JPH10241617A - 電子線マイクロアナライザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大きな試料を分析でき、しかも信号強度が低下
しないようにする。 【解決手段】電子ビームの照射点Ｐに向かって複数のＸ
線分光器１ａ〜１ｄが配置され、試料５からの特性Ｘ線
を分光検出する。また、試料５から発生する二次電子は
二次電子検出器２によって検出される。試料ステージ３
は一つの方向（Ｘ方向）へ直線的に移動され、点線Ｂで
表される位置から点線Ｃの位置まで移動可能である。さ
らに試料ステージ３はその真ん中を中心に回転（θ方
向）ができるよう構成され、直線移動と回転を組み合わ
せた２次元的動きによって試料面上の任意の点を電子ビ
ームの照射点Ｐの位置に移動することができる。この試
料ステージ３はＹ方向への移動はしないので、分析でき
る最大の試料の端を表している点線Ａの位置までＸ線分
光器１ａ〜１ｄと二次電子検出器２を近づけて配置する
ことができ、大きな信号強度を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は試料表面に細く絞っ
た電子ビームを照射し、この試料からでてくる特性Ｘ線
などの各種の信号を検出して試料表面に存在する構成元
素などを分析する電子線マイクロアナライザに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線マイクロアナライザは細く絞った
電子ビームを試料に当てるので、試料の微小部分を個別
に分析できる。そして少し大きな面積の試料面を分析す
る場合には電子ビームを試料面上で走査して電子ビーム
のあたる位置を変化させることで分析できるが、この方
法では試料から発生するＸ線信号を分光検出するＸ線分
光器の都合であまり大きな面積の分析はできない。より
大きな、例えば数mm以上の大きな面積を分析する場合に
は、電子ビームは走査せず光軸の位置に固定したままで
試料の方を電子ビームに対して移動させて分析すること
が行われる。

【０００３】試料上の分析すべき点を電子ビームの位置
に一致させるため、および、上述したように大きな面積
の分析を行うために、電子線マイクロアナライザは分析
対象試料を載置する試料ステージを備えている。この試
料ステージは、通常、互いに直交する３つの駆動軸から
なるものであり、電子ビームの方向と直交する平面上
（水平面上）で試料を移動させる軸をＸ軸とＹ軸とよ
び、電子ビームと平行な方向（上下方向）に試料を移動
させる軸をＺ軸とよんでいる。平面状の大きな試料を分
析する場合には、まずＺ軸の駆動によって分析すべき試
料面を所定の分析高さ位置に合わせ、次に分析の進行に
したがって試料の全面の点が電子ビームのあたる位置
（電子光学系の光軸の位置）に来るようにＸ軸とＹ軸を
駆動する。

【０００４】図４に従来の電子線マイクロアナライザを
横から見た概略図を示すように、電子銃２１から放射さ
れた電子ビーム２９は集束レンズ２２と対物レンズ２３
によって微小な大きさに絞られ試料２８に照射される。
試料２８の電子ビーム照射点から放射される信号のうち
代表的なものはＸ線３０と二次電子３１であり、Ｘ線３
０はＸ線分光器２５内の分光素子２６によって分光され
たのちＸ線検出器２７によって検出され、試料に含まれ
る元素の定性・定量分析に利用される。一方、二次電子
３１の信号は二次電子検出器２４によって検出され、二
次電子像として表示されて試料表面の形状観察に利用さ
れる。このＸ線分光器２５は、必要な波長範囲のＸ線を
分光検出するために、電子ビーム２９の周囲に軸対称的
に２〜８台程度配設されることが多い。

【０００５】図４において、試料の端の方を分析すると
きの試料の位置の様子をＳ１〜Ｓ３で示している。図４
で左右の方向を例えば試料ステージのＹ軸方向とする。
試料の中心を分析するときには試料はＳ１の位置にある
が、図で試料の左端を分析するときはＳ２の位置に移動
する。逆に試料の右端を分析するときにはＳ３の位置に
移動する。したがって、Ｘ線分光器２５や二次電子検出
器２４は試料の動きとの機械的干渉を避けるために試料
２８の移動範囲よりも外側に配置している。なお、図で
Ｓ１〜Ｓ３の上下の位置をずらして描いているのは図を
見やすくするためであって実際の高さ位置は試料２８の
位置である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の試料ステージのＸ軸とＹ軸は互いに直交しているの
で、試料の端から端まで全面を分析するためには移動ス
ペースとしてＸ軸Ｙ軸の両方向に試料の大きさの２倍の
空間が必要であった。このため電子ビームの周囲に配置
されるＸ線分光器や二次電子検出器を電子ビームの照射
点から比較的遠くに配置しなければならず、検出される
Ｘ線や二次電子の信号強度の低下をもたらし、Ｓ／Ｎ比
の悪化ひいては分析精度の悪化をもたらした。この信号
強度低下という弊害は分析対象試料が大きくなるほど顕
著に現れる。近年において、直径１５０mmから２００mm
という大きな半導体ウエハをそのまま分析装置に持ち込
み元素分析する要求などが高まっており、大きな試料の
分析ができる装置でありながら信号強度の低下が少ない
装置が望まれている。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、大きな試料を分析可能であってしかも検
出される信号強度が相対的に大きい電子線マイクロアナ
ライザを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、分析対象試料に電子ビームを照射し、こ
の試料を載置する試料ステージを前記電子ビームと垂直
な平面内で２次元的に動かしつつこの試料からの信号を
検出して、試料表面の分析を行う電子線マイクロアナラ
イザにおいて、一方向の直線運動と回転運動によって試
料を前記平面内で２次元的に動かす試料ステージを備え
たことを特徴とする。

【０００９】試料ステージの直線的駆動を一つの方向
（例えばＸ方向）に限定し、それと直交する方向（例え
ばＹ方向）には直線的な駆動をしないことによって、Ｘ
線分光器や二次電子検出器をＹ方向については試料の大
きさの範囲で電子ビームの照射点すなわち信号の発生点
に近づけることができ、信号の検出器が信号の発生源に
近づいた分だけ得られる信号強度が強くなる。試料ステ
ージは一方向の直線運動のほかに回転運動が行えるので
試料表面上の全ての点を電子ビームの照射点に持ってい
くことができ試料全面の分析が行える。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図面を用
いて説明する。図１は本発明の電子線マイクロアナライ
ザを電子ビームの照射方向から見た図であり、試料の位
置での概略断面図である。円形の試料５は試料ステージ
３に載置されており、電子光学系の光軸すなわち電子ビ
ームの照射点Ｐにその中心がくるように置かれている。
試料ステージは図１の左右方向（この方向をＸ方向とす
る）に直線的に駆動可能であり、さらに、試料の中心を
軸として回転可能に構成されている。すなわち、この試
料ステージは、図１の下側に示されている試料ステージ
の座標のうち、Ｘ方向とθ方向に駆動可能であって、こ
の試料ステージはＸ方向と直交するＹ方向に動かすため
の駆動機構を持たない。したがって、試料５は試料ステ
ージ３をいかに駆動しても図１の点線Ａで示す位置より
上側にはみ出ることはない。そして図１のＢとＣは試料
ステージがＸ方向に最大限動いたときの試料位置を示し
ている。

【００１１】電子ビームの照射点Ｐの周りには、試料か
ら発生するＸ線を分光検出する複数のＸ線分光器１ａ〜
１ｄと、同じく試料から発生する二次電子を検出する二
次電子検出器２が照射点Ｐをにらむように配置されてい
る。試料５は点線Ａより上側に動かないので、Ｘ線分光
器１ａ〜１ｃや二次電子検出器２は点線Ａに可能な限り
近づけて配置され、照射点Ｐで発生するＸ線や二次電子
を効率よく集め、強い強度として検出する。検出する信
号強度が強ければノイズに対する信号強度比が高まり、
ひいては分析精度を高めることができる。なお、ここで
Ｘ線分光器１ｂおよび１ｃがＸ線分光器１ａおよび１ｄ
と比較してより照射点Ｐに近づけて配置されているの
は、例えば、１ａ等が５インチのローランド円半径をも
つＸ線分光器として設計されているのに対して、１ｂ等
が４インチのローランド円半径をもつＸ線分光器として
設計されているからである。

【００１２】次に、図２と図３に基づいて、本発明のＸ
線マイクロアナライザを用いて試料面を分析する方法に
ついて説明する。図２（ａ）に示すような円形の試料
の、斜線で示す扇形Ｏαβの部分が分析対象であるとす
る。電子ビームの照射点Ｐは最初図に示す位置にあると
する。まず初めに照射点Ｐと直線Ｏαが重なるように試
料ステージのθ軸を図で時計方向に駆動し図２（ｂ）の
状態にする。次に試料ステージのＸ軸を図の右方向に駆
動し点αと照射点Ｐが重なるようにすると図２（ｃ）の
状態となる。この状態が分析の初めであって、これから
Ｘ軸を所定の範囲だけ図の左方向にステップ駆動させな
がらＸ線分光器によって所定波長のＸ線強度を測定する
などの通常の分析動作を行わせる。試料の中心Ｏが照射
点Ｐと重なる時点で一つのラインＯαの測定が終わるの
でＸ軸を今度は図の右方向に動かし図２（ｂ）の状態に
戻す。次にθ軸を所定のステップだけ反時計方向に駆動
し先程と同様にＸ軸を動かしながら一ラインを測定す
る。この繰り返しで直線Ｏβのラインまで測定を行う
と、扇形Ｏαβの全ての部分が測定されたことになる。

【００１３】このように測定されたデータは回転座標θ
と直線座標Ｘとの組み合わせで指定される位置のＸ線強
度データ（図３の左側の図）であるが、これをθを実際
の回転と対応させて表示すると図３の右側の図のように
実際の試料面に対応した分布図が得られる。

【００１４】上述した試料ステージの駆動方法は一例で
あって、その他の方法としてはＸ軸方向の位置を先に固
定しθ軸を走査するようにしてもよい。また、上述の例
では測定箇所の密度が試料の中心部で周辺部の密度より
大きくなるが、それを試料全面にわたってほぼ均一にす
るために試料中心部ではＸ軸またはθ軸のステップ量を
大きくするようにしてもよい。さらには、例えば四角形
の測定範囲をＸＹステージを使ってスキャンすることを
想定し、ＸＹ座標で表される測定位置をＸθ座標に変換
してから測定を始めれば、あたかも従来装置のＸＹステ
ージを用いた装置によって得られるデータと同じものを
得ることも可能である。

【００１５】上述の説明では、試料ステージはＸ軸方向
と直交するＹ方向には全く動かないものとして説明した
が、試料の中心をθ軸の回転中心とぴったり一致させる
ことは困難なので、回転中心に試料中心を合わせるため
の小さな駆動範囲のＹ方向駆動機構を備えてもよい。こ
の場合Ｙ軸の駆動機構はθ軸の回転駆動機構の上にある
必要がある。

【００１６】なお、本発明装置の試料ステージにも試料
の高さ方向の位置を調整するためのＺ軸駆動機構が備え
られていることは勿論である。

【００１７】

【発明の効果】本発明のＸ線マイクロアナライザは、一
方向の直線運動と回転運動によって試料を前記平面内で
２次元的に動かすようにしたので、最大試料の半分の距
離まで各種検出器を電子ビーム照射点に近づけることが
でき、大きな信号強度を得ることができる。したがって
検出信号のＳ／Ｎ比が向上し、ひいては分析精度を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子線マイクロアナライザの一実施の
形態を示す図である。

【図２】分析をする場合の試料の動かし方を示す図であ
る。

【図３】得られたデータを面分析データに変換する方法
を説明する図である。

【図４】従来の電子線マイクロアナライザにおける試料
の動きと信号検出部の関係を説明する図である。

【符号の説明】

１…Ｘ線分光器 ２…二次電子検出器 ３…試料ステージ ４…真空チャンバ ５…試料 ２１…電子銃 ２２…集束レンズ ２３…対物レンズ ２４…二次電子検出器 ２５…Ｘ線検出器 ２６…分光素子 ２７…Ｘ線検出器 ２８…試料 ２９…電子ビーム ３０…Ｘ線 ３１…二次電子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分析対象試料に電子ビームを照射し、こ
   の試料を載置する試料ステージを前記電子ビームと垂直
   な平面内で２次元的に動かしつつこの試料からの信号を
   検出して、試料表面の分析を行う電子線マイクロアナラ
   イザにおいて、一方向の直線運動と回転運動によって試
   料を前記平面内で２次元的に動かす試料ステージを備え
   たことを特徴とする電子線マイクロアナライザ。