JP2005201640A

JP2005201640A - 試料評価方法及び試料評価装置

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Publication number: JP2005201640A
Application number: JP2004005110A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Takahashi; 橋秀之高
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2024-01-13
Also published as: JP4498751B2

Abstract

【課題】試料に含有された元素についての当該元素の面内での均質性の評価を高い信頼性でもって行うことのできる試料評価方法及び試料評価装置を提供する。
【解決手段】試料７の複数箇所に電子線６もしくはＸ線を照射し、試料７に含有された元素に対応して発生する特性Ｘ線８を検出し、これにより当該複数箇所における特性Ｘ線強度を求めて、当該元素についての試料７の面内での均質性を評価する際に、求められた複数の特性Ｘ線強度のばらつきに関する変動係数εと標準偏差σとをもとに試料７の均質性の評価を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子線もしくはＸ線を用いた試料評価方法及び試料評価装置に関する。

試料に含有された元素の当該試料内での濃度を分析する装置として、電子プローブマイクロアナライザ（以下、ＥＰＭＡという）や、蛍光Ｘ線分析装置が知られている。このような装置を用いた試料内での元素濃度分析方法として、特開昭６１−７０４４４号公報（以下、特許文献１という）に記載された濃度分析方法が知られている。以下に、当該特許文献１に記載された濃度分析方法について、図面を用いて説明する。

特許文献１に記載された濃度分析方法では、ＥＰＭＡの構成を有する分析装置（当該特許文献１中では、電子線微小分析装置という）を用いている。この分析装置は、図３に示すように構成されており、電子線１０１は図示しない対物レンズ（コンデンサレンズ）により試料１０２の表面上に集束された状態で照射される。当該試料１０２は、試料ステージ（図示せず）に載置されている。そして、当該試料ステージの移動によって、試料１０２は電子線１０１により２次元的に走査される。なお、試料ステージの移動を止めて、試料１０２の位置を適宜固定することにより、電子線１０１を試料１０２上の所定箇所に固定した状態でスポット照射させることもできる。

電子線１０１が試料１０２を照射した際には、照射された試料１０２上での分析点から特性Ｘ線１０４が発生し、この特性Ｘ線１０４は分光結晶１０３により分光される。分光結晶１０３により分光された特性Ｘ線１０４は、Ｘ線検出器１０５によって検出される。

Ｘ線検出器１０５は、検出した特性Ｘ線１０５の特性Ｘ線強度に応じた電気信号（パルス信号）を出力する。当該電気信号は、Ｘ線計測回路１０６により特性Ｘ線強度として計数され、演算制御装置１０７を介して記憶装置１０８における試料１０２上での各分析点に対応した記憶領域に記憶される。これにより、試料１０２上での各分析点の元素濃度を求めることができる。

そして、演算制御装置１０７には表示装置１０９が接続されており、試料１０２上での各分析点の元素濃度を表す濃度マップが表示装置１０９によって表示される。

このような分析装置を用いることにより、試料に含有された元素の当該試料上での複数箇所における濃度を求めることができる。

ところで、最近では、上記のような分析装置を使用して、上述のごとく試料上での複数の分析点の元素濃度データを求めた後、当該元素濃度データを基にして、試料に含有された元素についての当該試料の面内での均質性を評価することが検討されている。

特開昭６１−７０４４４号公報

上述のように、ＥＰＭＡ等の分析装置を使用して、試料に含有された元素についての当該試料の面内での均質性を評価することが検討されているが、この均質性の評価を高い信頼性でもって行うことのできる手法は確立されていなかった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、試料に含有された元素についての当該元素の面内での均質性の評価を高い信頼性でもって行うことのできる試料評価方法及び試料評価装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく試料評価方法は、試料の複数箇所に電子線もしくはＸ線を照射し、試料に含有された元素に対応して発生する特性Ｘ線を検出し、これにより当該複数箇所における特性Ｘ線強度を求めて、当該元素についての試料の面内での均質性を評価する試料評価方法であって、求められた複数の特性Ｘ線強度のばらつきに関する変動係数εと標準偏差σとをもとに試料の均質性の評価を行うことを特徴とする。

また、本発明に基づく試料評価装置は、試料の複数箇所に電子線もしくはＸ線を照射し、試料に含有された元素に対応して発生する特性Ｘ線を検出し、これにより当該複数箇所における特性Ｘ線強度を求めて、当該元素についての試料の面内での均質性を評価する試料評価装置であって、求められた複数の特性Ｘ線強度のばらつきに関する変動係数εと標準偏差σとをもとに試料の均質性の評価を行うことを特徴とする。

本発明においては、求められた複数の特性Ｘ線強度のばらつきに関する変動係数εと標準偏差σとをもとに試料の均質性の評価を行う。

よって、特性Ｘ線強度のばらつき及び分布を考慮して試料の均質性の評価を行うこととなり、信頼性の高い試料評価を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に基づく試料評価装置の例を示す概略構成図である。この試料評価装置は、ＥＰＭＡの構成を備えている。

同図において、１は電子銃であり、この電子銃１からは電子線６が加速されて放出される。電子銃１から放出された電子線６は、集束レンズ２及び対物レンズ４により試料７上に細く集束される。これにより、電子線６は、試料７上において電子プローブとなる。このとき、走査コイル３によって電子線６は適宜偏向される。これにより、電子線６は、試料７上の所定領域を分析領域として走査することもできるし、また試料７上の一点を分析点として固定してスポット照射することもできる。

電子線６が照射された試料７からは、試料７に含まれた元素に対応して特性Ｘ線８が発生する。この特性Ｘ線８は、分光結晶９によって分光され、分光後の特性Ｘ線８はＸ線検出器１１により検出される。

Ｘ線検出器１１は、検出した特性Ｘ線８の特性Ｘ線強度に応じた検出信号（パルス信号）を出力する。Ｘ線検出器１１からの検出信号は処理部１７において計数され、その計数データは特性Ｘ線強度として演算制御部１８に送られる。

電子銃１、集束レンズ２、走査コイル３、及び対物レンズ４は、試料評価装置を構成する鏡筒１２内に配置されている。また、試料７は、鏡筒１２の下方に位置する試料室１３内に配置された試料ステージ機構５に載置されている。

鏡筒１２と試料室１３は、それぞれ図示しない排気手段によって内部が排気されて真空引きされる。そして、電子ビーム６が試料７に照射される際には、鏡筒１２内及び試料室１３内は、それぞれ所定の真空度に真空引きされる。

鏡筒１２内の集束レンズ２、走査コイル３、及び対物レンズ４によって電子光学系２３が構成されている。そして、電子銃１及び電子光学系２３は、駆動部１４によってそれぞれ駆動される。

分光結晶９とＸ線検出器１１は、駆動機構１０に取り付けられている。この駆動機構１０によって分光結晶９及びＸ線検出器１１は、それぞれ所定の方向に移動することとなる。そして、駆動機構１０は、駆動部１５によって駆動される。

試料７を載置する試料ステージ機構５は、駆動部１６によって駆動される。これにより、試料７は、水平方向、垂直方向、傾斜方向、及び回転方向に移動することとなる。

上記各駆動部１４〜１６及び処理部１７は、演算制御部１８に接続されている。さらに、この演算制御部１８には記憶部１９が接続されている。これら各駆動部１４〜１６、処理部１７、演算制御部１８、及び記憶部１９は、制御システム２０を構成している。

ここで、演算制御部１８は、試料評価装置の各構成要素の制御を行うとともに、当該制御を実行する上で必要となる演算を行う。また、記憶部１９には、試料評価実行時に必要とされる電子線６の照射条件や後述する測定時間を含む試料評価条件等が記憶されることとなる。

また、演算制御部１８には、表示部２１及び入力部２２が接続されている。表示部２１は、ＬＣＤやＣＲＴ等の表示装置からなり、記憶部１９から読み出された試料評価条件や、試料評価実行後の試料評価結果等を必要に応じて表示する。入力部２２は、マウスやジョイスティック等のポインティングデバイス及びキーボード等を備えている。本試料評価装置を用いて試料７の評価を行うオペレータは、入力部２２を操作することにより、試料評価条件を設定したりすることができる。

以上が、本発明における試料評価装置の構成である。次に、本発明における試料評価方法について説明する。なお、ここでは、Ｎｉ（ニッケル）とＦｅ（鉄）との合金であって、組成比がＮｉ＝６０％、Ｆｅ＝４０％である試料を一例としてとりあげる。

まず、実際の評価対象となる試料についての試料評価を行う前に、当該試料評価を実行するための試料評価条件を、以下の方法により求める、
所定元素についての面内での濃度分布のばらつきの割合が所望の値（例えば、０．１％）以内に収まっていることが予めわかっている参照用試料を上記試料評価装置の試料室１３内の試料ステージ機構５に載置する。本実施例の場合において当該所定元素をＮｉとすると、当該参照用試料は、Ｎｉ（６０％）とＦｅ（４０％）との合金であって、Ｎｉについての面内での濃度分布のばらつきの割合が０．１％以下となっているものとなる。なお、試料の面内での濃度分布のばらつきの割合が小さいときには、当該試料の面内での均質性が高いという評価となる。よって、当該濃度分布のばらつきの割合に応じて、当該試料の面内での均質性の評価が決まることとなる。

このような参照用試料を試料室１３内の試料ステージ機構５に載置した後、記憶部１９に予め記憶されている初期設定試料評価条件の照射条件でもって、電子線６を参照用試料に照射する。このとき、駆動機構１０を制御することにより、分光結晶９及びＸ線検出器１１の位置は、Ｎｉの特性Ｘ線８が検出できる位置にしておく。

そして、電子線６の位置は固定させてスポット照射の状態としておき、試料ステージ機構５を制御して、参照用試料を水平方向（Ｘ−Ｙ方向）にステップ移動させる。すなわち、参照用試料を、所定距離Ｌ（後述の図２参照）ずつ移動させて停止することを繰り返す。これにより、参照用試料が停止したときに電子線６が照射されている参照用試料上での分析点から発生した特性Ｘ線８を、分光結晶９を介してＸ線検出器１１により検出することができる。なお、このとき電子線６が参照用試料に照射された状態で、参照用試料が停止している時間は、分析点の濃度分析のための測定時間に相当する。この測定時間も、記憶部１９に予め記憶されている初期設定試料評価条件の測定時間が適用される。

ここで、参照用試料上において電子線６が照射される分析点の一例を、図２を用いて説明する。同図において、７ａは参照用試料を示し、この参照用試料７ａの上面７ｂには、所定間隔（距離）Ｌでもって複数の分析点Ｐｉが設定されている。この例では、縦方向５箇所＊横方向５箇所＝２５箇所の分析点Ｐｉが設定されている。そして、電子線６は、図２の紙面に対して上から下に向かう方向に参照用試料７ａの上面７ｂを照射することとなる。

このとき、電子線６の位置は上述のごとく固定されており、当初は参照用試料７ａの上面７ｂにおける分析点Ｐ１に電子線６が照射されているとする。そして上記測定時間が経過後、参照用試料７ａがステップ移動する。これにより、参照用試料７ａの上面７ｂにおける電子線６の照射位置は、分析点Ｐ１から分析点Ｐ２に移動し、参照用試料７ａの移動が停止することにより、電子線６は当該分析点Ｐ２の位置をスポット照射する。そして、さらに上記測定時間が経過後、参照用試料７ａが再度移動して停止することにより、電子線６は分析点Ｐ３をスポット照射する。

以降、参照用試料７ａのステップ移動によって、このような動作を繰り返すことにより参照用試料７ａの上面７ｂにおける各分析点Ｐｉ（Ｐ１〜Ｐ２５）を順次電子線６がスポット照射することとなる。この結果、当該各分析点Ｐｉから発生したＮｉの特性Ｘ線８をＸ線検出器１１により検出することができる。

Ｘ線検出器１１は、検出したＮｉの特性Ｘ線８の特性Ｘ線強度に応じた検出信号を出力する。当該検出信号は処理部１７において計数され、その計数データは特性Ｘ線強度として演算制御部１８に送られる。この結果、演算制御部１８には、上記各分析点Ｐｉに対応するＮｉの特性Ｘ線強度が送られることとなる。

次いで、上記各分析点Ｐｉに対応する当該特性Ｘ線強度をＩｉとして演算処理部１８内で実行される演算について説明する。

まず、特性Ｘ線強度Ｉｉの平均Ｉ_ａｖｅを算出する。この平均Ｉ_ａｖｅは、次式により定義される。

ここで、ｎは分析点の総数であり、本実施例においては、ｎ＝２５となる。

次に、特性Ｘ線強度Ｉｉのばらつきに関する変動係数εを算出する。この変動係数εは、次式により定義される。

また、特性Ｘ線強度Ｉｉの分布に関する標準偏差σを算出する。この標準偏差σは、次式により定義される。

そして、変動係数εと標準偏差σとの比較を行う。このとき、当該変動係数εに補正係数ｋを掛け合わせた値であるｋεと当該標準偏差σとの大小関係を判断する。

すなわち、
σ＜ｋε ……（１）式
となるか、あるいは
σ≧ｋε ……（２）式
となるかを判断する。

なお、当該補正係数ｋの設定範囲としては、３〜５の範囲が好ましい。

ここで、上記（１）式が成立していれば、特性Ｘ線強度Ｉｉの分布に関する標準偏差σが、当該特性Ｘ線強度のばらつきに関する変動係数εの定数倍（ｋ倍）より小さくなっていることとなる。

よって、この場合は、このときに適用した初期設定試料評価条件を用いれば、この後に行われる実際の評価対象となる試料についての試料評価を、上記所望値（濃度分布のばらつきの割合が０．１％）を評価基準として行うことができる。この場合には、この初期設定試料評価条件を試料評価条件として記憶部１９に記憶する。

また、上記（２）式が成立している場合には、電子線６の照射条件もしくは測定時間を変更して、上記と同様に、参照用試料７ａのステップ移動による分析工程を再度行い、上記（１）式が成立することとなる試料評価条件を求める。このようにして求められた試料評価条件は、記憶部１９に記憶される。

上記のようにして、試料評価条件が求められて記憶部１９に記憶された後、参照用試料７ａは試料室１３から取り出される。

以上が、評価対象となる試料についての試料評価を実行するための試料評価条件を求める方法である。次に、評価対象となる試料の試料評価方法について説明する。

まず、評価対象となっている試料７を試料室１３内の試料ステージ機構５に載置する。ここで、当該試料７は、Ｎｉ（６０％）とＦｅ（４０％）との合金である。そして、ここではこの試料７におけるＮｉについての面内での濃度分布のばらつきの割合が０．１％以下となっているか否かの評価を行うものとする。

当該試料７を試料室１３内の試料ステージ機構５に載置した後、記憶部１９に記憶された試料評価条件でもって、電子線６を試料７に照射する。このとき、駆動機構１０を制御することにより、分光結晶９及びＸ線検出器１１の位置は、Ｎｉの特性Ｘ線が検出できる位置にしておく。

そして、電子線６の位置は固定させてスポット照射の状態としておき、試料ステージ機構５を制御して、上記と同様に試料７を水平方向（Ｘ−Ｙ方向）にステップ移動させる。これにより、試料７が停止したときに電子線６が照射されている試料７上での分析点から発生した特性Ｘ線８を、分光結晶９を介してＸ線検出器１１により検出することができる。なお、このときの測定時間は、記憶部１９に記憶された試料評価条件が適用される。

ここで、試料７上において電子線が照射される分析点は、例えば上述した図２に示す例が適用されるが、これに限定する必要はなく、試料７上での分析点の位置や数を変えても差し支えはない。以降、説明を簡単にするために、上記図２に示す例をもとに説明する。

図２における試料７のステップ移動によって、試料７の上面７ｂにおける各分析点Ｐｉ（Ｐ１〜Ｐ２５）を順次電子線６がスポット照射することとなる。この結果、当該各分析点Ｐｉから発生したＮｉの特性Ｘ線８をＸ線検出器１１により検出することができる。

Ｘ線検出器１１は、検出したＮｉの特性Ｘ線８の特性Ｘ線強度に応じた検出信号を出力する。当該検出信号は処理部において計数され、その計数データは特性Ｘ線強度として演算制御部１８に送られる。この結果、演算制御部１８には、試料７の上面７ｂにおける各分析点Ｐｉに対応するＮｉの特性Ｘ線強度が送られることとなる。

その後、上記各分析点Ｐｉに対応する当該特性Ｘ線強度をＩｉについて、上述と同様の演算が演算処理部１８内で実行される。

すなわち、まず、特性Ｘ線強度Ｉｉの平均Ｉ_ａｖｅを算出する。次に、特性Ｘ線強度Ｉｉのばらつきに関する変動係数εを算出する。そして、特性Ｘ線強度Ｉｉの分布に関する標準偏差σを算出する。ここで、これら平均Ｉ_ａｖｅ、変動係数ε、及び標準偏差σは、上記により定義されたものである。

その後、変動係数εと標準偏差σとの比較を行う。このときも上述と同様に、当該変動係数εに補正係数ｋを掛け合わせた値であるｋεと当該標準偏差σとの大小関係を判断する。ここでも、上記（１）式もしくは上記（２）式のいずれが成立するかを判断する。

そして、上記（１）式が成立するときには、当該試料７のＮｉについての面内での濃度分布のばらつきの割合は所望の値以内に収まっているものと評価される。よって、この場合には当該試料７は所望の均質性となっているものと評価される。

また、上記（２）式が成立するときには、当該試料７のＮｉについての面内での濃度分布のばらつきの割合は所望の値以内に収まっていないものと評価される。よって、この場合には当該試料７は所望の均質性となっていないものと評価される。

このように本発明においては、求められた複数の特性Ｘ線強度のばらつきに関する変動係数εと標準偏差σとをもとに試料の均質性の評価を行う。

従って、特性Ｘ線強度のばらつき及び分布を考慮して試料の均質性の評価を行うこととなり、信頼性の高い試料評価を行うことができる。

なお、上記の例においては、試料７及び参照用試料７ａとしてＮｉ（６０％）とＦｅ（４０％）との合金からなる試料として説明したが、これに限定されるものではなく、他の組成からなる合金等からなる試料であっても適用できる。

また、上述の実施例においては、試料評価装置としてＥＰＭＡの構成からなる装置の例を用いて説明したが、ＥＰＭＡに限定されるものではない。その他の例としては、試料にＸ線（１次Ｘ線）を照射し、これにより当該試料に含有された元素に対応して発生する特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）を検出する蛍光Ｘ線分析装置においても、本発明は適用できる。

本発明に基づく試料評価装置の例を示す概略構成図である。試料（参照用試料）の上面における分析点を示す平面図である。ＥＰＭＡの構成を有する分析装置の概略構成図である。

符号の説明

１…電子銃、２…集束レンズ、３…走査コイル、４…対物レンズ、５…試料ステージ機構、６…電子線、７…試料、８…特性Ｘ線、９…分光結晶、１０…駆動機構、１１…Ｘ線検出器、１７…処理部、１８…演算制御部、１９…記憶部

Claims

試料の複数箇所に電子線もしくはＸ線を照射し、試料に含有された元素に対応して発生する特性Ｘ線を検出し、これにより当該複数箇所における特性Ｘ線強度を求めて、当該元素についての試料の面内での均質性を評価する試料評価方法であって、求められた複数の特性Ｘ線強度のばらつきに関する変動係数εと標準偏差σとをもとに試料の均質性の評価を行うことを特徴とする試料評価方法。
前記変動係数εに係数ｋを掛け合わせた値ｋεと前記標準偏差σとを比較することにより、試料の均質性の評価を行うことを特徴とする請求項１記載の試料評価方法。
前記係数ｋは、３〜５の範囲に設定することを特徴とする請求項３記載の試料評価方法。
試料の複数箇所に電子線もしくはＸ線を照射し、試料に含有された元素に対応して発生する特性Ｘ線を検出し、これにより当該複数箇所における特性Ｘ線強度を求めて、当該元素についての試料の面内での均質性を評価する試料評価装置であって、求められた複数の特性Ｘ線強度のばらつきに関する変動係数εと標準偏差σとをもとに試料の均質性の評価を行うことを特徴とする試料評価装置。
前記変動係数εに係数ｋを掛け合わせた値ｋεと前記標準偏差σとを比較することにより、試料の均質性の評価を行うことを特徴とする請求項４記載の試料評価装置。
前記係数ｋは、３〜５の範囲に設定することを特徴とする請求項５記載の試料評価装置。