JPH0574902B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は荷電粒子線を用いた分析装置の改良に
関する。

［従来技術］ イオンビームを用いた例えばオージエ電子分光
装置では、イオンビームで試料表面を走査して試
料表面をエツチングしながら、電子ビームをイオ
ンビーム照射点近傍に照射して試料分析が行われ
る。

このような装置では、試料が絶縁物等の場合
に、電子ビーム照射によるチヤージアツプを防止
して精度の高いオージエスペクトルを得るため、
又、金属試料でも試料の極く表面の情報を分析す
る場合には試料を傾斜させて分析している。

しかしこのような装置では、イオンビームの走
査方向は常にイオン銃に対して一定方向に設定さ
れているため、試料が例えば水平方向から任意の
方向に傾斜した場合は試料上でのイオンビームの
走査方向は試料の傾斜角に依存して変化すること
となる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところでこのように構成された従来の装置で
は、第６図に示すように試料Ｓが電子ビーム照射
軸（光軸）Ｚに対して直交した状態に置かれ、試
料Ｓの表面をエツチングするイオンビームのイオ
ン照射領域Ａが光軸Ｚ方向より見て正方形状であ
る場合は、光軸Ｚ方向より照射される電子ビーム
照射領域Ｂは、イオン照射領域Ａ内に照射され
る。

しかしながら、試料Ｓを傾斜させるとイオン照
射領域Ａの形状は次第に矩形を押し潰したような
平行四辺形状に変化して、試料のＸ軸を傾斜軸と
する傾斜角θをさらに大きくすると、光軸Ｚ方向
より見たイオン照射領域Ａの形状は第７図に示す
ように略直線状に狭くなつてしまう。

そのため、例えばイオンビーム照射領域Ａに電
子ビームを照射して試料分析を行なつた場合、試
料の傾斜角度θが大きくなるとイオン照射領域Ａ
が狭くなり、イオン照射領域Ａ以外の領域、つま
りエツチングを行なつていないイオン照射領域Ａ
以外の領域をも分析をしてしまう。

従つて、従来の装置においては、試料を傾斜さ
せて分析する場合は、電子ビーム照射領域Ｂをカ
バーするため、イオンビームの走査幅を広げ第７
図のイオンビーム照射領域A′に示すように不必
要に大きな領域をエツチングしなければならな
い。そのため、エツチングに時間を要し結果的に
分析に長い時間を必要とする。又、試料傾斜角θ
によつてイオン照射領域Ａの形状も変化するた
め、その都度、イオンビーム走査幅を調整しなけ
ればならず、分析操作が繁雑になる欠点があつ
た。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、試料
を任意に傾斜させても、試料傾斜角θに応じてイ
オンビーム走査方向を変化させ、試料傾斜角θが
変化しても試料面上における水平及び垂直走査方
向が不変となるようにすることによつて、イオン
ビームによるエツチングの時間を短縮して分析時
間を短縮すると共に分析操作を簡単化した装置を
提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本目的を達成するため本発明は、分析用の荷電
粒子線を試料に照射する手段と、該照射に基づい
て試料より得られる情報信号を分析するための手
段と、エツチング用イオンビームを前記荷電粒子
線が照射される前記試料表面に照射する照射手段
と、該照射手段よりのイオンビームを偏向するた
めの偏向器と、該イオンビームを試料表面上で水
平及び垂直方向に走査するための走査信号を該偏
向器に供給する手段と、該試料を傾斜させるため
の試料傾斜手段とを備えた装置において、該試料
の傾斜角を表わす信号、及び、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
を分析装置に対し固定された座標軸とし、前記分
析用の荷電粒子線照射手段がＺ軸上に固定されて
いる場合に、前記イオンビーム照射手段のYZ平
面に対する傾斜角とXY平面に対する傾斜角を
夫々表わす信号各々に基づいて、前記試料の傾斜
にかかわらず常に前記イオンビームの該試料面上
における水平及び垂直走査方向が不変となるよう
に前記偏向器に供給される偏向信号を制御する手
段を備えたことを特徴としている。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づき詳述する。

第１図は本発明の一実施例の構成図である。１
はイオン銃、２はイオン銃１より放射されるイオ
ンビームで、該イオンビーム２は偏向電極３によ
つて偏向されて試料４上を走査する。該偏向電極
３は第２図に示すごとく、互いに直交する方向へ
走査するための偏向器３ａ，３ｂ及び３ｃ，３ｄ
より構成されている。５は光軸Ｚ上に配置された
電子銃で、該電子銃５より試料４を照射する電子
ビーム６が放射される。７は鋸歯状波のＸ軸走査
信号及びＹ軸走査信号を発生する走査信号発生
源、８，９は走査信号発生源７よりの前記走査信
号の走査振幅を可変するためのゲイン調整回路で
ある。１０，１１は前記ゲイン調整回路よりの走
査信号が入力する乗算器、１２，１３は加算器、
１４，１５は走査信号反転回路、１６は試料４を
傾斜するための試料ステージ、１７は試料ステー
ジ１６に駆動信号を供給するための駆動回路であ
る。１８は各種演算制御を行なう演算制御装置、
１９は演算制御装置１８に各種のパラメータを入
力するためのキーボードである。２０，２１は演
算制御装置１８よりの演算結果のデジタル信号を
アナログ信号に変換して前記乗算器に供給するた
めのＤ／Ａ変換器である。

このように構成された装置において、イオン銃
１、試料４、電子銃５のそれぞれの位置関係を第
３図に示す。第３図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
は分析装置に対して固定された座標であり、電子
銃５はＺ軸（光軸）上に設けられ、光軸Ｚ上には
試料ステージ１６に載置された試料４が配置され
ている。前記第１図では図示しなかつたが、試料
４の直ぐ上方の電子ビーム光軸上、即ち、Ｚ軸上
には分析用の電子ビームを試料面上に集束するた
めの対物レンズが、該試料４の直ぐ上方のＹ軸上
には該試料より得られる情報信号を分析するため
の手段（例えば、エルルギー分析系）が夫々設け
られており、且つ、該試料が傾斜しても該試料上
にイオンビームを照射される様に、イオン源１は
YZ平面に対して角ａ、XY平面に対して角ｂだ
け傾斜した位置に配置されている。ｘ軸、ｙ軸、
ｚ軸はイオン銃１に固定された座標であり、イオ
ン銃１の固定座標のｘ軸が、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系の
原点Ｏを通るようになつている。従つて、前記第
２図に示した偏向電極３と各ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸と
の配置関係は、イオンビームの照射軸（光軸）は
ｘ軸と一致し、前記偏向電極３を成す偏向器３
ａ，３ｂはｚ軸に垂直になるように配置され、偏
向器３ｃ，３ｄはｙ軸に垂直になるように配置さ
れている。又、イオン銃１の固定座標のｙ軸はＹ
軸に平行ではないが、XY平面に平行でｘ軸に直
交しており、ｚ軸は前記ｘ軸及びｙ軸に直交す
る。X′軸、Y′軸、Z′軸は試料に固定した座標で、
傾斜角θ＝０の時に各々Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に一致する
ように決める。又、傾斜角θは固定座標系のXY
平面と試料面との成す角、φは試料に固定した
Y′軸とイオンビームの水平走査の向きとが成す
角である。

さて、第４図に示すように、イオンビームの一
方の走査方向とｙ軸とが成す角をω₁とした場合
に、θが0゜≦θ≦90゜の範囲で変化した際に、第
５図に示すようにφ＝０の状態を常に維持するた
めには、ω₁にどのような条件が課せられねばな
らないかを検討すると、以下の条件が得られる。

ω₁＝tan^-1｛sin ｂ／tan ａ＋（cos ｂ／sin ａ）・
tanθ｝……(1) 又、ω₂をイオンビームのもう一方の走査方向
とｙ軸とが成す角とすると、θが0゜≦θ≦90゜の
範囲で変化した際に、同様に試料面上でのイオン
ビーム垂直走査方向をY′軸に対して90゜に維持す
るためにω₂に要求される条件は以下のようなも
のとなる。

ω₂＝tan^-1（−sin ｂ／tan ａ） ……(2) 上式において、右辺は定数であるから、ω₂は
上式で与えられる値に最初から設定しておくだけ
で良く、ω₁のみをθに応じて変化させれば良い。

第４図において、イオンビームのｙ方向への偏
向量をV₁、ｚ方向への偏向量をV₂とすると、前
記ω₁を実現するための両方向での偏向量の比Ｒ
は、 Ｒ＝V₂／V₁＝tanω₁＝sin ｂ／tan ａ）＋（cos ｂ／
sin ａ）・tanθ……(3) となる。

このような関係から、第１図の実施例装置にお
いては、キーボード１９より試料傾斜角θが入力
されると、演算制御装置１８は駆動回路１７を介
して試料ステージ１６を駆動し試料４をθだけ傾
斜させる。又、演算制御装置１８は傾斜角θに基
づいて第(3)式に基づいて第(3)式のＲを算出し、結
果をＤ／Ａ変換器２０に出力すると共に、Ｄ／Ａ
変換器２１には前記第(2)式に対応した定数比率値
信号が送られる。該Ｄ／Ａ変換器によつてアナロ
グ信号に変換された信号は乗算器１０，１１に供
給される。該乗算器１０，１１では各々Ｄ／Ａ変
換器２０，２１の出力信号とそれぞれＸ軸走査信
号及びＹ軸走査信号とが乗算される。従つて、乗
算器１０では傾斜角θに応じてＸ軸走査信号の振
幅が調整される。これらの乗算器１０，１１より
のＸ軸走査信号及びＹ軸走査信号は、各々加算器
１２，１３でＹ軸走査信号及びＸ軸走査信号と加
算され、該加算器１２，１３よりの走査信号は、
各々反転回路１４，１５を介して偏向器３に供給
される。

従つて、試料４を任意に傾斜させても、試料傾
斜角θに応じて試料面上でのイオンビーム一方の
走査方向とY′軸とが成す角φがφ＝０で、且つ
もう一方の走査方向とY′軸とが成す角が90゜なる
条件を満足されるようにイオンビームが走査され
る。そのため、第５図に示すようにイオン照射領
域Ａに電子ビーム６の電子ビーム照射領域Ｂが含
まれ、イオン照射領域以外の場所を分析すること
はなくなる。又、場合により、イオン照射領域の
幅が狭くなつて、イオン照射領域Ａから電子ビー
ム照射領域Ｂがはみ出すことがあつても、照射領
域Ｂの伸長する方向が常に試料上におけるイオン
ビームの走査の方向と平行になるため、ゲイン調
整回路８，９を調整してイオン照射領域を僅かに
広げるだけで良い。

従つて、従来装置のようにイオンビームの走査
幅を大きく広げてイオンビーム照射領域を不必要
に大きくする必要がないためエツチングに時間を
要することもない。

上記実施例は例示であり、他の態様で実施する
ことができる。上記実施例では、傾斜角θをキー
ボードにより入力するように構成したが、試料ス
テージの傾斜角を検出し、その信号に基づいて自
動的に制御するようにしても良い。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明は、試料の傾斜角を
表わす信号、及び、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を分析装置
に対し固定された座標とし、分析用の荷電粒子線
照射手段がＺ軸上に固定されている場合に、イオ
ンビーム照射手段のYZ平面に対する傾斜角と
XY平面に対する傾斜角を夫々表わす信号各々に
基づいて、試料の傾斜にかかわらず常に前記イオ
ンビームの該試料面上における水平及び垂直走査
方向が不変となるようにイオンビームの偏向器に
供給される偏向信号を制御する手段を備えている
ので、エツチング用イオンビーム照射手段が、分
析用の荷電粒子線照射手段及び試料より得られる
情報信号を分析する手段と異なつた試料上方の所
定の位置に配置されている場合に試料を任意に傾
斜させても、試料傾斜角θに応じて試料面上にお
ける水平及び垂直走査方向が不変となるため、イ
オン照射領域をまつたく広げないて済むか、又は
僅かに広げるだけで電子ビーム照射領域をエツチ
ング領域内に維持することができるため、イオン
ビームによるエツチングの時間が短縮し、従つ
て、分析時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は偏向器を説
明するための図、第３図及び第４図は本発明を説
明するための図、第５図は本発明を実施した場合
のイオン照射領域と電子ビーム照射領域を説明す
るための図、第６図及び第７図は従来装置を説明
するための図である。 １：イオン銃、２：イオンビーム、３：偏向
器、４：試料、５：電子銃、６：電子ビーム、
７：走査信号発生源、８，９：ゲイン調整回路、
１０，１１：乗算器、１２，１３：加算器、１
４，１５：走査信号反転回路、１６：試料ステー
ジ、１７：駆動回路、１８：演算制御装置、１
９：キーボード、２０，２１：Ｄ／Ａ変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 分析用の荷電粒子線を試料に照射する手段
   と、該照射に基づいて試料より得られる情報信号
   を分析するための手段と、エツチング用イオンビ
   ームを前記荷電粒子線が照射される前記試料表面
   に照射する照射手段と、該照射手段よりのイオン
   ビームを偏向するための偏向器と、該イオンビー
   ムを試料表面上で水平及び垂直方向に走査するた
   めの走査信号を前記偏向器に供給する手段と、前
   記試料を傾斜させるための試料傾斜手段とを備え
   た荷電粒子線を用いた分析装置において、前記試
   料の傾斜角を表わす信号、及び、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ
   軸を分析装置に対し固定された座標軸とし、前記
   分析用の荷電粒子線照射手段がＺ軸上に固定され
   ている場合に、前記イオンビーム照射手段のYZ
   平面に対する傾斜角とXY平面に対する傾斜角を
   夫々表わす信号各々に基づいて、前記試料の傾斜
   にかかわらず常に前記イオンビームの該試料面上
   における水平及び垂直走査方向が不変となるよう
   に前記偏向器に供給される偏向信号を制御する手
   段を備えたとを特徴とする荷電粒子線を用いた分
   析装置。