JPH11264940A - 試料高さ合わせ調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焦点合わせを容易に行うことができる試料高
さ合わせ調整装置を提供する。 【解決手段】 試料１の高さ調整方向に対して非平行に
レーザービーム１４を照射するレーザービーム照射手段
４と、レーザービーム１４の反射光１５を入射する長焦
点の光学顕微鏡５と、光学顕微鏡５における反射光の入
射位置に基づいて試料１の高さ方向の位置を求め、この
高さ方向位置に基づいて試料を高さ方向に移動する試料
移動手段６，７とを備える構成とする。この構成によっ
て、光学顕微鏡５での反射光の変移量から試料の高さ変
化量を求め、該高さ変化量に基づいて試料の高さ合わせ
を行うことによって、入射ビーム系の焦点合わせを容易
に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線マイクロアナ
ライザ等の分析装置において、試料の高さ方向の位置合
わせを行うための高さ合わせ調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）等
の試料分析を行う装置は一般に光学顕微鏡を備え、これ
によって試料表面を光学的に観察し、分析位置の設定を
行ったり、設定した分析位置に照射した電子線等の入射
ビームの焦点合わせを行っている。

【０００３】通常、分析位置の範囲は試料全体と比較し
て非常に狭い範囲であるため、試料全体から目的とする
分析位置を選定するには広い視野を備える光学顕微鏡が
必要とされる。

【０００４】そこで、従来、分析装置が備える光学顕微
鏡は、広い視野を確保するために焦点深度の浅いものが
用いられている。たとえば、Ｘ線マイクロアナライザの
ような分光結晶を用いて元素分析を行う装置では、試料
の高さを±２．５μｍの精度で合わせる必要があるた
め、Ｘ線マイクロアナライザが備える光学顕微鏡の焦点
深度は、５μｍ程度の浅いものが用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光学顕微鏡によって試
料中の分析位置を選定した後、試料に照射した電子線等
の入射ビームの焦点合わせを行う。通常、試料上の焦点
合わせは、あらかじめ入射ビームの焦点位置と焦点光学
顕微鏡の焦点位置を合わせておく。そして、光学顕微鏡
で試料を観察しながら試料を支持するステージをＺ軸方
向に調節して光学顕微鏡の焦点合わせを行い、これによ
って、入射ビームの焦点合わせを行っている。

【０００６】しかしながら、従来の高さ合わせに用いる
光学顕微鏡は、焦点深度が浅いために焦点位置を合わせ
ることはできる高さ方向の範囲がわずかであり、焦点合
わせが難しいという問題点がある。

【０００７】そこで、本発明は、焦点合わせを容易に行
うことができる試料高さ合わせ調整装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の試料高さ合わせ
調整装置は、試料の高さ調整方向に対して非平行にレー
ザービームを照射するレーザービーム照射手段と、レー
ザービームの反射光を入射する長焦点の光学顕微鏡と、
光学顕微鏡における反射光の入射位置に基づいて試料の
高さ方向の位置を求め、この高さ方向位置に基づいて試
料を高さ方向に移動する試料移動手段とを備える構成で
ある。

【０００９】レーザービーム照射手段は試料表面にレー
ザービームを照射する手段であり、その照射角度は試料
の高さ調整方向と平行とならない角度とする。これによ
って、試料上におけるレーザービームの入射点は試料の
高さに応じて異なる位置となる。さらに、光学顕微鏡に
おいても、反射光が入射する入射位置も試料の高さに応
じて異なる位置となる。

【００１０】長焦点の光学顕微鏡は、試料で反射した反
射光を入射し、その入射位置を検出することができる光
学手段であり、長焦点とすることによって焦点深度を深
くし、高さ方向についてその位置合わせ範囲を大きくす
ることができる。

【００１１】試料移動手段は、光学顕微鏡で検出した試
料の高さ方向の位置に基づいて、試料を高さ方向に移動
調整する手段である。分析装置の入射ビームの焦点位置
と光学顕微鏡の焦点位置をあらかじめ合わせておき、こ
の試料移動手段によって試料の観察位置を調整して光学
顕微鏡の焦点位置に合わせることによって、分析装置の
入射ビームの焦点を合わせることができる。

【００１２】図１は、本発明の試料高さ合わせ調整装置
による高さ合わせを説明するための概略図である。あら
かじめ分析装置の入射ビームの焦点位置と光学顕微鏡の
焦点位置を合わせておく。図１では、上記焦点位置を基
準位置Ａで示し、本発明の試料高さ合わせ調整装置は、
試料表面を該基準位置Ａに高さ合わせするものである。
レーザービームを、試料（図示しない）に対して試料の
高さ調整方向（図１中のｄ）と照射角度（θ／２）で照
射すると、試料上での照射位置は試料の高さ方向の位置
に応じて移動する。たとえば、試料が基準位置Ａにある
場合には入射点ａであり、試料が基準位置Ａから位置
Ｂ，Ｃに移動すると、入射点ｂ，ｃの位置も試料の高さ
方向及び該方向と直交する方向に移動する。

【００１３】基準位置Ａ、及び位置Ｂ，Ｃで反射した反
射光は光学観察系１０で観察される。光学観察系１０に
おいて、反射光の入射位置も試料の高さ方向の位置に応
じて移動し、試料が基準位置Ａから位置Ｂ，Ｃに移動す
ると、反射光の入射位置もａ’，ｂ’，ｃ’に移動す
る。

【００１４】試料の高さ方向の位置と光学観察系１０で
の反射光の入射位置は、一対一の関係にあり、光学顕微
鏡５での反射光の入射位置から試料の高さ方向の位置を
求めることができる。以下、この対応関係を図１，図２
を用いて説明する。なお、図２は光学顕微鏡側のモニタ
ーの一構成例である。

【００１５】ここで、レーザービームと光学観察系１０
のなす角をθとし、試料の高さ方向に対して、レーザー
ビームと光学観察系１０のなす角はそれぞれ（θ／２）
とする。

【００１６】試料の高さが基準位置Ａから位置Ｂに移動
すると、照射点はａからｂに移動する。光学観察系１０
のモニター１１上において、照射点ａ，ｂはそれぞれ
ａ’，ｂ’の位置に観察される。なお、試料の高さが基
準位置Ａから位置Ｃに移動する場合には照射点はａから
ｃに移動し、光学観察系１０のモニター１１上におい
て、ｃ’の位置に観察される。

【００１７】ここで、モニター１１の倍率をＭ倍とし、
モニター１１上での変移量をＬとすると、基準位置Ａか
らの高さ方向の変化量Ｚは、以下の式で表される。

【００１８】 Ｚ＝Ｌ／Ｍ・cos（θ／２）／sinθ …（１） したがって、上記関係式（１）によれば、試料の高さ方
向の変化量Ｚは、角度θ，及び倍率Ｍをパラメータとし
て光学観察系における変移量Ｌを用いて求めることがで
きる。

【００１９】たとえば、θ＝４０°，Ｍ＝６００の場合
に、変移量Ｌが２ｍｍである場合には、高さ方向の変化
量Ｚは４．８μｍとなる。

【００２０】なお、モニター１１の画面を２００ｍｍと
し、このモニター画面の全領域で焦点を合わせる場合に
は、光学顕微鏡の焦点深度は、 ２００ｍｍ／６００・sin２０°＝１００μｍ …（２） となり、長焦点の光学顕微鏡を用いることによって、光
学顕微鏡の焦点位置を調整することなく同一の焦点位置
のままで、光学顕微鏡での変移量から試料の高さ方向の
変化量を求めることができる。

【００２１】この求めた試料の高さ方向の変化量を用い
れば、試料移動手段によって試料の照射高さ方向の変化
量を減少させる方向に試料を移動させて、試料の高さ合
わせ調整を行うことができる。

【００２２】したがって、本発明の構成によれば、長焦
点の光学顕微鏡を焦点合わせを容易に行うことができる
また、本発明の試料高さ合わせ調整装置の実施の態様
は、前記式（１）で示したような、光学顕微鏡側での反
射光の変位量と試料の高さ方向の変化量との関係をあら
かじめ定めておき、光学顕微鏡側で反射光の変位量を求
めることによって、試料高さ合わせ調整を自動で行うこ
とができる。

【００２３】なお、本発明の試料高さ合わせ調整装置は
Ｘ線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）に限らずその他の
分析装置に適用することができ、また、さらに、分析装
置以外の装置において試料の高さ方向の調整を行う機構
に適用することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図３は、本発明の試料高
さ合わせ調整装置の概略構成を説明するためのブロック
図である。なお、図３に示す構成例は、Ｘ線マイクロア
ナライザ（ＥＰＭＡ）の適用した例を示している。図３
において、電子線源２，及び分光結晶等を含む特性Ｘ線
や２次電子を検出する検出手段３はＸ線マイクロアナラ
イザ（ＥＰＭＡ）を構成し、検出手段３は試料１から放
出された特性Ｘ線や２次電子を検出することによって、
試料に含まれる元素分析を行う。

【００２５】本発明の試料高さ合わせ調整装置は、試料
１に対してレーザービーム１４を照射するレーザービー
ム源４と、試料１上で反射した反射光１５を光学的に検
出する長焦点の光学顕微鏡５と、試料移動手段（６，
７）を備える。試料移動手段（６，７）は、光学顕微鏡
５で求めた変移量に基づいて試料の高さ方向の移動量を
求めて移動制御を行う制御装置６と、試料を高さ方向に
移動させる移動ステージ７を含む。なお、移動ステージ
７は、試料１を支持するとともに、少なくとも試料を高
さ方向に移動する機能を備えるステージであり、通常使
用するＸ，Ｙ，Ｚステージを用いることができる。

【００２６】上記構成において、電子源２と検出手段３
等を含む分析装置の入射ビーム（ここでは電子線）の焦
点位置と光学顕微鏡５の焦点位置をあらかじめ合わせて
おき、また、レーザービームと光学観察系１０のなす角
をθ及び光学顕微鏡の倍率Ｍをパラメータとして、前記
式（１）によって、試料の高さ方向の変化量Ｚと光学顕
微鏡のモニター上での変移量Ｌの関係をあらかじめ求め
ておく。なお、前記式（１）の関係は制御装置６内にデ
ータとして格納しておくことができる。

【００２７】本発明によって試料高さ合わせ調整を行う
場合には、移動ステージ７上に試料１を配置し、該試料
１上にレーザービーム源４からレーザービーム１４を照
射する。光学顕微鏡５は、試料１上で反射した反射光１
５を受光し、基準位置からのずれを変移量Ｌとして検出
する。

【００２８】制御装置６は前記式（１）に変移量Ｌを代
入して演算を行い、試料の高さ方向の変化量Ｚを求め
る。さらに、制御装置６は求めた変化量Ｚに基づいて移
動ステージ７の移動制御を行い、レーザービーム１４の
照射点が基準位置と試料１を移動させる。この試料の移
動によって、光学顕微鏡の焦点合わせと同時に分析装置
の焦点合わせを行うことができる。

【００２９】図３の構成によれば、入射ビーム系と光学
観察系とを分離し配置することができ、各装置の干渉を
避けることができる。

【００３０】図４は、光学顕微鏡側のモニターの他の構
成例である。この構成は、モニター画面を少なくとも反
射光の移動方向に沿って複数のセルに分割する。なお、
図４（ａ）は試料高さを表し、図４（ｂ）はモニターの
セルを表している。図４（ｂ）に示す分割セルａ０，ｂ
１〜ｂ６，ｃ１〜ｃ６は、それぞれ図４（ａ）に示す分
試料高さの各範囲ａ０，ｂ１〜ｂ６，ｃ１〜ｃ６に対応
するよう、そのセル幅を設定している。

【００３１】したがって、たとえば、試料高さが基準位
置の範囲ａ内にある場合には、反射光はモニターのセル
ａ０で検出される。また、試料高さが図の上方向に移動
してｂ１の範囲内にある場合には、反射光はモニターの
セルｂ１で検出され、また、逆に、試料高さが図の下方
向に移動してｃ１の範囲内にある場合には、反射光はモ
ニターのセルｃ１で検出される。

【００３２】したがって、この構成によれば、モニター
を構成するセルのうちで、反射光が入射しているセルを
検出することによって、試料の高さ及び基準位置への移
動量を知ることができる。

【００３３】図５は、本発明の試料高さ合わせ調整装置
の他の構成例を説明するためのブロック図である。な
お、図５に示す構成例は、Ｘ線マイクロアナライザ（Ｅ
ＰＭＡ）の適用した例を示している。なお、Ｘ線マイク
ロアナライザ（ＥＰＭＡ）の構成は前記図３と同様であ
るため、ここでの説明は省略する。

【００３４】図５に示す構成例は、電子線源等を含む入
射ビーム系と光学観察系（４’，５’，８）とを同軸上
に配置するものである。光学観察系は、レーザービーム
源４’と光学顕微鏡５’を電子線１２に対して同方向に
配置し、鏡面等の光学系８を介して試料１に対するレー
ザービーム１４の照射及び反射光１５の入射を行う。

【００３５】反射光１５を光学顕微鏡５’で検出した以
後は、前記図３と同様にして、試料高さ合わせ調整を行
うことができる。なお、ここでの説明は重複するため省
略する。

【００３６】図５の構成によれば、入射ビーム系の照射
位置と光学観察系のレーザービームの照射位置の横方向
のずれを少なくすることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の試料高さ
合わせ調整装置によれば、焦点合わせを容易に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の試料高さ合わせ調整装置による高さ合
わせを説明するための概略図である。

【図２】光学顕微鏡側のモニターの一構成例である。

【図３】本発明の試料高さ合わせ調整装置の概略構成を
説明するためのブロック図である。

【図４】光学顕微鏡側のモニターの他の構成例である。

【図５】本発明の試料高さ合わせ調整装置の他の構成を
説明するためのブロック図である。

【符号の説明】

１…試料、２…電子線源、３…検出手段、４，４’…レ
ーザービーム源、５，５’…光学顕微鏡、６…制御装
置、７…移動ステージ、８…光学系、１０…光学観察
系、１１…モニター、１２…電子線、１３…特性Ｘ線、
１４…レーザービーム、１５…反射光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の高さ調整方向に対して非平行にレ
   ーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、前
   記レーザービームの反射光を入射する長焦点の光学顕微
   鏡と、前記光学顕微鏡における反射光の入射位置に基づ
   いて試料の高さ方向の位置を求め、該高さ方向位置に基
   づいて試料を高さ方向に移動する試料移動手段とを備え
   る、試料高さ合わせ調整装置。