃから遠ざける。次に、搬送口２０を介して、鏡筒２の外部から内部へ搬送棒３１を挿入する。次に、試料ＳＡＭが搭載された試料台３０を、搬送棒３１に載置する。次に、搬送口２０を介して、鏡筒２の内部から外部へ搬送棒３１を退避させる。

【0056】

＜実施の形態１における主な効果＞
図６～図８に示される搬送経路３２は、試料台３０が搬送口２０から搭載部４０ｃまで通過する経路となっている。ここで、図８に示されるように、Ｘ線検出器５０ａを搭載部４０ｃに最も近づけた際におけるＸ線検出器５０ａの位置は、平面視において、搬送経路３２に重なっている。

【0057】

上述の課題の欄で説明したように、従来技術では鏡筒に挿入された試料ホルダを用いていたので、試料ホルダが存在する空間に、Ｘ線検出器を設けることができないという問題があった。それ故、Ｘ線検出器の数を増やす、または、Ｘ線検出器を試料に接近させるなどの手法を用いて、Ｘ線の検出感度を向上させることが困難であった。

【0058】

これに対して実施の形態１では、試料ホルダが用いられておらず、試料台３０の搬送時には、Ｘ線検出器５０ａが、搭載部４０ｃから遠ざけられている。そして、試料ＳＡＭの解析時には、Ｘ線検出器５０ａは、搬送経路３２に重なる位置にまで近づけられる。言い換えれば、従来では試料ホルダが存在していた空間に、Ｘ線検出器５０ａを設けることができる。従って、実施の形態１では、高感度にＸ線を検出することができる。

【0059】

なお、搬送口２０から遠くに位置するＸ線検出器５０ｂは、元々、搭載部４０ｃの近くに位置している。試料ＳＡＭの解析時には、Ｘ線検出器５０ａも、Ｘ線検出器５０ｂと同程度に搭載部４０ｃの近くに位置する。すなわち、Ｘ線検出器５０ｂの先端部と搭載部４０ｃとの間の距離は、Ｘ線検出器５０ａが搭載部４０ｃに最も近づいた際におけるＸ線検出器５０ａの先端部と搭載部４０ｃとの間の距離と同じである。従って、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂによって、高感度にＸ線を検出することができる。

【0060】

また、従来技術では、試料ホルダの大気圧側の部分が気圧変動および音波などの影響を受け、それによって、視野の位置ずれが生じる恐れがあった。これに対して実施の形態１では、試料ＳＡＭの解析時に、試料台３０は常に鏡筒２の内部（真空側）に配置され、大気圧側の部分が存在していない。従って、上述のような視野の位置ずれなどの問題が発生しないので、試料ＳＡＭの解析の安定性および精度を向上できる。

【0061】

ところで、平面視における搭載部４０ｃの外周形状は、多角形状であり、実施の形態１では四角形状である。複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂの各々の先端部は、平面視における搭載部４０ｃの各辺に対向している。搭載部４０ｃの各辺に対向する位置が、搭載部４０ｃに最も近づけられる位置であるので、このように複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂを配置することで、Ｘ線を検出するための感度を更に高めることができる。なお、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂの数は、平面視における搭載部４０ｃの辺の数と同じである。また、支持部４０ｂの他方の端部は、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂの配置を阻害しないように、平面視における搭載部４０ｃの何れかの角部を支持している。

【0062】

また、平面視における搭載部４０ｃの何れかの角部が、搬送口２０に対向していることが好ましい。仮に、搭載部４０ｃのある辺が搬送口２０に対向していると、その辺に対向する位置にＸ線検出器５０を配置し難くなる。そうすると、Ｘ線検出器５０の数を減らすことになり、Ｘ線を検出するための感度が低下する恐れがあるからである。

【0063】

なお、実施の形態１では、搬送口２０に対して線対称に２つのＸ線検出器５０ａと、２つのＸ線検出器５０ｂとが設けられているが、複数のＸ線検出器５０の配置位置は、これらに限られない。例えば図２で説明すると、搬送口２０が右のＸ線検出器５０ａの近くに設けられていてもよい。その場合、搬送口２０に最も近い右のＸ線検出器５０ａには、移動機構５１が電気的に接続されるが、搬送口２０に２番目に近い左のＸ線検出器５０ａにも、必要に応じて、移動機構５１が電気的に接続されていてもよい。言い換えれば、平面視において搬送経路３２に重なる可能性のあるＸ線検出器５０には、移動機構５１が電気的に接続される。

【0064】

また、複数の支持部４０ｂのうち、搬送口２０側に配置される支持部４０ｂが、平面図において搬送経路３２と干渉する場合には、縦断面において、支持部４０ｂを搬送経路３２の下部で周辺部４０ａへ接続し、搭載部４０ｃを下から支持するようにすればよい。また、搬送口２０近くの支持部４０ｂが、平面図において搬送経路３２に重ならないように、ずらして配置されていてもよい。

【0065】

（変形例１）
以下に図９を用いて、変形例１における荷電粒子線装置１を説明する。なお、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明し、実施の形態１と重複する点についての説明を省略する。

【0066】

実施の形態１では、Ｘ線検出器５０ｂの位置が固定されていた。図９に示されるように、変形例１では、Ｘ線検出器５０ｂにも移動機構５１が電気的に接続され、Ｘ線検出器５０ｂの位置を変更できる。Ｘ線検出器５０ｂは、移動機構５１によって、搭載部４０ｃに近づく方向または搭載部４０ｃから遠ざかる方向へ移動できる。

【0067】

全ての複数のＸ線検出器５０が移動可能になることで、例えば、Ｘ線を用いた分析が不要な解析工程において、複数のＸ線検出器５０を電子線ＥＢ１の近くから退避させることができる。それによって、上側センサ５３および下側センサ５４などが、信号電子ＥＢ２（二次電子、反射電子）などに晒される時間を短縮できるので、センサの交換などのようなメンテナンスの頻度を下げることができる。

【0068】

（変形例２）
以下に図１０を用いて、変形例２における荷電粒子線装置１を説明する。なお、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明し、実施の形態１と重複する点についての説明を省略する。

【0069】

図１０に示されるように、変形例２では、２つのＸ線検出器５０ａと、４つのＸ線検出器５０ｂとが設けられている。Ｘ線検出器５０の数が増えることで、Ｘ線を検出するための感度を更に高めることができる。

【0070】

また、平面視における搭載部４０ｃの外周形状は、多角形状であり、変形例２では六角形状である。変形例２でも、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂの各々の先端部は、平面視における搭載部４０ｃの各辺に対向し、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂの数は、平面視における搭載部４０ｃの辺の数と同じである。

【0071】

このように、複数のＸ線検出器５０の数は、特に限られないが、少なくとも３つ以上であることが好ましい。なお、変形例２の場合でも、変形例１のように、全てのＸ線検出器５０に移動機構５１を接続させてもよい。

【0072】

＜試料の解析方法＞
以下に、図１１のフローチャートと、図６～図８とを用いて、実施の形態１、変形例１および変形例２における試料ＳＡＭの解析方法について説明する。

【0073】

まず、ステップＳ１では、試料ＳＡＭが搭載された試料台３０と、搬送棒３１とを用意する。次に、搬送棒３１に試料台３０を載置する。このとき、鏡筒２の内部を真空状態にしておく。

【0074】

ステップＳ２では、Ｘ線検出器５０ａが搭載部４０ｃから遠ざけられた状態で、搬送口２０を介して、鏡筒２の外部から内部へ、試料台３０が載置された搬送棒３１を挿入する。まず、搬送棒３１および試料台３０を、鏡筒２の外部から試料交換室２２の内部へ挿入する。次に、試料交換室２２の内部を、鏡筒２の内部と同程度の真空状態とする。次に、ゲートバルブ２１を開き、搬送口２０を介して、試料交換室２２の内部から鏡筒２の内部へ搬送棒３１を挿入する。

【0075】

ステップＳ３では、試料ＳＡＭが光軸ＯＡ上に位置するように、搭載部４０ｃに試料台３０を搭載する。

【0076】

ステップＳ４では、試料台３０から搬送棒３１を分離し、搬送口２０を介して、鏡筒２の内部から外部へ搬送棒３１を退避させる。なお、搬送棒３１の退避は、鏡筒２の外部でもよいが、搬送棒３１がＸ線検出器５０と干渉しない位置まで退避できれば、搬送棒３１は、鏡筒２の内部に一部残っていてもよい。その後、ステップＳ５が行われるが、ステップＳ５の前に、試料ＳＡＭのスクリーニングを行ってもよい。

【0077】

例えば、電子線ＥＢ１を試料ＳＡＭに照射し、試料ＳＡＭから発生する信号電子ＥＢ２を検出器１２によって検出し、信号電子ＥＢ２を基に作成された撮影像を観察する。または、試料ＳＡＭから発生する特性Ｘ線ＸＬをＸ線検出器５０ｂによって検出し、試料ＳＡＭの元素分析を行う。この時点で、試料ＳＡＭに大きな破損がある場合、または、想定される元素とは明らかに異なる元素が検出された場合には、スクリーニングの判定を不合格とする。不合格となった試料ＳＡＭは廃棄され、他の試料ＳＡＭが新しく鏡筒２の内部へ搬送される。一方で、スクリーニングの判定で合格とされた試料ＳＡＭに対してのみ、ステップＳ５以降が行われる。

【0078】

ステップＳ５では、搭載部４０ｃにＸ線検出器５０ａを近づける。これにより、全てのＸ線検出器５０ａ、５０ｂが搭載部４０ｃの近くに配置されるので、試料ＳＡＭの特性Ｘ線ＸＬを高感度に検出することができる。

【0079】

ステップＳ６では、電子銃３から光軸ＯＡに沿って電子線ＥＢ１を照射する。電子線ＥＢ１が試料ＳＡＭに照射された際に試料ＳＡＭから発生する特性Ｘ線ＸＬを、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂによって検出する。これにより、試料ＳＡＭの元素分析が行われる。

【0080】

その他、試料ＳＡＭに電子線ＥＢ１を照射することで行われる解析工程を実施してもよい。例えば、検出器１２によって信号電子ＥＢ２を検出し、カメラ１５によって蛍光ＦＬを検出し、これらを信号制御部Ｃ４によって電子情報として処理し、これらの電子情報を基にして画像データを取得してもよい。

【0081】

ここで、変形例１のように、全てのＸ線検出器５０ａ、５０ｂに移動機構５１が電気的に接続されている場合、上記解析工程のような、特性Ｘ線ＸＬを検出する工程以外は、複数のＸ線検出器５０ａ、５０ｂのうち全部が搭載部４０ｃから遠ざけられた状態で行われる。

【0082】

試料ＳＡＭの解析が終了したら、試料ＳＡＭを鏡筒２の内部から外部へ搬送する。まず、Ｘ線検出器５０ａを搭載部４０ｃから遠ざける。次に、搬送口２０を介して、鏡筒２の外部から内部へ搬送棒３１を挿入する。次に、試料ＳＡＭが搭載された試料台３０を、搬送棒３１に載置する。次に、搬送口２０を介して、鏡筒２の内部から外部へ搬送棒３１を退避させる。

【0083】

以上、上記実施の形態に基づいて本発明を具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0084】

例えば、上記実施の形態では、特性Ｘ線ＸＬの分析に、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ)を用いる場合について説明したが、特性Ｘ線ＸＬの分析には、波長分散型Ｘ線分光法（ＷＤＸ）が用いられてもよい。

【符号の説明】

【0085】

１ 荷電粒子線装置
２ 鏡筒
３ 電子銃
４ 電子源
５ 抑制電極
６ 引出電極
７ 陽極
８ 電子光学系
９ 集束レンズ
１０ 偏向レンズ
１１ 対物レンズ
１１ａ 上磁極
１１ｂ 下磁極
１１ｃ 対物レンズコイル
１２ 検出器
１３ 結像系
１４ 蛍光板
１５ カメラ
１６ 入力装置
１７ モニタ
１８ ＳＴＥＭ検出器
２０ 搬送口
２１ ゲートバルブ
２２ 試料交換室
３０ 試料台
３１ 搬送棒
３２ 搬送経路
４０ ステージ
４０ａ 周辺部
４０ｂ 支持部
４０ｃ 搭載部
４１ 駆動機構
４１ａ 回転機構
４１ｔ 傾斜機構
４１ｘ Ｘ軸微動機構
４１ｙ Ｙ軸微動機構
４１ｚ Ｚ軸微動機構
４２ 磁路
５０、５０ａ、５０ｂ Ｘ線検出器
５１ 移動機構
５２ 被遮蔽領域
５３ 上側センサ
５４ 下側センサ
Ｃ０ 総合制御部（制御部）
Ｃ１ 電子源制御部
Ｃ２ 電子光学系制御部
Ｃ３ ステージ制御部
Ｃ４ 信号制御部
Ｃ５ 元素分析制御部
ＥＢ１ 電子線
ＥＢ２ 信号電子
ＥＢ３ 透過電子
ＦＬ 蛍光
ＯＡ 光軸
ＯＰ 開口部
ＳＡＭ 試料
ＸＬ 特性Ｘ線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】