JP2681950B2 - 薄膜断面分析装置 - Google Patents
薄膜断面分析装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
イ．産業上の利用分野
本発明は、電子線マイクロアナライザ（EPMA）等荷電
粒子線によって試料を照射し、試料から放出される放射
線によって試料面の面分析（カラーコンテントマッピン
グ等）を行う装置で、薄膜の試料断面を分析する装置に
関する。 ロ．従来の技術 EPMA等でカラーコンテントマッピングを行う場合、試
料を試料ステージによって画素単位でステップ状に移動
させ、試料面を構成する画素毎に測定を行い、数mm×数
mm或は数cm×数cmの正方形領域の分析を行っている。し
かし、薄膜断面等を測定する場合には、膜面に平行の方
向と比べ断面方向（膜厚方向）は超微細に位置分解して
測定する必要があり、測定領域は正方形ではなく、極端
な長方形に設定しなければならない。しかし、従来この
移動のための試料ステージの送り機構は、XY両方向とも
同じであるために、このような測定をしようとすれば、
高位置分解能を必要とする方向の最小可能移動ピッチに
合わせて試料ステージ移動機構を構成すると、測定距離
の長い方の位置分解能を必要以上にとることとなり、測
定に長時間を要すると云う問題があった。又、可能な最
小移動ピッチを大きい方に合わせると、高分解能を必要
とする方向に対して、画素分解能や位置精度が充分得ら
れないと云う問題があった。 ハ．発明が解決しようとする問題点 本発明は、薄膜断面測定等必要な位置分解能が縦と横
で著しく異なる場合の測定において、試料ステージの最
小可能移動ピッチを縦と横互いに独立して設定可能にす
ることにより、縦横の位置分解能が適正な状態で能率的
に分析を可能にすることを目的とする。 ニ．問題点解決のための手段 荷電粒子線によって試料を励起し、励起された試料か
らの放射線を測定することによって薄膜断面試料の面分
析を行う装置において、試料をＸ方向とＹ方向に駆動す
るそれぞれの駆動装置と、これらの駆動装置の上に搭載
され、試料をX,Y各方向の何れかの一方向に極微動させ
る極微動装置とからなる３階建ての試料駆動手段と、上
記駆動装置と上記極微動装置をそれぞれ独立して駆動制
御する制御手段を備え、上記極微動装置によって薄膜厚
さ方向の試料移動を行い、上記駆動装置によって薄膜表
面方向の試料移動を行って薄膜断面の面分析を行うよう
にした。 ホ．作用 薄膜断面分析を適切に行うためには、膜断面を励起線
方向に向けて置き、膜断面を励起線で照射するが、この
場合膜の厚さ方向の位置分解能は厚さに比し充分高いこ
とが必要なので、薄膜厚さ方向の移動ピッチは薄膜表面
方向に比し極めて小さくする必要がある。本発明はＹ方
向の移動ピッチを小さくする方法として、既設のＹ方向
駆動装置とは別に磁歪素子等を用いた１ステップ当たり
10〜100Å程度移動する極微動装置をＹ方向極微動装置
としてXY試料ステージ上に搭載するものである。そして
この極微動手段をその下のX,Y両方の移動手段の制御と
独立して制御可能とした。このＹ方向極微動装置を設置
することにより、薄膜断面を測定位置に持って来るのに
は、普通のＹ方向移動装置を用い、測定時のＹ方向の移
動はＹ方向極微動装置により行い、Ｘ方向の移動はＸ方
向駆動装置によって行うことによって、Ｘ方向とＹ方向
の移動ピッチを別々に設定することが可能となった。従
って、例えば5.12mm×5.12μｍ□の領域を分析する場合
には、この測定領域を512×512の画素に分割し、Ｘ方向
に１ステップ10μm,Y方向に１ステップ100Åづつ移動さ
せて測定することが可能となる。 ヘ．実施例 図に本発明の一実施例を示す。図において、Ｓは試
料、Ｔは試料ステージで、１はＹ方向に試料ステージＴ
を移動させるＹ方向駆動装置、２はＸ方向に試料ステー
ジＴを移動させるＸ方向駆動装置、３はＺ方向に試料ス
テージＴを移動させるＺ方向駆動装置、４はＹ方向に試
料Ｓを極微動させるＹ方向極微動装置で、試料ステージ
Ｔ上にＶ溝嵌合等により着脱自在に搭載されており、こ
の実施例では圧電素子等を用いたインチウォームを用い
ており、１ステップ当たり（１入力パルス当たり）10Å
〜100Åの微動を行う。５はＹ方向駆動装置１を移動さ
せるパルスモータ、６はＸ方向駆動装置２を移動させる
パルスモータ、７はＺ方向駆動装置３を駆動するパルス
モータ、これらのパルスモータ5,6,7はユニバーサルジ
ョイント等を介して駆動装置1,2,3のネジ孔に螺着して
いる送りネジを回転させることによって、駆動装置を１
方向に移動させる。駆動装置にはＶミゾを有したボール
ベアリング機構若しくはリニアベアリング等を用いた直
線方向の摺動機構に乗せた移動部が用いられ、移動部に
上記のネジ孔が設けられている。これら駆動装置の移動
量はパルスモータ１ステップ当たり１μｍ程度となって
いる。８は制御・測定ユニットでパルスモータ5,6,7及
びＹ方向極微動装置４及び分光器12及びＸ線検出器13の
制御や信号処理を行う。９は試料Ｓに照射する電子ビー
ムＢを出射する電子銃、10は電子ビームＢの収束レン
ズ、11は電子ビームＢの対物レンズである。分光器12は
電子ビームＢの照射により励起された試料Ｓから放出さ
れるＸ線を分光する。Ｘ線検出器13は分光器12で分光さ
れたＸ線を検出する。Ｘ線検出器13で検出された信号は
制御・測定ユニット８で処理された後、CPU14で演算処
理され、その演算結果がCRT15及びプリンター16で表示
される。CPU14は制御・測定ユニット８に駆動指示信号
をプログラムに基づいて送ったり、制御・測定ユニット
８から送られる検出信号を記憶及び演算処理を行ってい
る。17は光学顕微鏡で試料Ｓを目視する。 第２図に極微動装置４を示す。Ｕはベースで下面に試
料ステージＴ上の試料ホルダ保持溝に嵌合せしめられる
突部を有し、上面両側に平行ガイドレールＧを有する。
インチウォームの主要部は二つの平行ガイドレールＧの
間に摺動自在に保持されている互いに背中合わせに配置
されたＫ字形の刻動子K1,K2と三個の電歪素子E1,E2,E3
よりなっており、二つのの刻動子K1,K2と電歪素子E3は
互いに接着されて一体化されている。三個の電歪素子E
1,E2,E3には互いに重なり合い且つ位相がずれているパ
ルス電圧が印加され、これら三組のパルスによって一ピ
ッチの移動が行われる。今E1にパルスP1が印加される
と、刻動子K1の２本の腕が拡げられてガイドレールを把
持する。このパルスが続いている間にE2にパルス電圧P2
が印加されるとE2が伸びてK2を右方へ一ピッチ押動す
る。パルスP1,P2が続いている間にE3にパルスP3を印加
すると、K2の腕が拡げられてガイドレールを把持する。
そこでパルスP1が消滅するとK1が自由になり、次いでP2
が消えると電歪素子E2が縮んでK1を右方へ引寄せる。こ
れで一ピッチ分の移動動作を終わり、パルスP3が続いて
いる間に次のP1のパルスがE1に印加されて、次のピッチ
移動が行われる。このように構成されたインチウォーム
の一方の刻動子K2に試料保持板Ｈが取付けてあり、試料
Ｓはこの保持板にクリップＣで取付けられる。 上記の構成にて、メッキ層のような薄膜断面分析測定
を行う場合、試料断面を上にしてＹ方向極微動装置４上
にセットし、まず、光学顕微鏡17の目視により、測定位
置に試料Ｓをセットする。この時の試料の移動にはＸ方
向およびＹ方向駆動装置2,4を用いる。次に試料Ｓに電
子銃９により電子ビームＢを照射し、Ｘ線検出器13でＸ
線を検出し、検出信号を制御・測定ユニット８で処理し
・CPU14に記憶する。このとき膜断面における画素領域
を順次走査して行くのに、Ｙ方向極微動装置４を駆動し
て、Ｙ方向に１ステップ100Å移動させる。このように
して順次Ｙ方向に試料Ｓを１ステップづつ移動させて測
定を行い、Ｙ方向の測定領域端まで測定が終了すると、
Ｘ方向駆動装置２によりＸ方向に１ステップ10μｍ移動
させ、再びＹ方向極微動装置４により測定領域のＹ方向
の端から端まで１ステップ100Åづつ移動させながら、
測定を行う。このようにＹ方向に１ステップ100Å,X方
向に１ステップ10μｍづつ移動させて、512×512画素の
測定を行うことにより、5.12mm×5.12μｍ□の領域を分
析する。また、CPU14に記憶された検出データをCRT15等
に表示する時には、5.12mm×5.12μｍ□の領域のデータ
をＹ方向の尺度を拡大変換して、CRT15の画面全体に表
示するので、薄膜厚さ方向に対しては薄膜の表面方向と
比較して、高倍率で表示されることなり、薄膜厚さ方向
では非常に微細位置の変化状態が把握でき、薄膜表面方
向には薄膜全体の変化状態が把握できるので、薄膜断面
分析にとって適切な分析結果が得られる。 ト．効果 本発明によれば、荷電粒子線を用いて薄膜断面の分析
を行う場合に、通常のXYステージの上に極微動装置を搭
載し縦横の分解能を独立して別々に調整するようにした
ので、薄膜厚さ方向の分解能を薄膜表面方向の分解能に
比較して高分解能に設定して測定可能になった。こうす
ることで試料ステージの設計に無理がなく、また、分析
時には薄膜厚さ方向には十分な分解能で測定ができ、薄
膜表面方向には必要とされる分解能以上の高分解能で測
定する必要がなくなり、測定能率および測定能力が一段
と向上した。
粒子線によって試料を照射し、試料から放出される放射
線によって試料面の面分析（カラーコンテントマッピン
グ等）を行う装置で、薄膜の試料断面を分析する装置に
関する。 ロ．従来の技術 EPMA等でカラーコンテントマッピングを行う場合、試
料を試料ステージによって画素単位でステップ状に移動
させ、試料面を構成する画素毎に測定を行い、数mm×数
mm或は数cm×数cmの正方形領域の分析を行っている。し
かし、薄膜断面等を測定する場合には、膜面に平行の方
向と比べ断面方向（膜厚方向）は超微細に位置分解して
測定する必要があり、測定領域は正方形ではなく、極端
な長方形に設定しなければならない。しかし、従来この
移動のための試料ステージの送り機構は、XY両方向とも
同じであるために、このような測定をしようとすれば、
高位置分解能を必要とする方向の最小可能移動ピッチに
合わせて試料ステージ移動機構を構成すると、測定距離
の長い方の位置分解能を必要以上にとることとなり、測
定に長時間を要すると云う問題があった。又、可能な最
小移動ピッチを大きい方に合わせると、高分解能を必要
とする方向に対して、画素分解能や位置精度が充分得ら
れないと云う問題があった。 ハ．発明が解決しようとする問題点 本発明は、薄膜断面測定等必要な位置分解能が縦と横
で著しく異なる場合の測定において、試料ステージの最
小可能移動ピッチを縦と横互いに独立して設定可能にす
ることにより、縦横の位置分解能が適正な状態で能率的
に分析を可能にすることを目的とする。 ニ．問題点解決のための手段 荷電粒子線によって試料を励起し、励起された試料か
らの放射線を測定することによって薄膜断面試料の面分
析を行う装置において、試料をＸ方向とＹ方向に駆動す
るそれぞれの駆動装置と、これらの駆動装置の上に搭載
され、試料をX,Y各方向の何れかの一方向に極微動させ
る極微動装置とからなる３階建ての試料駆動手段と、上
記駆動装置と上記極微動装置をそれぞれ独立して駆動制
御する制御手段を備え、上記極微動装置によって薄膜厚
さ方向の試料移動を行い、上記駆動装置によって薄膜表
面方向の試料移動を行って薄膜断面の面分析を行うよう
にした。 ホ．作用 薄膜断面分析を適切に行うためには、膜断面を励起線
方向に向けて置き、膜断面を励起線で照射するが、この
場合膜の厚さ方向の位置分解能は厚さに比し充分高いこ
とが必要なので、薄膜厚さ方向の移動ピッチは薄膜表面
方向に比し極めて小さくする必要がある。本発明はＹ方
向の移動ピッチを小さくする方法として、既設のＹ方向
駆動装置とは別に磁歪素子等を用いた１ステップ当たり
10〜100Å程度移動する極微動装置をＹ方向極微動装置
としてXY試料ステージ上に搭載するものである。そして
この極微動手段をその下のX,Y両方の移動手段の制御と
独立して制御可能とした。このＹ方向極微動装置を設置
することにより、薄膜断面を測定位置に持って来るのに
は、普通のＹ方向移動装置を用い、測定時のＹ方向の移
動はＹ方向極微動装置により行い、Ｘ方向の移動はＸ方
向駆動装置によって行うことによって、Ｘ方向とＹ方向
の移動ピッチを別々に設定することが可能となった。従
って、例えば5.12mm×5.12μｍ□の領域を分析する場合
には、この測定領域を512×512の画素に分割し、Ｘ方向
に１ステップ10μm,Y方向に１ステップ100Åづつ移動さ
せて測定することが可能となる。 ヘ．実施例 図に本発明の一実施例を示す。図において、Ｓは試
料、Ｔは試料ステージで、１はＹ方向に試料ステージＴ
を移動させるＹ方向駆動装置、２はＸ方向に試料ステー
ジＴを移動させるＸ方向駆動装置、３はＺ方向に試料ス
テージＴを移動させるＺ方向駆動装置、４はＹ方向に試
料Ｓを極微動させるＹ方向極微動装置で、試料ステージ
Ｔ上にＶ溝嵌合等により着脱自在に搭載されており、こ
の実施例では圧電素子等を用いたインチウォームを用い
ており、１ステップ当たり（１入力パルス当たり）10Å
〜100Åの微動を行う。５はＹ方向駆動装置１を移動さ
せるパルスモータ、６はＸ方向駆動装置２を移動させる
パルスモータ、７はＺ方向駆動装置３を駆動するパルス
モータ、これらのパルスモータ5,6,7はユニバーサルジ
ョイント等を介して駆動装置1,2,3のネジ孔に螺着して
いる送りネジを回転させることによって、駆動装置を１
方向に移動させる。駆動装置にはＶミゾを有したボール
ベアリング機構若しくはリニアベアリング等を用いた直
線方向の摺動機構に乗せた移動部が用いられ、移動部に
上記のネジ孔が設けられている。これら駆動装置の移動
量はパルスモータ１ステップ当たり１μｍ程度となって
いる。８は制御・測定ユニットでパルスモータ5,6,7及
びＹ方向極微動装置４及び分光器12及びＸ線検出器13の
制御や信号処理を行う。９は試料Ｓに照射する電子ビー
ムＢを出射する電子銃、10は電子ビームＢの収束レン
ズ、11は電子ビームＢの対物レンズである。分光器12は
電子ビームＢの照射により励起された試料Ｓから放出さ
れるＸ線を分光する。Ｘ線検出器13は分光器12で分光さ
れたＸ線を検出する。Ｘ線検出器13で検出された信号は
制御・測定ユニット８で処理された後、CPU14で演算処
理され、その演算結果がCRT15及びプリンター16で表示
される。CPU14は制御・測定ユニット８に駆動指示信号
をプログラムに基づいて送ったり、制御・測定ユニット
８から送られる検出信号を記憶及び演算処理を行ってい
る。17は光学顕微鏡で試料Ｓを目視する。 第２図に極微動装置４を示す。Ｕはベースで下面に試
料ステージＴ上の試料ホルダ保持溝に嵌合せしめられる
突部を有し、上面両側に平行ガイドレールＧを有する。
インチウォームの主要部は二つの平行ガイドレールＧの
間に摺動自在に保持されている互いに背中合わせに配置
されたＫ字形の刻動子K1,K2と三個の電歪素子E1,E2,E3
よりなっており、二つのの刻動子K1,K2と電歪素子E3は
互いに接着されて一体化されている。三個の電歪素子E
1,E2,E3には互いに重なり合い且つ位相がずれているパ
ルス電圧が印加され、これら三組のパルスによって一ピ
ッチの移動が行われる。今E1にパルスP1が印加される
と、刻動子K1の２本の腕が拡げられてガイドレールを把
持する。このパルスが続いている間にE2にパルス電圧P2
が印加されるとE2が伸びてK2を右方へ一ピッチ押動す
る。パルスP1,P2が続いている間にE3にパルスP3を印加
すると、K2の腕が拡げられてガイドレールを把持する。
そこでパルスP1が消滅するとK1が自由になり、次いでP2
が消えると電歪素子E2が縮んでK1を右方へ引寄せる。こ
れで一ピッチ分の移動動作を終わり、パルスP3が続いて
いる間に次のP1のパルスがE1に印加されて、次のピッチ
移動が行われる。このように構成されたインチウォーム
の一方の刻動子K2に試料保持板Ｈが取付けてあり、試料
Ｓはこの保持板にクリップＣで取付けられる。 上記の構成にて、メッキ層のような薄膜断面分析測定
を行う場合、試料断面を上にしてＹ方向極微動装置４上
にセットし、まず、光学顕微鏡17の目視により、測定位
置に試料Ｓをセットする。この時の試料の移動にはＸ方
向およびＹ方向駆動装置2,4を用いる。次に試料Ｓに電
子銃９により電子ビームＢを照射し、Ｘ線検出器13でＸ
線を検出し、検出信号を制御・測定ユニット８で処理し
・CPU14に記憶する。このとき膜断面における画素領域
を順次走査して行くのに、Ｙ方向極微動装置４を駆動し
て、Ｙ方向に１ステップ100Å移動させる。このように
して順次Ｙ方向に試料Ｓを１ステップづつ移動させて測
定を行い、Ｙ方向の測定領域端まで測定が終了すると、
Ｘ方向駆動装置２によりＸ方向に１ステップ10μｍ移動
させ、再びＹ方向極微動装置４により測定領域のＹ方向
の端から端まで１ステップ100Åづつ移動させながら、
測定を行う。このようにＹ方向に１ステップ100Å,X方
向に１ステップ10μｍづつ移動させて、512×512画素の
測定を行うことにより、5.12mm×5.12μｍ□の領域を分
析する。また、CPU14に記憶された検出データをCRT15等
に表示する時には、5.12mm×5.12μｍ□の領域のデータ
をＹ方向の尺度を拡大変換して、CRT15の画面全体に表
示するので、薄膜厚さ方向に対しては薄膜の表面方向と
比較して、高倍率で表示されることなり、薄膜厚さ方向
では非常に微細位置の変化状態が把握でき、薄膜表面方
向には薄膜全体の変化状態が把握できるので、薄膜断面
分析にとって適切な分析結果が得られる。 ト．効果 本発明によれば、荷電粒子線を用いて薄膜断面の分析
を行う場合に、通常のXYステージの上に極微動装置を搭
載し縦横の分解能を独立して別々に調整するようにした
ので、薄膜厚さ方向の分解能を薄膜表面方向の分解能に
比較して高分解能に設定して測定可能になった。こうす
ることで試料ステージの設計に無理がなく、また、分析
時には薄膜厚さ方向には十分な分解能で測定ができ、薄
膜表面方向には必要とされる分解能以上の高分解能で測
定する必要がなくなり、測定能率および測定能力が一段
と向上した。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図はインチウ
ォームを用いた極微動装置の平面図である。 Ｓ…試料、Ｂ…電子ビーム、Ｔ…試料ステージ、１…Ｙ
方向駆動装置、２…Ｘ方向駆動装置、３…Ｚ方向駆動装
置、４…Ｙ方向極微動装置、5,6,7…パルスモータ、８
…制御・測定ユニット、９…電子銃、10…収束レンズ、
11…対物レズ、12…分光器、13…Ｘ線検出器、14…CP
U、15…CRT、16…プリンター、17…光学顕微鏡。
ォームを用いた極微動装置の平面図である。 Ｓ…試料、Ｂ…電子ビーム、Ｔ…試料ステージ、１…Ｙ
方向駆動装置、２…Ｘ方向駆動装置、３…Ｚ方向駆動装
置、４…Ｙ方向極微動装置、5,6,7…パルスモータ、８
…制御・測定ユニット、９…電子銃、10…収束レンズ、
11…対物レズ、12…分光器、13…Ｘ線検出器、14…CP
U、15…CRT、16…プリンター、17…光学顕微鏡。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．荷電粒子線によって試料を励起し、励起された試料
からの放射線を測定することによって薄膜断面試料の面
分析を行う装置において、試料をＸ方向とＹ方向に駆動
するそれぞれの駆動装置と、これらの駆動装置の上に搭
載され、試料をX,Y各方向の何れかの一方向に極微動さ
せる極微動装置とからなる３階建ての試料駆動手段と、
上記駆動装置と上記極微動装置をそれぞれ独立して駆動
制御する制御手段を備え、上記極微動装置によって薄膜
厚さ方向の試料移動を行い、上記駆動装置によって薄膜
表面方向の試料移動を行って薄膜断面の面分析を行うこ
とを特徴とする薄膜断面分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303984A JP2681950B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 薄膜断面分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303984A JP2681950B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 薄膜断面分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01144552A JPH01144552A (ja) | 1989-06-06 |
| JP2681950B2 true JP2681950B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=17927640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62303984A Expired - Lifetime JP2681950B2 (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 薄膜断面分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2681950B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6165427A (ja) * | 1984-09-07 | 1986-04-04 | Toshiba Corp | 移動ステ−ジ装置 |
| JPS6177334A (ja) * | 1984-09-21 | 1986-04-19 | Fujitsu Ltd | 電子ビ−ム装置 |
| JPS61132678U (ja) * | 1985-02-05 | 1986-08-19 |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP62303984A patent/JP2681950B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01144552A (ja) | 1989-06-06 |
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