JPH01213944A - 電子線照射型分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＥＰＭＡのような電子ビームを試料面上に収束
させて試料を励起することにより試料の分析を行う電子
線照射型分析装置に関する。

（従来の技術） ＥＰＭＡは電子ビームを試料面上に収束させ、この電子
ビームの照射によって励起された試料から放射されるＸ
線を分光して試料の分析を行う装置である。この種の装
置は試料面の非常に小さな領域即ち直径数１００μｍ以
下の微小領域の分析に威力を発揮する。ＥＰＭＡは試料
から放射されるＸ線を分光するものであるが、試料を電
子ビームで照射したときはＸ線の他にも種々な２次放射
線が放射されており、それらの放射線を検出することに
よっても試料分析上の種々な情報が得られる。その−例
として試料を電子ビームで照射したとき試料から放射さ
れる紫外、可視、赤外に及ぶ光を分光測定するカソード
ルミネッセンス分光分析法があり、通常ＥＰＭＡには試
料面を光によって観察する光学顕微鏡が試料を励起する
電子ビームの電子光学系と同軸的に設けられており、こ
の顕微鏡に分光器を接続することによってカソードネミ
ネッセンスの測定もできるようになっている。

（発明が解決しようとする課題） 上述したＥＰＭＡはＸ線分光分析、カソードルミネッセ
ンス分光分析の他、２次電子２反射電子等を検出するこ
とによっても試料の分析情報を得ることが可能であり、
幅広い分析手法が用いられる装置であるが、電子ビーム
を試料面に収束させているので、分析領域は数１００μ
ｍ以下であり、試料面の広い範囲にわたる分析が要求さ
れる場合には試料面を走査する必要があり、走査のため
試料を往復移動させる必要があって、分析所要時間が長
（なると云う欠点がある。試料面の広域分析では、その
広域における元素分布の地図的表現が要求される場合も
あるが、広い領域の平均的な分析情報が望まれる場合も
あり、そのような場合でも、地図的な分布を測定して平
均すると云うことになり、分析能率が大変低い。従って
本発明は電子ビームで試料を照射する局所分析用の装置
で試料面の広い領域の平均的な分析を能率的に行い得る
装置を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 試料面に電子ビームを照射する電子光学系の対物レンズ
の電子ビーム収束点に出入自在に放射線制限絞りを配置
し、」二足電子ビーム収束点をにらむように試料からの
２次放射線測定装置を配置し、上記絞りの後方に電子レ
ンズを配置して、上記絞りを通過した電子ビームを上記
電子レンズの下方に設置された試料面上の所定領域の全
体を照射する範囲まで発散させるようにし、このとき試
料面から放射される光、Ｘ線等の２次放射線を上記絞り
を通して上記２次放射線の測定装置に入射させるように
した。

（作用） 試料面に電子ビームを収束させて照射して分析する装置
では電子光学系の対物レンズの電子ビーム収束点に試料
表面を位置させる。本発明では通常試料面が位置せしめ
られる対物レンズの電子ビーム収束点に出入自在に放射
線制限絞りを配置し、その下に別の電子レンズを置いて
いる。この電子レンズは対物レンズによる電子ビーム収
束点を点光源とするレンズに相当し、−旦収束した電子
ビームをその収束角より大きな角度で再び発散させる。

試料はこの電子レンズの後方に置がれるので、試料面上
の電子ビーム照射スポットは円形状領域に拡大され、そ
の大きさは上記電子レンズの強さおよび同電子レンズと
試料面との距離によって変化させることができる。この
ようにして拡大された試料面の電子ビーム照射領域から
放射される２次放射は直進性を有し、その放射の一部が
対物レンズ収束点に置かれた絞りを通過する。

従って２次放射測定装置が上記絞り開口をにらむように
してお（と測定装置からみて上記絞り開１１自身が２次
放射の放射線源となっており、絞り開口上には試料面の
電子ビー１１照射領域の各点からの２次放射が略同じ効
率（効率：試料面上の一点が絞り開口に対して張る立体
角）で入射しているから、絞り開口を透過する２次放射
は試料面の電子ビーム照射領域の各点からの２次放射を
平均化したものとなっている。こ＼で上記した２次放射
測定装置が絞り開口をにらむと云うのは、測定装置が成
る一点から放射される放射線が入射せしめられる構成で
あるとき、絞り開［１の中心にその一点を位置させると
云うことである。

（実施例） 第１図は本発明のカソードルミネッセンス測定装置に関
する実施例である。図で１は電子銃、２はコンデンサレ
ンズ、３は対物レンズ、４は電子ビームによる試料面走
査のためのｘ、ｙ偏向コイルで、これらによって通常の
Ｅ　Ｉ’ＭＡの電子光学系が構成されており、Ｃは試料
を照射する電子ビームである。７は試料：！；ルダで、
８は同ホルダに保持された試料である。試料ボルダ８は
Ｘ方向微動台２０上にセットされる。Ｘ方向微動台２０
はｙ方向激動台上２１に搭載されており、ｙ方向微動台
は２方向微動台２２上に搭載されている。

ｘ、ｙ、ｚ各機動台も通常ＥＰＭＡに付設されている装
置である。１０はＥＰＭＡ付設の光学顕微鏡の対物凹面
鏡で、補助の凸面鏡１１．斜鏡１２によって試料からの
光をＥＰＭＡの真空容器Ｗに設けられている窓１３から
外部に導き、接眼レンズｌによって試料面の観察ができ
るようになっている。０点は上述した光学顕微鏡の焦点
で作用の項で述べたカソードルミネッセンス測定装置か
にらんでいる点である。接眼レンズｌの前面に斜鏡１４
が出入自在に設けられ、カソードルミネッセンスの測定
を行うときはこの斜鏡を光学顕微鏡の光軸上に進出させ
、試料からの光を分光光度計Ｍに入射させる。分光光度
計Ｍで１５は入口スリット、１６は回折格子、１７は出
口スリットで１８は光検出器である。通常のカソードル
ミネッセンス測定では試料を図の０点に位置させ、電子
ビームを０点に収束させる。この場合始めに述べたよう
に一度に分析できる領域は最大でも直径数１００μｍ程
度である。

以上の構成部分は従来のＥＰＭＡと同じであり、図では
省略したがＸ線分光器も付設されており、この実施例は
通常のＥＰＭＡとしても使用できるのである。本発明の
特徴は図の放射絞り５および電子レンズ６を前述した電
子光学系の光軸上に出入自在に設けた点にある。放射線
制限絞り５は中央に約０．５ｍｍ径の開口を設けたもの
で、下面に電子レンズ６が一体的に取付けてあり、操作
棒１９により真空容器■の外から電子光学系の光軸上に
出入せしめられる。ぞして紋り５は電子光学系の光軸上
に進出せしめられてとき、開口中心が丁度図の０点即ち
光学顕微鏡の焦点に位置するようにしである。

試料面の広領域の平均的なカソードルミネッセンス測定
を行う場合ｘ、ｙｆｔｔ動台２０．２１を下げて、Ｘ微
動台２０上にセットシた試料の上面が進出させた電子レ
ンズ６の下面よりも下方に位置するようにし、絞り５．
電子レンズ６の一体構成を電子光学系の光軸上に進出さ
せる。試料面上の測定領域の広さは試料面の高さ位置に
よって調節できる。

試料８の表面の高さ位置は、試料面上の測定領域の直径
を（ｌとし、０点がら試料面までの距離をｈとするとき
、ｄ　／　ｈが、（対物ＪＲ１０（７）直径）／（０点
から対物鏡までの距離）に等しくなるように設定する。

このようにすると対物鏡１ｏの外縁と試料の測定領域の
外縁とが一致する。電子ビームを対物レンズ３によって
０点に一旦収束させ、電子レンズ６の強さを調節するこ
とによって、電子ビームが試料面上で直径ｄに広がって
いるようにする。或は電子レンズ６の強さを一定にして
おいて、対物レンズ３による電子ビームの収束点を上下
方向に動がして調節するようにしてもよい。一般に対物
レンズを通過した後でも電子ビームの太さは細いから、
絞り５の開口に収束させな（でも、全電子ビームが絞り
開口を通過することができる。上述のようにして試料面
を電子ビームで照射すると、試料面の直径ｄの領域が電
子照射され、試料面の各点がら放射されたカソードルミ
ネッセンス光のうち絞り５の開口を通過した光は全て分
光光度計Ｍに入射させることができる。

この場合絞り５の開口は光学顕微鏡によって拡大投影さ
れるので、対物鏡ｌＯによる絞り５の開口の実像を分光
光度計Ｍの入口スリット上に縮小投影するようにレンズ
２３が用いられており、レンズ２３．対物ｆｉｌｏを通
して分光光度計Ｍの入１１スリット１５の開口を電子光
学系の０点を通る面に投影したときの直径と、紋り５の
開［１直径を一致させ、分光光度計Ｍの入［１スリツト
に入射する光束の広がり各αが分光光度計のコリメータ
鏡Ｃが入口スリット１５に対して張る角と等しいように
してお（ことが幾何光学的な理想条件であるが、実際上
絞り５の開口の径はそれより幾分太きくしておく方がよ
い。

半導体の品質評価法として、カソードルミネッセンス法
の他に試料をレーザビームで照射、試料から放射される
；１；トルミネッセンスを測定する方法があり、この方
法とカソードルミネッセンス法を比較したい場合がある
。この場合レーザの照射スポットは直径が数ｍｍあるか
ら、両方法の正確な比較はカソードルミネッセンス法で
もホトルミネッセンス法と同じ領域で測定を行う必要が
あり、このような場合に本発明は有効であり、本発明に
よれば更に直径数備の領域でも一度に測定可能である。

上述実施例では電子レンズ６は絞り５と一体的に出入さ
れるが、試料ホルダの形を適当にして電子レンズ６の中
央を通って上方に突出させることができるようにして、
電子レンズを図の位置に固定しておいてもよい。

第２図は本発明のＸ線分光分析装置に関する実施例を示
す。この装置は従来のＥＰＭＡとしても使用できると共
に上述実施例のカソードルミネッセンス測定にも利用で
きるものである。装置各部において前述実施例の各部と
対応する部分には同じ符号を付し、−々の説明を省略す
る。以下前述実施例と異る部分を重点に説明を行う。図
で八が本発明に係る部分であって、通常の構成のＥＰＭ
ＡのＸ微動台２０上に試料ホルダの代わりにセットされ
るアダプタとして用意されている。アダプタＡは放射線
絞り５と電子レンズ６を同軸的に保持したテーブル２４
が基台２５上に取付けた構造で、この基台には絞り５お
よび電子レンズ６と同軸で回転可能な回転盤２６と、こ
の回転盤を回転させるモータ２７等が設けられている。

更に電子レンズ６の下に電子ビームを偏向する偏１＾Ｉ
：］イル２７が配置されている。回転ａｔ　２６−Ｌに
は回転軸中心を中心とする一つの円周上に複数個の試料
セット用凹みが設けられていて、複数の試料ボルダ７が
搭載されている。

２８はＸ線分光用の分光結晶で固定面＆！Ｉｅに沿って
移動可能であり、パルスモータ２９によって駆動される
。３０はスリット、３１はスリット３０と一体的なＸ線
検出器で、電子光学系の光軸上の０点と、分光結晶２８
の中心とスリット３０とが常に一つのローランド円上に
位置しているように分光結晶２８とスリット３０とは機
構的に連結されており、分光結晶２８．パルスモータ２
９、スリット３０．Ｘ線検出器３１等によりＸ線分光装
置が構成されている。上記０点はＸ線分光装置における
Ｘ線入射点であって、作用の項で述べたＸ線測定装置か
にらんでいる。通常のＸ線分光分析では試料は表面が０
点に位置するようにセットされ、電子ビームは０点に収
束せしめられる。試料面の広領域の平均的Ｘ線分光分析
を行う場合、アダプタＡが試料ホルダの代わりにＸ微動
台２０上にセットされる。このとき、Ｘ微動台上の当た
りによって絞り５の開口中心が電子光学系の光軸上に位
置せしめられる。２方向微動台を駆動して、絞り５が０
点に位置するようにする。前述実施例と同様した電子ビ
ームは電子レンズ６の作用で回転！！！２６上に搭載さ
れている試料の表面の延長上で電子光学系光軸を中心と
する所望の直径の領域に広がっている。このま＼では電
子ビームは試料表面を照射することができない。こ＼で
偏向コイル２７を直流で作動させると電子ビームが偏向
され、円形に拡がった電子ビーム照射領域は図のように
左方に移動して試料８表面の所望の領域を照射する。こ
＼で回転盤２６上の試料ホルダ取付は用の凹みはＸ線分
光装置の分光結晶の移動軌跡ｅの０点を通って下方への
延長が試料面と交わる点Ｏ°が試料ホルダ取付は用凹み
の中心に立てた垂直線上にあるように、これらの凹みの
配列半径が決めてあり、偏向コイル２７は電子ビームの
中心線が上記Ｏ゛点を通るように絞り５を通過した後の
電子ビームを偏向させる。０点から試料面までの垂直距
離はテーブル２４の高さで決まっているから、偏向コイ
ル２７の励磁電流は電子加速電圧の関数であり、予め計
算或は実験的に決めてお（ことができ、表にして制御装
置３２に記憶させである。この構成により、試料８上の
０゜点を中心とする所定半径の領域から放射されるＸ線
のうちＥで示す方向に放射された分が絞り５の開口を通
って分光結晶２８に入射せしめられてＸ線分光測定が行
われ。一つの試料についての９１斤が終われば、回転盤
２６を試料−個分回転さ氾て、次の試料につき上と同様
の測定を行う。

上述装置で広域カソードルミネッセンス測定を行うこと
も可能である。この場合試料は回転盤２６の中心にセッ
トされる。このためには特別な試料ホルダを用意せねば
ならぬが、回転盤中心も通常の試料ホルダがセットでき
る形状にしておけば、特別な試料ホルダを用意する必要
はない。

（発明の効果） 電子ビームを試料に照射する型の局所分析装置は試料の
広面積における平均的な組成の分析には不向きであるが
、本発明によれば局所分析と共にそのような広域の平均
分析も可能となり、特許請求の範囲第１項記載の発明に
あっては試料を電子線で励起したとき試料から放射され
る２次放射を試料を照射する電子ビームの電子光学系と
同軸的に配置された検出手段で検出する場合に局所分析
も広域の平均分析も可能とするものであり、特許請求の
範囲第２項記載の発明は２次放射を試料照射電子ビーム
の電子光学系の光軸と交わる視線方向を持つ検出手段で
検出する場合に、局所分析と広域の平均分析を可能にす
るものであり、何れの発明も電子線照射型分析装置の機
能を拡大するものである。。

【図面の簡単な説明】

第１図はカソードルミネッセンス測定を行う本発明の一
実施例装置の側面図、第２図はＸ線分光分析を行う本発
明の一実施例装置の側面図である。 １・・・電子銃、３・・・対物レンズ、５・・・放射線
絞り、６・・・電子レンズ、７・・・試料ホルダ８・・
・試料、１０・・・対物鏡Ｍ・・・分光光度汁１．１８
・・・光検出器、２０・・・Ｘ方向微動台、２１・・・
Ｘ方向微動台、２２・・・２方向微動台、２４・・・テ
ーブル、２７・・・偏向コイル、２６・・・回転盤、２
５・・・基台、２８・・・Ｘ線分光用分光結晶、３０・
・・スリット、３１・・・Ｘ線検出器、３２・・・制御
装置。 代理人　　弁理士　縣　　浩　介 第１図 ５１．　、“うづ５リド＋＊ＬＩ１１戸ｐミ秀玩笑：１
ノロ　・・・　電＋し〉又パ 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料面に電子ビームを照射する電子光学系の対物
   レンズの電子ビーム集束点に出入自在に配置された放射
   線制限絞りと、上記電子ビーム収束点を上記電子光学系
   の光軸方向においてにらむように配置された試料からの
   ２次放射線測定装置と、上記絞りの後方に配置され上記
   絞りを通過した電子ビームを発散させる電子レンズとを
   備え、上記電子レンズにより発散された電子ビームの照
   射を受ける位置に置かれた試料から放射される２次放射
   線を上記絞りを通して上記２次放射線測定装置に入射さ
   せるようにした電子線照射型分析装置。
2. （２）試料面に電子ビームを照射する電子光学系の対物
   レンズの電子ビーム収束点に出入自在に配置された放射
   線制限絞りと、上記電子ビーム収束点を上記電子光学系
   の光軸と交わる方向においてにらむように配置された試
   料からの２次放射線測定装置と、上記絞りの後方に配置
   され上記絞りを通過した電子ビームを発散させる電子レ
   ンズと、同じく上記絞りの後方に配置され電子ビームを
   一方向に偏向させる電子ビーム偏向手段とを備え、上記
   電子レンズおよび電子ビーム偏向手段により偏向されて
   発散する電子ビームの照射を受ける位置に置かれた試料
   から放射される２次放射線を上記絞りを通して上記２次
   放射線測定装置に入射させるようにした電子線照射型分
   析装置。