JP2979954B2 - 分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分析装置に関し、特
に、ビームを試料に照射して分析を行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ビーム源から放出される測定用
ビームを試料に照射することによって試料の分析を行う
分析装置が知られている。このような分析装置では、測
定用ビームの強度変化による測定値の変化を補正するた
めに、測定用ビームの強度を測定する必要がある。例え
ば、ＥＰＭＡ等の測定用ビームとして電子線を用いた分
析装置においては、定量分析を行う際、試料に照射され
る電子ビームの測定を行っている。この電子ビームの測
定には一般にファラデーカップが使用されている。この
ファラデーカップに電子ビームを導入する機構として、
従来、以下のようなものが知られている。 （１）試料台上に試料とファラデーカップを取付け、そ
の試料台を移動させることによって電子ビームを試料と
ファラデーカップに交互に照射する機構。 （２）鏡筒内の電子ビームの通路に対して外部から移動
機構を用いてファラデーカップを挿入する機構。 （３）鏡筒内にファラデーカップを設け、ファラデーカ
ップの底部をシャッタ部材により構成し、このシャッタ
部材の開閉によって電子ビームの試料への照射とファラ
デーカップへの導入の切り替えを行う機構。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
分析装置における照射ビームの測定では、以下のような
問題点を有している。 （１）試料台の移動による測定では、試料台の移動に時
間がかかり、分析時間が長時間化するという問題点があ
る。 （２）ビーム測定器の外部からの挿入による測定では、
鏡筒に対して横方向から機械的な力が加わり、照射ビー
ムのビームライン軸を機械的にくるわせるという問題点
があり、また、照射ビームに対するビーム測定器の位置
の再現性が難しく、高精度の移動機構が必要となるとい
う問題点がある。さらに、移動中に他の試料にビームが
あたり試料を損傷してしまう恐れがある。また、移動中
に電磁気的にビームをふり、シャッタの役目を果たさせ
て試料の損傷を防いだとしても、ビームを戻したときの
位置再現や電流値再現に問題を残す。 （３）シャッタ部材の移動による測定では、前記（２）
と同様に鏡筒に対して横方向から加わる機械的な力によ
って、照射ビームのビームライン軸が機械的にくるうと
いう問題点があり、また、分析装置におけるビーム測定
部分の形状が、照射ビームのビームライン軸に対して非
対称であるため、照射ビームのビームライン軸が磁気的
にくるうという問題点がある。そこで、本発明は前記し
た従来の分析装置の問題点を解決し、ビームを試料に照
射して分析を行う装置において、照射ビームのビームラ
イン軸の機械的、磁気的なくるいを防止することができ
る分析装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、ビームを試料
に照射して分析を行う装置において、回転軸について回
転対称の回転体の周面上の異なる位置に、照射ビーム軸
と同軸の円筒形をした照射ビームを通す貫通穴と照射ビ
ームを測定するビーム測定部を設け、その回転体をビー
ム源と試料との間のビームライン上でビームラインと直
交する軸を回転軸として回転可能に支持し、前記回転体
の回転により照射ビームの貫通とビーム測定部への導入
の切り替えを行う構成とすることにより、前記目的を達
成する。本発明の分析装置に用いる回転体は、ビームラ
インと直行する軸を回転軸として回転することにより、
貫通穴を通した照射ビームの試料への照射、あるいは照
射ビームのビーム測定部への導入の切り替えを行うもの
であり、いずれの回転位置にあってもビームライン軸に
対して磁気的に対称な形状とすることができ、また、該
回転体の回転駆動は、横方向の力を印加することなく行
うことができるものである。

【０００５】本発明の第１の実施態様は、本発明の分析
装置に用いる回転体に設置するビーム測定部をファラデ
ーカップにより構成するものであり、これによって電子
ビームやイオンビーム等の荷電量子のビーム測定を行う
ことができる。本発明の第２の実施態様は、本発明の分
析装置に用いる回転体に設置するビーム測定部を半導体
検出器により構成するものであり、これによってＸ線等
のビーム測定を行うことができる。本発明の第３の実施
態様は、本発明の分析装置に用いる回転体に複数個ビー
ム測定部を設置する構成とするものであり、この構成に
よって複数種のビーム測定を行うことができる。本発明
の第４の実施態様は、本発明の分析装置に用いる回転体
に開口径を異ならせた複数個のファラデーカップを設け
ることによってビーム測定部を構成するものであり、こ
の構成により照射ビームの広がりの程度の測定を行うこ
とができる。本発明の第５の実施態様は、本発明の分析
装置に用いる回転体を球体により形成するものであり、
これによりビームライン軸に対する磁気的対称性を得る
ことができる。本発明の第６の実施態様は、本発明の分
析装置に用いる回転体を円筒体により形成するものであ
り、これによりビームライン軸に対する磁気的対称性を
得ることができる。本発明の第７の実施態様は、本発明
の分析装置に用いる回転体を軸受部によって支持し回転
駆動器によって回転駆動するものであり、この構成によ
り回転駆動の際の磁気的変化を防止することができる。
本発明の第８の実施態様は、本発明の分析装置に用いる
回転体を銅により形成するものであり、これによって試
料に与える影響を減少させるとともに、測定信号を回転
体から直接取り出すことができる。本発明の第９の実施
態様は、本発明の分析装置に用いる回転体において、該
回転体に貫通穴を形成し該貫通穴内に栓を挿入すること
によりファラデーカップを構成するものであり、この構
成によりファラデーカップの形成が容易となる。

【０００６】

【作用】前記構成とすることにより、照射ビームを用い
た分析装置の照射ビームを測定する分析装置において、
ビームライン上においてそのビームラインと直交する軸
を回転軸として軸対称の回転体を回転させると、回転体
の所定の角度位置においてビームラインは回転体に形成
した貫通穴内を通過して、ビーム源からの照射ビームの
試料への照射が行われる。回転体の別の所定の角度位置
においては、ビームラインは回転体に設けたビーム測定
部を照射し、照射ビームの測定が行われる。そして、ビ
ーム測定部により測定された照射ビームの強度は、回転
体を介して外部に取り出され、測定が行われる。また、
回転体のさらに別の所定の角度位置においては、ビーム
ラインは回転体本体を照射して試料やビーム測定部への
照射は行われず、回転体はシャッタの役目をなす。ま
た、回転体は、ビームライン上においてそのビームライ
ンと直交する軸を回転軸として回転し、またその形状も
軸対称であるため、ビームライン軸に対して磁気的に対
称とすることができ、試料へのビーム照射や照射ビーム
の測定においても磁気的なくるいを防止することができ
る。また、該回転体は外部からの回転駆動によって回転
するため横方向からの力がなく、横方向の機械的くるい
を防止することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。 （実施例の構成）はじめに、本発明の分析装置の実施例
の構成について、図１を用いて説明する。なお、図にお
いては、照射ビームとして電子ビームの場合について説
明するが、イオンビームやＸ線等のその他のビームに適
用することもできる。図１において、ビーム源４０から
放出された電子ビームの一部は、鏡筒４２内に設置され
た対物アパーチャー４３を通ってビームライン４１（図
中において一点鎖線で示される）に示すように試料側
（図示していない）に向かって進む。本発明の分析装置
は、周上に貫通穴２とビーム測定部３が形成された回転
体１を持ち、この回転体１は鏡筒４２内の対物アパーチ
ャー４３に対して試料側において、ビームライン４１と
直行する回転軸４によって回転可能に支持されている。

【０００８】回転体１に形成される貫通穴２は、回転体
１の一方の端部から他方の端部にかけてその中心を通っ
て開けられた通し穴であり、回転体１の所定の回転位置
においてビームライン４１を通過させて、電子ビームを
試料に照射するものである。

【０００９】また、回転体１に形成されるビーム測定部
３は、回転体１の周面の一部に設けられる測定器であ
り、回転体１の所定の回転位置においてビームライン４
１上に位置してビームの照射を受け、電子ビーム等のビ
ーム自体の強度測定等を行うものである。そして、この
ビーム測定部３としては、電子ビームやイオンビーム等
の荷電量子を測定する場合にはファラデーカップを用い
ることができ、例えば、回転体１の周面に形成した小径
の開口部３１とその開口部３１と通じる空間部３２とに
より構成することができる。また、Ｘ線等の検出を行う
場合には、半導体検出器を用いることができる。回転体
１の回転軸の延長線上には回転軸４が取り付けられてお
り、軸受部５，６によって回転体１を回転可能に支持し
ており、この回転体１の回転軸はビームライン４１と直
交している。他方の回転軸４には回転駆動器７が接続さ
れ、回転体１の回転位置の制御を行っている。この回転
駆動器７としては、例えば、空気圧によるアクチュエー
タを用いることができ、所定の回転角度の位置で一時的
保持が可能な機構を具備させることができる。また、他
方の回転軸４には少なくともビーム測定器と電気的に接
続されている検出信号取り出し部８が形成され、回転体
１のビーム測定部３からの測定信号を取り出して電流計
９等の測定機器に導いている。このとき、回転体１を銅
等の分析に影響の少ない金属を用いることにより、ファ
ラデーカップからの測定信号を回転軸４を介して直接取
り出すことができる。また、回転軸４と、鏡筒４２及び
回転駆動器７との間には絶縁体が設けられている。な
お、図１に示す実施例においては、回転体１のみを鏡筒
４２内に設け、軸受部５，６を鏡筒４２外に設けた構成
を示しているが、回転体１とともに軸受部５，６を鏡筒
４２内に設ける構成とすることもできる。

【００１０】（実施例の作用） 前記した本発明の分析装置の実施例の作用について説明
する。回転駆動器７を駆動すると、回転体１はビームラ
イン４１と直交する軸を回転軸として回転する。回転体
１を所定の回転位置に回転させ、回転体１に形成されて
いる貫通穴２の軸方向とビームライン４１の軸方向が一
致したとき、回転駆動器７の駆動を停止する。このと
き、電子ビームは対物アパーチャー４３を通過した後、
回転体１で阻止されることなく貫通穴２を通って試料に
到達して照射が行われ、試料の分析が行われる。このと
き、貫通穴２は円筒形に形成されており、ビームライン
４１の軸から穴壁のすべての部分が等距離となって磁気
的な対称性を持たせることができ、電子ビームに磁気的
なくるいを与えない。さらに、回転駆動器７を駆動し
て、回転体１を前記と異なる所定の回転位置に回転さ
せ、回転体１に形成されているビーム測定部３がビーム
ライン４１上となったとき、回転駆動器７の駆動を停止
する。このとき、電子ビームはビーム測定部３を照射し
てビーム自体の測定が行われ、試料への照射は行われな
い。この照射ビームの制御は、回転体の回転運動のみに
よって行うことができるため、鏡筒への横方向の力の印
加を除くことができ、鏡筒に対する機械的くるいの発生
を防止することができる。また、回転体はビームライン
の軸に対して軸対称であって、磁気的な対称性を持たせ
ることができ、磁気的くるいを防止することができる。

【００１１】（実施例の効果）本発明の実施例において
は、前記構成とすることにより、回転駆動器７の駆動に
よって、回転体１を前記した貫通穴２あるいはビーム測
定部３以外の回転位置とする場合には、電子ビームは回
転体１の周面に当たって、試料への電子ビームの照射を
防ぐシャッタの役目を行うことになる。また、試料への
照射ビームの照射、照射ビーム自体の測定、及び試料へ
の照射ビームの照射の停止の切り替えを、一つの回転体
の回転動作のみによって行うことができ、回転駆動器７
が所定の回転角度の位置で一時的保持が可能な機構を有
している場合には、この所定の回転角度として電子ビー
ムが貫通穴２を通過する角度位置、電子ビームがビーム
測定部３に当たる角度位置、および貫通穴２，ビーム測
定部３以外の角度位置とすることにより、回転体１の回
転位置合わせを容易とするとともに、良好な位置の再現
性を得ることができる。さらに、回転体とすることによ
り、分析装置の形状を小型化することができる。

【００１２】（回転体の構成例１）次に、前記実施例に
用いる回転体の構成例１について、図２の構成例１の斜
視図を用いて説明する。回転体の構成例１は、回転体１
１を円筒形状によって構成する例である。円筒形状の回
転体１１の回転軸方向の両端部には、その軸の延長上に
回転軸４が取り付けられ該回転軸４により回転駆動が行
われる。また、図中において一点鎖線で示される回転体
１１の円筒の同一周上には、貫通穴２とビーム測定部３
がそれぞれの配置位置を異ならせて形成されている。そ
して、貫通穴２は円筒断面の径の両端に開口部２１，及
び開口部２２を有しており、その開口部２１と開口部２
２を結ぶ通路は、円筒断面の径上を通りその中心におい
て回転軸４と直行している。また、ビーム測定部３は、
貫通穴２の開口部２１，２２が通る円筒の周上であっ
て、その開口部２１，２２とは異なる位置に形成されて
いる。例えばファラデーカップにより構成する場合に
は、外部と通じる小径の開口部３１とその開口部３１と
つながる円筒内の空間部３２とによって形成される。

【００１３】そして、この円筒形状の回転体１１は、鏡
筒内において、貫通穴２の開口部２１，２２、及びビー
ム測定部３の開口部３１が通る周上の２点と円筒の中心
とを結ぶ線が、ビームライン４１と一致するように設置
される。この設置により、ビームライン４１上の照射ビ
ームを貫通穴２を通過させて試料に照射したり、また、
照射ビームをビーム測定部３に照射することができる。

【００１４】また、円筒形状のビームライン４１に対す
る対称性は、その回転軸４が回転して回転位置が変更し
ても不変であり、その形状による照射ビームに対する磁
気的な影響を減少させることができる。なお、回転体の
寸法の一例として、例えば、回転体の径として１０ｍｍ
〜１５ｍｍ、貫通穴の開口部の径として３ｍｍ、ファラ
デーカップの開口部の径として２００μ〜１ｍｍとする
ことができる。この寸法値は一実施例にすぎず、照射ビ
ームを用いる分析装置等の条件に応じて任意に変更する
ことができるものである。

【００１５】（回転体の構成例２）次に、前記実施例に
用いる回転体の構成例２について、図３の構成例２の斜
視図を用いて説明する。回転体の構成例２は、回転体１
２を球体の形状によって構成する例である。構成例２
は、前記構成例１とその回転体の形状の点が異なるが、
その他の構成上の点においては共通しており、球体の回
転体１２の回転軸上に取り付けられた回転軸４により回
転され、球体の同一周上に貫通穴２の開口部２１，２２
とビーム測定部３の開口部３１が形状されている。そこ
で、回転体１２の詳細な説明は省略する。次に、前記回
転体の構成例１，２の形成について、図４を用いて説明
する。図４は、前記したように円筒体あるいは球体の回
転体１にファラデーカップを形成する場合を示してい
る。はじめに、図４の（ａ）において、未加工の円筒体
あるいは球体の回転体１の一方の開始穴３３からから中
心を通る軸方向に向かって穴３４を形成する。この穴３
４の形成は、回転体１の他方の周面付近まで行われる。
次に、図４の（ｂ）において、前記形成した穴３４の開
始穴３３側から穴３４と同径の栓３５を空間部３２を残
して挿入する。また、回転体１の他方の周面に小径の開
口部３１を開ける。これにより、栓３５を底部とし穴３
４の内周面を壁面とし開口部３１を照射ビームの取り入
れ口とするファラデーカップが形成される。この構成に
より、ファラデーカップの形成を容易とすることができ
る。

【００１６】（回転体の構成例１，２による作用）次
に、前記した回転体の構成例１，２による作用につい
て、図５〜７を用いて説明する。図５はビーム源からの
照射ビームを試料に照射する場合の回転体の回転位置を
示している。回転駆動器７を駆動して回転体１を所定の
回転角度に設定すると、回転体１の貫通穴２の軸方向と
ビームライン４１の軸方向が一致し、対物アパーチャー
４３で絞られた照射ビームが貫通穴２内を通って試料に
到達する。このとき、ビーム測定部３は回転体１の他の
回転角度位置にあるため、照射ビームの照射は受けな
い。図６はビーム源からの照射ビームをビーム測定部に
照射する場合の回転体の回転位置を示している。照射ビ
ームの変動による分析値の補正等を行うために、照射ビ
ーム自体の測定を行う必要があり、図６に示すように、
回転体１を前記図５の回転位置から回転させてビーム測
定部３をビームライン４１上に位置させ、照射ビームを
ビーム測定部３に導く。このとき、貫通穴２は回転体１
の他の回転角度位置にあるため、試料は照射ビームの照
射を受けない。

【００１７】また、図７はビーム源からの照射ビームを
試料及びビーム測定部に照射しない場合の回転体の回転
位置を示している。一般に、照射ビームを用いた分析装
置においては、試料に照射ビームを当てる前に、照射ビ
ームを当てる試料上の分析位置を定める。そこで、通
常、光学顕微鏡等によって試料の観察を行う。このと
き、試料上には照射ビームを当てないようにする必要が
ある。そこで、図７に示すように、回転体１を前記図
５，あるいは図６の回転位置から回転させて、ビームラ
イン４１上の位置が貫通穴２あるいはビーム測定部３か
らずれた位置とし、照射ビームが試料あるいはビーム測
定部３へ当たらないようにする。このとき、照射ビーム
は回転体１の周面に当たり、シャッタ部材の役目をする
ことになる。

【００１８】（回転体の構成例３）次に、前記実施例に
用いる回転体の構成例３について、図８の構成例３の断
面図、及び図９の構成例３の作用を説明する図を用いて
説明する。回転体の構成例３は、回転体１の円周上に複
数個のビーム測定部を設ける構成としたものである。回
転体１には、前記実施例と同様に貫通穴２が形成される
とともに、第１ビーム測定部３６，第２ビーム測定部３
７，第３ビーム測定部３８，・・・第ｎビーム測定部３
９の複数個のビーム測定部が設けられている。複数個の
ビーム測定部としては、異なる種類のビーム測定機器、
あるいは同種のビーム測定機器で特性の異なるもの等を
用いることができ、これによって、複数種の照射ビーム
の測定に対応することができる。図に示す例において
は、第１ビーム測定部３６，第２ビーム測定部３７，第
３ビーム測定部３８をファラデーカップとし、第ｎビー
ム測定部３９を半導体検出器とする場合を示している。

【００１９】第１ビーム測定部３６〜第３ビーム測定部
３８のファラデーカップにおいては、例えば、図９に示
すように照射ビームを空間部に導く開口部の径を異なら
せて、ファラデーカップに取り入れられる照射ビームの
広がり角度の測定を行うことができる。図９の（ａ）〜
（ｃ）は、同一の広がりを持つ照射ビームを開口部３１
の径を順に大きく形成したファラデーカップにより検出
する場合を示している。対物アパーチャー４３を通っ
て、広がりをもってファラデーカップの開口部３１に入
るとき、開口部３１−１の径の大きさに応じてファラデ
ーカップで検出される照射ビームの量が異なる。この量
の変化から照射ビームの広がりの程度を観察することが
できる。また、図９の（ｄ）〜（ｆ）は、異なるの広が
りを持つ照射ビームを開口部３１の径を順に大きく形成
したファラデーカップにより検出する場合を示してい
る。このとき、開口部３１の径が異なるファラデーカッ
プの測定量が等しくなる場合には、その開口部３１の径
から照射ビームの広がりの程度を観察することができ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビームを試料に照射して分析を行う分析装置において、
照射ビームのビームライン軸の機械的、磁気的なくるい
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の分析装置の実施例の構成図である。

【図２】本発明の分析装置の実施例に用いる回転体の構
成例１の斜視図である。

【図３】本発明の分析装置の実施例に用いる回転体の構
成例２の斜視図である。

【図４】本発明の分析装置の実施例に用いる回転体の形
成を説明するする図である。

【図５】本発明の分析装置における回転体の回転位置を
説明する図である。

【図６】本発明の分析装置における回転体の回転位置を
説明する図である。

【図７】本発明の分析装置における回転体の回転位置を
説明する図である。

【図８】本発明の分析装置の実施例に用いる構成例３の
断面図である。

【図９】本発明の分析装置の実施例に用いる構成例３の
作用を説明する図である。

【符号の説明】

１，１１，１２…回転体、２…貫通穴、３，３６〜３９
…ビーム測定部、４…回転軸、５，６…軸受部、７…回
転駆動器、８…検出信号取り出し部、９…電流計、２
１，２２，３１…開口部、３２…空間部、４０…ビーム
源、４１…ビームライン、４２…鏡筒、４３…対物アパ
ーチャー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−216254（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−68478（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 37/04 H01J 37/244 G01T 1/29

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビームを試料に照射して分析を行う装置
   において、回転軸について回転対称の回転体の周面上の
   異なる位置に、照射ビームと同軸の円筒形をした照射ビ
   ームを通す貫通穴と照射ビームを測定するビーム測定部
   を設け、該回転体をビーム源と試料との間のビームライ
   ン上で該ビームラインと直交する軸を回転軸として回転
   可能に支持し、前記回転体の回転により照射ビームの貫
   通とビーム測定部への導入の切り替えを行うことを特徴
   とする分析装置。