JPH05126769A - Method and apparatus for analyzing surface - Google Patents

Method and apparatus for analyzing surface

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JPH05126769A
JPH05126769A JP3287566A JP28756691A JPH05126769A JP H05126769 A JPH05126769 A JP H05126769A JP 3287566 A JP3287566 A JP 3287566A JP 28756691 A JP28756691 A JP 28756691A JP H05126769 A JPH05126769 A JP H05126769A
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JP
Japan
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sample
light
optical element
fluorescence
surface analysis
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Application number
JP3287566A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Hasegawa
正樹 長谷川
Takeshi Ninomiya
健 二宮
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to perform the automatic focusing of a probe beam on the surface of a sample and to make the analysis of the surface of a minute area highly accurate by detecting the fluorescence region on the surface of the sample, and automatically adjusting the arrangement of each element of an optical system so that the size of the fluorescence region becomes the minimum size. CONSTITUTION:The fluorescence, which is formed by the application of a probe beam on the surface of a sample 3, is condensed with an optical element 2, which is similar to a condensing optical element. The beam is taken out of the optical axis of the element 2 with a reflecting mirror 9. The expanded image of a fluorescence generating region is formed on a detector 10. The two-dimensional image signal is converted into the numerical-value data with a signal processing device 11, and the data are sent into a control device 12. The device 12 moves a sample stage 4 so that the fluorescence region becomes the minimum size based on the diameter of the fluorescence region computed by using the data and the position data of the sample 3 inputted from a controller 6 of a sample moving mechanism 5 and optimizes the position of the sample 3. Thus, the converging point of the probe beam can be automatically focused on the surface of the sample, and the surface of the minute area can be readily analyzed highly accurately.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は微小領域の表面分析装置
に係り、特に、真空紫外から軟X線領域の光の、集光光
学系の試料表面上への自動焦点合わせが可能な表面分析
方法及びその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface area analyzer for a microscopic area, and more particularly to a surface area analysis apparatus capable of automatically focusing the light in the vacuum ultraviolet to the soft X-ray area onto a sample surface of a focusing optical system. A method and an apparatus thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、微小領域の表面分析技術が重要と
なりつつある。例えば、半導体回路素子表面の残留汚染
物の分析,同定では、数μm径以下の微小領域が分析対
象となる。また、表面上での薄膜形成や触媒反応など化
学反応の解析でも、1μm径以下の領域が分析対象であ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, surface analysis techniques for minute areas have become important. For example, in the analysis and identification of residual contaminants on the surface of a semiconductor circuit element, a minute area having a diameter of several μm or less is the analysis target. Further, in the analysis of chemical reaction such as thin film formation on the surface and catalytic reaction, the area of 1 μm diameter or less is the analysis target.

【0003】これらの要求にたいし、真空紫外から軟X
線領域の光を試料面上の微小領域に集光して、試料面か
ら放出される各種粒子(電子,光子,イオン)を観測す
る方法が提案されている。
In order to meet these requirements, from vacuum ultraviolet to soft X
A method has been proposed in which light in a line region is focused on a minute region on the sample surface and various particles (electrons, photons, ions) emitted from the sample surface are observed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、プロー
ブビームである真空紫外から軟X線領域の光の集光光学
系の焦点(集光点)を、試料面上に正確に一致させるた
めの容易な調整手段がなかった。プローブビームの集光
点は、光学系の理想形状からのずれや光源位置のずれな
どにより、集光光学系の設計値からずれることがある。
試料面上にプローブビームの集光点を精度良く一致させ
なければ、たとえ集光光学系によって十分細いマイクロ
ビームが形成されても、分析領域の微小化につながらな
い。
In the prior art, the focus (focusing point) of the focusing optical system for the light from the vacuum ultraviolet to the soft X-ray region, which is the probe beam, is accurately aligned on the sample surface. There was no easy adjustment. The condensing point of the probe beam may deviate from the design value of the condensing optical system due to the deviation from the ideal shape of the optical system, the deviation of the light source position, or the like.
Unless the converging points of the probe beam are accurately aligned with each other on the sample surface, even if the condensing optical system forms a sufficiently thin microbeam, it does not lead to miniaturization of the analysis region.

【0005】本発明の目的は、プローブビームの試料表
面上への焦点あわせを自動的に行うことができる、微小
領域の分析装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an analyzer for a micro area which can automatically focus a probe beam on a sample surface.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、試料面上の集光領域から発せられる蛍光を光学素子
を用いて集光し、二次元的な検出器によって蛍光領域の
大きさを観測する。この蛍光観測に集光用光学素子と同
一の光学素子を用いると、装置構成が簡単になり都合が
よい。この観測から、試料面上の集光領域の大きさを求
めることができる。一方、試料台、光源あるいは光学素
子の位置及び向きを可変にしておく。この観測値をもと
に、蛍光領域の大きさが最小となる様に、光学系各要素
の配置を自動的に調節する手段を設けることにより、集
光光学系の自動焦点あわせを行う。
In order to achieve the above object, fluorescence emitted from a condensing region on a sample surface is condensed using an optical element, and the size of the fluorescent region is determined by a two-dimensional detector. Observe. It is convenient to use the same optical element as the condensing optical element for this fluorescence observation because the device configuration becomes simple. From this observation, the size of the light collecting area on the sample surface can be obtained. On the other hand, the position and orientation of the sample table, light source or optical element is variable. Based on this observation value, a means for automatically adjusting the arrangement of each element of the optical system is provided so that the size of the fluorescent region is minimized, whereby the focusing optical system is automatically focused.

【0007】[0007]

【作用】軟X線から真空紫外領域の光が試料面に照射さ
れると、試料面から各種粒子(電子,光子,イオン,中
性粒子等)が放出される。これら粒子の種類やエネルギ
を解析することにより、照射領域内の元素種や化学結合
状態の同定が可能である。特に、放出粒子が電子である
場合、放出電子のエネルギを解析する光電子分光法は、
化学結合状態の同定に適している。
When various kinds of particles (electrons, photons, ions, neutral particles, etc.) are emitted from the sample surface when light in the vacuum ultraviolet region is irradiated from the soft X-rays. By analyzing the types and energies of these particles, it is possible to identify the elemental species and the chemical bond state in the irradiation region. In particular, when the emitted particles are electrons, photoelectron spectroscopy that analyzes the energy of the emitted electrons is
Suitable for identification of chemical bond state.

【0008】微小領域の表面分析を行うには、軟X線か
ら真空紫外領域の光を試料面上に集光して、試料面から
放出される粒子の種類やエネルギの観察を行う。軟X線
から真空紫外領域の光の集光には、各種反射鏡やゾーン
プレート等の低収差光学素子を用いる。楕円鏡やウォル
ターミラー,カークパトリック・ベッツミラー等の非球
面ミラーは色収差がないため、特に都合がよい。表面分
析では、試料の表面感度などを変化させるために入射光
の波長を変えることがある。また後述するように、同じ
種類の光学素子によって、試料面上から発せられる蛍光
を集光すると、装置構成が簡単になる。非球面ミラー
は、入射光や蛍光の波長変化に対して、集光特性が変わ
らないという特徴がある。
In order to analyze the surface of a minute region, light in the vacuum ultraviolet region from the soft X-ray is focused on the sample surface, and the kind and energy of particles emitted from the sample surface are observed. Low-aberration optical elements such as various reflecting mirrors and zone plates are used to collect light from the soft X-rays into the vacuum ultraviolet region. Aspherical mirrors such as elliptical mirrors, Walter mirrors, and Kirkpatrick-Bets mirrors are particularly convenient because they have no chromatic aberration. In surface analysis, the wavelength of incident light may be changed in order to change the surface sensitivity of the sample. Further, as will be described later, when the fluorescence emitted from the sample surface is condensed by the same type of optical element, the device configuration becomes simple. The aspherical mirror is characterized in that its light-condensing characteristics do not change with respect to changes in the wavelength of incident light or fluorescence.

【0009】このような微小領域の表面分析を高精度で
行うには、軟X線から真空紫外の光の集光光学素子の焦
点を、試料面上に正しく一致させなければならない。以
下に試料面上に焦点を一致させる手法について述べる。
In order to carry out the surface analysis of such a minute region with high accuracy, the focus of the condensing optical element for the light from the soft X-ray to the vacuum ultraviolet must be correctly aligned on the sample surface. The method of making the focus on the sample surface will be described below.

【0010】軟X線から真空紫外の光が試料面上に照射
されると、試料表面から光(蛍光)が発生する。この蛍
光の発生領域の大きさは、入射光の集光ビーム径とほぼ
同程度と考えられるので、この蛍光発生領域の大きさを
測定することにより、試料表面上での入射光の集光ビー
ム径が計測できる。集光光学系の焦点が、試料表面上に
ある場合とない場合とを比べればわかる様に、試料表面
上における入射光の集光ビーム径は、焦点が試料表面上
にあるときが最も小さい。従って、集光ビーム径が最小
となる位置が、試料表面に焦点がある状態である。
When vacuum ultraviolet light is applied to the sample surface from the soft X-rays, light (fluorescence) is generated from the sample surface. The size of this fluorescence generation region is considered to be approximately the same as the diameter of the focused beam of the incident light. Therefore, by measuring the size of this fluorescence generation region, the focused beam of the incident light on the sample surface can be measured. The diameter can be measured. As can be seen by comparing the case where the focus of the focusing optical system is on the sample surface and the case where it is not, the focused beam diameter of the incident light on the sample surface is the smallest when the focus is on the sample surface. Therefore, the position where the focused beam diameter is the minimum is the state where the sample surface has a focus.

【0011】試料表面上から発せられる蛍光の集光には
拡大光学系を用いる。このとき、入射光の集光用光学素
子と同一の光学素子を用いると、装置の単純化を図るこ
とができる。この集光用光学素子によって集光された試
料表面からの蛍光は、フォトダイオードアレイやCC
D,位置読み出し型マイクロチャネルプレートに代表さ
れる、二次元検出可能な素子で検出される。あるいは、
これら検出素子を用いて蛍光を直接観測できない場合
は、これら蛍光(X線)を蛍光板に当てて、蛍光板から
発生する可視光を検出素子で観測してもよい。このよう
な二次元検出器を用いれば、蛍光領域での蛍光の強度分
布を一度に観測することができる。蛍光領域の大きさの
計測は、これら二次元検出器の各受光素子の信号に適当
な処理を施すことにより、可能である。
A magnifying optical system is used to collect the fluorescence emitted from the sample surface. At this time, if the same optical element as the optical element for condensing incident light is used, the device can be simplified. Fluorescence from the sample surface collected by this condensing optical element is emitted from the photodiode array or CC.
D, detected by a two-dimensionally detectable element represented by a position readout type micro channel plate. Alternatively,
When fluorescence cannot be directly observed using these detection elements, these fluorescences (X-rays) may be applied to the fluorescence plate and the visible light generated from the fluorescence plate may be observed by the detection element. By using such a two-dimensional detector, the intensity distribution of fluorescence in the fluorescence region can be observed at one time. The size of the fluorescent region can be measured by subjecting the signals of the light receiving elements of these two-dimensional detectors to appropriate processing.

【0012】試料面上への光学系の焦点あわせは、上述
のような方法で計測した蛍光領域の大きさの情報を、試
料台の配置、あるいは入射光光源や集光光学系の配置、
にフィードバックさせ、蛍光像の大きさが最小になるよ
うに、光学系の各要素の配置を調整して行うことができ
る。
Focusing of the optical system on the sample surface is performed by using the information of the size of the fluorescent region measured by the above-mentioned method, the arrangement of the sample stage, the arrangement of the incident light source or the condensing optical system,
And the arrangement of each element of the optical system can be adjusted so that the size of the fluorescence image is minimized.

【0013】このような、検出器の出力から蛍光領域の
大きさを計算する操作や、光学系各要素の調整等の操作
は、計算機(制御装置)を用いて自動的に行われる。
Such an operation for calculating the size of the fluorescent region from the output of the detector and an operation for adjusting each element of the optical system are automatically performed by using a computer (control device).

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

<実施例1>図1に、入射光集光光学系の自動焦点あわ
せを行うための、基本的な実施例を示す。光源1から発
せられた軟X線から真空紫外領域の光は、光学素子2を
用いて試料3の表面上に集光されている。光学素子2
は、前述のような反射型光学素子である。光学素子2
は、単一の光学素子から構成されてもよいし、複数の光
学素子から構成されていてもよい。
<Embodiment 1> FIG. 1 shows a basic embodiment for automatically focusing an incident light condensing optical system. Light in the vacuum ultraviolet region from the soft X-rays emitted from the light source 1 is condensed on the surface of the sample 3 using the optical element 2. Optical element 2
Is a reflective optical element as described above. Optical element 2
May be composed of a single optical element or may be composed of a plurality of optical elements.

【0015】試料3は試料台4上に設置されている。試
料台4は、移動機構5により三次元の微小移動が可能で
ある。この微小移動はコントローラ6で制御されてい
る。
The sample 3 is installed on the sample table 4. The sample table 4 can be moved three-dimensionally by the moving mechanism 5. This minute movement is controlled by the controller 6.

【0016】集光ビーム照射により、試料3表面から放
出された粒子(電子,光子,イオン,中性粒子など)
は、分析器7を用いて検出される。分析器7は、粒子種
や粒子エネルギ分析機能を備えた分析器である。分析時
に必要となる分析器7の各種パラメータはコントローラ
8で制御されている。
Particles (electrons, photons, ions, neutral particles, etc.) emitted from the surface of the sample 3 by irradiation of the focused beam
Are detected using the analyzer 7. The analyzer 7 is an analyzer having a particle type and particle energy analysis function. Various parameters of the analyzer 7 necessary for analysis are controlled by the controller 8.

【0017】試料3の表面へのプローブビーム照射によ
って表れる蛍光は、プローブビームの集光用光学素子と
同じ光学素子2によって集光され、反射鏡9により光学
素子2の光軸外に引き出される。蛍光発生領域の拡大像
は、検出器10の上に作られる。図には反射鏡9を設置
した場合のみ示してあるが、検出器10が光学素子2へ
の光の入射の妨げにならなければ、反射鏡9を設置せず
に蛍光を直接検出器10で受けてもよい。検出器10は
蛍光像の二次元イメージを検出できる。検出器10によ
って得られる蛍光の二次元像についての信号は、信号処
理装置11に入力され、数値データ化されて制御装置1
2に送られる。一方、試料台移動機構5のコントローラ
6から出力される、試料3の位置データも制御装置12
に入力される。
Fluorescence that appears when the surface of the sample 3 is irradiated with the probe beam is condensed by the same optical element 2 as the optical element for condensing the probe beam, and is drawn out of the optical axis of the optical element 2 by the reflecting mirror 9. A magnified image of the fluorescence emitting area is created on the detector 10. Although only the case where the reflecting mirror 9 is installed is shown in the drawing, if the detector 10 does not interfere with the incidence of light on the optical element 2, the fluorescence can be directly detected by the detector 10 without installing the reflecting mirror 9. You may receive it. The detector 10 can detect a two-dimensional image of a fluorescence image. The signal about the two-dimensional image of fluorescence obtained by the detector 10 is input to the signal processing device 11 and converted into numerical data to be converted into the control device 1.
Sent to 2. On the other hand, the position data of the sample 3 output from the controller 6 of the sample stage moving mechanism 5 is also controlled by the controller 12.
Entered in.

【0018】本実施例において、光学系の自動焦点あわ
せは、例えば、次のように行われる。制御装置12は、
位置制御信号をコントローラ6に送ることにより、試料
台4の位置を変化させる。次に、制御装置12は、その
位置における試料3表面上の蛍光像のデータを信号処理
装置11から受け取り、蛍光領域の直径を計算する。制
御装置12はまた、計算された蛍光領域の直径及び、試
料3の位置を記憶する。この操作を、あらかじめ設定さ
れた試料の位置座標の範囲で繰返し、蛍光領域が最も小
さくなるように試料3の位置を最適化する。このときの
位置最適化方式は、ここに述べた方式以外にも様々な方
式が考えられる。これら他の方式も、必要に応じて制御
装置12を用いて行うことができる。
In the present embodiment, automatic focusing of the optical system is performed as follows, for example. The control device 12 is
The position of the sample table 4 is changed by sending a position control signal to the controller 6. Next, the control device 12 receives the data of the fluorescent image on the surface of the sample 3 at that position from the signal processing device 11, and calculates the diameter of the fluorescent region. The controller 12 also stores the calculated diameter of the fluorescent region and the position of the sample 3. This operation is repeated within the preset range of position coordinate of the sample, and the position of the sample 3 is optimized so that the fluorescence region becomes the smallest. As the position optimization method at this time, various methods other than the method described here can be considered. These other methods can also be performed by using the controller 12 as needed.

【0019】本実施例では、プローブビームの集光点を
試料面上に自動的にあわせることができる。この結果、
微小領域の表面分析を高精度かつ容易に行うことができ
る。 <実施例2>図2に示した実施例は、移動機構14によ
り、光学素子2の配置も調節可能にし、また、移動機構
15により光源1の配置も調節可能にした例である。移
動機構14と移動機構15は、コントローラ16および
17により、それぞれ制御されている。光源1と光学素
子2の位置についてのデータおよび装置基準線に対する
角度についてのデータは、制御装置13に入力されてい
る。光源1、光学素子2と試料台4は、実施例1で述べ
たように、制御装置13によって、信号処理装置11か
ら出力される蛍光像の大きさが最小になるように調整さ
れる。
In this embodiment, the focal point of the probe beam can be automatically set on the sample surface. As a result,
Surface analysis of a minute area can be performed with high accuracy and easily. <Embodiment 2> The embodiment shown in FIG. 2 is an example in which the arrangement of the optical element 2 can be adjusted by the moving mechanism 14 and the arrangement of the light source 1 can also be adjusted by the moving mechanism 15. The moving mechanism 14 and the moving mechanism 15 are controlled by the controllers 16 and 17, respectively. The data on the positions of the light source 1 and the optical element 2 and the data on the angle with respect to the device reference line are input to the control device 13. As described in the first embodiment, the light source 1, the optical element 2, and the sample stage 4 are adjusted by the control device 13 so that the size of the fluorescence image output from the signal processing device 11 is minimized.

【0020】本実施例では、プローブビームの集光点を
試料面上に自動的にあわせることができる。この結果、
微小領域の表面分析を高精度かつ容易に行うことができ
る。 <実施例3>前述のような自動焦点あわせを行いなが
ら、試料表面上でプローブビームを走査させる実施例を
図3に示す。プローブビームで試料面上を走査するに
は、移動機構5により試料3を移動、あるいは移動機構
14,15により光学素子2,光源1を移動させる。こ
のようにしてプローブビームで試料表面上を走査しなが
ら、試料3の表面から放出された粒子の検出を行う。コ
ントローラ6から出力される試料3の位置と、コントロ
ーラ8からの信号を、制御処理装置18に取り込んで処
理をする。処理結果を表示装置19に出力することによ
り、試料表面の分析結果の二次元イメージを得ることが
できる。
In this embodiment, the focal point of the probe beam can be automatically adjusted on the sample surface. As a result,
Surface analysis of a minute area can be performed with high accuracy and easily. <Embodiment 3> FIG. 3 shows an embodiment in which the probe beam is scanned on the sample surface while performing the automatic focusing as described above. In order to scan the sample surface with the probe beam, the moving mechanism 5 moves the sample 3, or the moving mechanisms 14 and 15 move the optical element 2 and the light source 1. In this way, the particles emitted from the surface of the sample 3 are detected while scanning the sample surface with the probe beam. The position of the sample 3 output from the controller 6 and the signal from the controller 8 are taken into the control processing device 18 and processed. By outputting the processing result to the display device 19, a two-dimensional image of the analysis result of the sample surface can be obtained.

【0021】本実施例では自動焦点あわせを同時に行う
ので、試料3の表面は平面である必要はなく、わん曲し
た試料や凹凸のある試料でも容易に表面分析ができる。
また、信号処理装置11から出力される蛍光の観測信号
から、試料表面全体の像を形成することも可能であり、
試料表面上の分析領域の設定把握が容易にできる。
Since automatic focusing is performed simultaneously in this embodiment, the surface of the sample 3 does not need to be a flat surface, and surface analysis can be easily performed on a curved sample or a sample having irregularities.
It is also possible to form an image of the entire sample surface from the fluorescence observation signal output from the signal processing device 11.
The setting of the analysis area on the sample surface can be easily grasped.

【0022】<実施例4>本実施例は、表面分析の空間
分解能をさらに上げるために用いられる、多段縮小光学
系に対する自動焦点あわせの構成である。
<Embodiment 4> This embodiment is an automatic focusing configuration for a multi-stage reduction optical system, which is used to further increase the spatial resolution of surface analysis.

【0023】高分解能の表面分析を行うために、より微
小な光源を作る必要があるとき、図4に示したような多
段縮小光学系が採用される場合がある。光源1からの真
空紫外から軟X線領域の光は、光学素子20を用いてア
パーチャ22上に集光されている。これにより光源1の
縮小像がアパーチャ22上に形成される。この縮小像を
光学素子21を用いてさらに縮小し、より微小な領域に
光を照射することができる。
When it is necessary to make a finer light source for performing high-resolution surface analysis, a multi-stage reduction optical system as shown in FIG. 4 may be adopted. Light from the vacuum ultraviolet to the soft X-ray region from the light source 1 is condensed on the aperture 22 using the optical element 20. As a result, a reduced image of the light source 1 is formed on the aperture 22. This reduced image can be further reduced by using the optical element 21, and light can be irradiated to a smaller area.

【0024】このとき、入射光の照射領域から発せられ
る蛍光像を用いて自動焦点あわせを行うために、反射鏡
9を光学素子21の直後に置く。あるいは、より高倍率
の拡大像を得るために、反射鏡9を光学素子20の直後
に設置してもよい。そのほかの部分は実施例1と同じで
ある。このように入射光の光学系が複数の光学素子から
なるときには、蛍光像をとるための反射鏡9あるいは検
出器10は、光学系の適当な位置に設置すればよい。図
2から図3までの実施例との組み合わせも本実施例に含
まれる。
At this time, the reflecting mirror 9 is placed immediately after the optical element 21 in order to perform automatic focusing by using the fluorescence image emitted from the irradiation region of the incident light. Alternatively, the reflecting mirror 9 may be installed immediately after the optical element 20 in order to obtain a magnified image of higher magnification. The other parts are the same as in the first embodiment. When the optical system of the incident light is composed of a plurality of optical elements as described above, the reflecting mirror 9 or the detector 10 for taking the fluorescence image may be installed at an appropriate position of the optical system. This embodiment also includes combinations with the embodiments of FIGS. 2 to 3.

【0025】<実施例5>これまでの実施例では、蛍光
像を得るための反射鏡(あるいは検出器)設置のため
に、入射光を集光させる光学素子2(あるいは光学素子
21)の一部分しか用いられていなかった。そこで、入
射光の波長は蛍光の波長より短いことを利用し、短い波
長の光は透過し、長い波長の光は反射するような反射鏡
(たとえば多層膜反射鏡)を設置する。図5に、実施例
を示した。図中、反射鏡23はこのような性質を持つ反
射鏡である。このような反射鏡23を用いれば、光学素
子2の全体を集光に使え、試料表面上の入射光の明るさ
を増すことができる。その他の部分は実施例1に同じで
あり、図2から図4までの実施例との組み合わせも本実
施例に含まれる。
<Embodiment 5> In the embodiments described so far, a part of the optical element 2 (or the optical element 21) for converging the incident light is installed in order to install the reflecting mirror (or the detector) for obtaining the fluorescence image. It was only used. Therefore, by utilizing the fact that the wavelength of incident light is shorter than the wavelength of fluorescence, a reflecting mirror (for example, a multilayer film reflecting mirror) that transmits light having a short wavelength and reflects light having a long wavelength is installed. An example is shown in FIG. In the figure, the reflecting mirror 23 is a reflecting mirror having such a property. If such a reflecting mirror 23 is used, the entire optical element 2 can be used for collecting light, and the brightness of incident light on the sample surface can be increased. Other parts are the same as those in the first embodiment, and a combination with the embodiments of FIGS. 2 to 4 is also included in the present embodiment.

【0026】<実施例6>これまでの実施例では、真空
紫外から軟X線の光の集光光学系と試料面上から発せら
れる蛍光の集光とを、同一の光学素子を用いて行った。
これら光の集光に用いる光学素子は別でもよい。図6に
示した実施例は、真空紫外から軟X線の光の集光を光学
素子2で行い、試料面上から発せられる蛍光の集光を光
学素子2とは別の光学素子24で行った例である。光学
素子24によって集光された蛍光は、二次元検出器10
によって検出され、その出力信号は信号処理装置11を
経て数値データ化されて制御装置25に送られる。制御
装置25は検出器10からの信号をもとに蛍光領域の大
きさを計算する。次に、制御装置25は、光学素子2の
移動機構であるコントローラ16あるいは、光源1の移
動機構15のコントローラ17にフィードバックをか
け、蛍光領域の大きさが最小となるように、光源1ある
いは光学素子2の配置を調節する。
<Embodiment 6> In the embodiments so far, the condensing optical system for the light of vacuum ultraviolet to soft X-rays and the condensing of the fluorescence emitted from the sample surface are performed using the same optical element. It was
The optical element used to collect these lights may be different. In the embodiment shown in FIG. 6, the optical element 2 collects light of soft X-rays from vacuum ultraviolet, and the optical element 24 different from the optical element 2 collects fluorescence emitted from the sample surface. It is an example. The fluorescence collected by the optical element 24 is the two-dimensional detector 10
Is detected by, and its output signal is converted into numerical data through the signal processing device 11 and sent to the control device 25. The controller 25 calculates the size of the fluorescent region based on the signal from the detector 10. Next, the control device 25 feeds back to the controller 16 that is the moving mechanism of the optical element 2 or the controller 17 of the moving mechanism 15 of the light source 1 so that the size of the fluorescent region is minimized. Adjust the placement of element 2.

【0027】このように入射光と蛍光の集光とを別の光
学素子を用いて行えば、これらの光の集光光学素子の縮
小、拡大率を独立に決定できるという利点がある。尚、
図6では光学素子2と光学素子24の光軸は一致してい
ないが、これら光学素子の光軸を一致させて設置するこ
とも可能である。実施例3と組み合わせて、自動焦点あ
わせと同時にプローブビームを試料面上での走査をさせ
ることも可能である。 <実施例7>これまでの実施例では、真空紫外から軟X
線の光の集光光学系と、試料面上から発せられる蛍光の
集光とを、反射型光学素子を用いて行っていた。入射光
の試料表面上への自動焦点あわせは、ゾーンプレート等
の透過,回折型集光素子を用いても可能である。図7に
示した実施例は、集光素子として透過,回折型集光素子
26を用いた例である。
As described above, if the incident light and the fluorescent light are collected by using different optical elements, there is an advantage that the reduction and enlargement ratios of the light collecting optical elements can be independently determined. still,
Although the optical axes of the optical element 2 and the optical element 24 do not match in FIG. 6, it is also possible to set the optical axes of these optical elements to match. In combination with the third embodiment, it is possible to scan the sample surface with the probe beam simultaneously with automatic focusing. <Embodiment 7> In the embodiments so far, from vacuum ultraviolet to soft X
The condensing optical system of the light of the line and the condensing of the fluorescence emitted from the sample surface are performed by using the reflection type optical element. Automatic focusing of the incident light on the sample surface can also be performed by using a transmission or diffraction type light condensing element such as a zone plate. The embodiment shown in FIG. 7 is an example in which a transmission / diffraction type light collecting element 26 is used as a light collecting element.

【0028】入射光は試料面上より発する蛍光に比べ波
長が短い。光学素子26の焦点距離は光の波長が短い方
が短いので、本実施例のように蛍光領域の像を光源1の
後方につくることができる。このとき自動焦点あわせ
は、実施例1と同様に、試料台4を調節することによっ
て行われる。
The incident light has a shorter wavelength than the fluorescence emitted from the sample surface. Since the shorter the wavelength of light is, the shorter the focal length of the optical element 26 is, the image of the fluorescent region can be formed behind the light source 1 as in the present embodiment. At this time, automatic focusing is performed by adjusting the sample table 4 as in the first embodiment.

【0029】真空紫外から軟X線領域の光を、波長を固
定して入射する表面分析に於いて、試料表面から発する
蛍光を集光光学系の軸外に出せないときなどに、本実施
例は有効である。実施例3と組み合わせて、自動焦点あ
わせと同時に、プローブビームを試料面上での走査をさ
せることも可能である。
In the surface analysis in which light in the soft X-ray region from vacuum ultraviolet is incident with a fixed wavelength, when the fluorescence emitted from the sample surface cannot be emitted off the axis of the condensing optical system, this embodiment is used. Is valid. In combination with the third embodiment, it is possible to scan the probe surface with the probe beam at the same time as the automatic focusing.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によれば、真空紫外から軟X線領
域の光の集光光学系の焦点を、試料面上に自動的にあわ
せることができ、微小領域の表面分析が容易となる。
According to the present invention, the focusing optical system for collecting light in the vacuum ultraviolet to soft X-ray region can be automatically focused on the sample surface, which facilitates surface analysis of a minute region. ..

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施例のブロック図。FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三の実施例のブロック図。FIG. 3 is a block diagram of a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第四の実施例のブロック図。FIG. 4 is a block diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第五の実施例のブロック図。FIG. 5 is a block diagram of a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第六の実施例のブロック図。FIG. 6 is a block diagram of a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第七の実施例のブロック図。FIG. 7 is a block diagram of a seventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、2…光学素子、3…試料、4…試料台、5…
移動機構、6,8…コントローラ、7…分析器、9…反
射鏡、10…検出器、11…信号処理装置、12…制御
装置。
1 ... Light source, 2 ... Optical element, 3 ... Sample, 4 ... Sample stand, 5 ...
Moving mechanism, 6, 8 ... Controller, 7 ... Analyzer, 9 ... Reflector, 10 ... Detector, 11 ... Signal processing device, 12 ... Control device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/66 J 8406−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/66 J 8406-4M

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空紫外から軟X線領域の光を発生させ、
前記光を試料面上へ集光し、光照射により前記試料の表
面から放出された粒子を観測する表面分析方法におい
て、光照射により発生した蛍光を観測することにより、
前記真空紫外から軟X線領域の光の前記試料面上への焦
点あわせを自動的に行うことを特徴とする表面分析方
法。
1. Light in the soft X-ray region is generated from vacuum ultraviolet light,
In the surface analysis method of collecting the light on the sample surface and observing the particles emitted from the surface of the sample by light irradiation, by observing the fluorescence generated by the light irradiation,
A surface analysis method characterized in that the light in the vacuum ultraviolet to the soft X-ray region is automatically focused on the sample surface.
【請求項2】請求項1において、前記自動焦点あわせ
が、蛍光の発生領域の大きさが最小になるように、試料
位置を調節することにより行われる表面分析方法。
2. The surface analysis method according to claim 1, wherein the automatic focusing is performed by adjusting the sample position so that the size of the fluorescence generation region is minimized.
【請求項3】請求項1において、前記自動焦点あわせ
が、蛍光の発生領域の大きさが最小になるように、入射
光光源の位置を調節することにより行われる表面分析方
法。
3. The surface analysis method according to claim 1, wherein the automatic focusing is performed by adjusting the position of the incident light source so that the size of the fluorescence generation region is minimized.
【請求項4】請求項1において、前記自動焦点あわせ
が、蛍光の発生領域の大きさが最小になるように、集光
用光学素子の位置を調節することにより行われる表面分
析方法。
4. The surface analysis method according to claim 1, wherein the automatic focusing is performed by adjusting the position of the condensing optical element so that the size of the fluorescence generation region is minimized.
【請求項5】請求項1において、前記自動焦点あわせ
が、蛍光の発生領域の大きさが最小になるように、試料
位置、入射光光源の位置、集光用光学素子の位置、の二
つ以上を調節することにより行われる表面分析方法。
5. The automatic focusing according to claim 1, wherein the position of the sample, the position of the incident light source, and the position of the condensing optical element are set so that the size of the fluorescence generation region is minimized. A surface analysis method performed by adjusting the above.
【請求項6】請求項2,3,4または5において、前記
蛍光の発生領域の大きさを観測する方法として、蛍光の
二次元検出器を用いた表面分析方法。
6. The surface analysis method according to claim 2, 3, 4 or 5, which uses a two-dimensional fluorescence detector as a method for observing the size of the fluorescence generation region.
【請求項7】請求項6において、前記蛍光の二次元検出
器として、フォトダイオードアレイやCCD,位置読み
出し型マイクロチャネルプレート等を用いた表面分析方
法。
7. The surface analysis method according to claim 6, wherein a photodiode array, a CCD, a position readout type microchannel plate, or the like is used as the two-dimensional fluorescence detector.
【請求項8】請求項1,2,3,4,5,6または7に
おいて、前記試料面への集光と蛍光の観測とが同一の集
光素子によって行われる表面分析方法。
8. The surface analysis method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein focusing on the sample surface and observation of fluorescence are performed by the same focusing element.
【請求項9】請求項1,2,3,4,5,6,7または
8において、前記集光素子が反射型光学素子、もしくは
透過、回折型光学素子である表面分析方法。
9. The surface analysis method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, wherein the condensing element is a reflective optical element or a transmissive or diffractive optical element.
【請求項10】請求項9において、前記反射型光学素子
が、楕円鏡やウォルターミラー,カークパトリック・ベ
ッツミラー等の非球面ミラーである表面分析方法。
10. The surface analysis method according to claim 9, wherein the reflective optical element is an aspherical mirror such as an elliptical mirror, a Walter mirror, a Kirkpatrick Betz mirror, or the like.
【請求項11】請求項9において、前記透過,回折型光
学素子が、ゾーンプレートである表面分析方法。
11. The surface analysis method according to claim 9, wherein the transmission and diffraction type optical element is a zone plate.
【請求項12】請求項1,2,3,4,5,6,7,
8,9,10または11において、入射プローブ光を前
記試料面上で走査させる方法を加えた表面分析方法。
12. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8. A surface analysis method according to 8, 9, 10 or 11, wherein a method of scanning an incident probe light on the sample surface is added.
【請求項13】請求項12において、前記入射プローブ
光を前記試料面上で走査させる方法として、試料台を移
動させる表面分析方法。
13. The surface analysis method according to claim 12, wherein a sample stage is moved as a method of scanning the incident probe light on the sample surface.
【請求項14】請求項12において、前記入射プローブ
光を前記試料面上で走査させる方法として、光源を移動
させる表面分析方法。
14. The surface analysis method according to claim 12, wherein a light source is moved as a method of scanning the incident probe light on the sample surface.
【請求項15】請求項12において、前記入射プローブ
光を前記試料面上で走査させる方法として、光学素子を
移動させる表面分析方法。
15. The surface analysis method according to claim 12, wherein an optical element is moved as a method for scanning the incident probe light on the sample surface.
【請求項16】請求項12において、前記入射プローブ
光を前記試料面上で走査させる方法として、試料台,光
源,光学素子の二つ以上を移動させる表面分析方法。
16. The surface analysis method according to claim 12, wherein two or more of a sample stage, a light source, and an optical element are moved as a method of scanning the incident probe light on the sample surface.
【請求項17】真空紫外から軟X線領域の光の発生手
段、前記光の試料面への集光手段,光照射により発生し
た蛍光の集光手段とを備えた表面分析装置において、前
記試料面への集光手段と蛍光の集光手段とを備え、前記
真空紫外から軟X線領域の光の試料面上への自動焦点あ
わせ手段を備えたことを特徴とする表面分析装置。
17. A surface analysis device comprising means for generating light in the vacuum ultraviolet to soft X-ray region, means for condensing the light on a sample surface, and means for condensing fluorescence generated by light irradiation, wherein the sample A surface analysis apparatus comprising: a light collecting means for collecting light onto a surface and a light collecting means for collecting fluorescence; and an automatic focusing means for collecting light in the vacuum ultraviolet to soft X-ray region onto a sample surface.
【請求項18】請求項17において、前記自動焦点あわ
せ手段は、蛍光の発生領域の大きさが最小になるよう
に、試料位置を調節する手段を備えた表面分析装置。
18. The surface analyzer according to claim 17, wherein the automatic focusing means includes means for adjusting the sample position so that the size of the fluorescence generation region is minimized.
【請求項19】請求項17において、前記自動焦点あわ
せ手段は、蛍光の発生領域の大きさが最小になるよう
に、入射光光源の位置を調節する手段を備えた表面分析
装置。
19. The surface analysis apparatus according to claim 17, wherein the automatic focusing means includes means for adjusting the position of the incident light source so that the size of the fluorescence generation region is minimized.
【請求項20】請求項17において、前記自動焦点あわ
せ手段において、蛍光の発生領域の大きさが最小になる
ように、集光用光学素子の位置を調節する手段を備えた
表面分析装置。
20. The surface analysis device according to claim 17, further comprising means for adjusting the position of the condensing optical element so that the size of the fluorescence generation region is minimized in the automatic focusing means.
【請求項21】請求項17において、前記自動焦点あわ
せ手段において、蛍光の発生領域の大きさが最小になる
ように、試料位置,入射光光源の位置,集光用光学素子
の位置の二つ以上を調節する手段を備えた表面分析装
置。
21. The automatic focusing means according to claim 17, wherein the sample position, the position of the incident light source, and the position of the condensing optical element are set so that the size of the fluorescence generation region is minimized. A surface analyzer equipped with means for adjusting the above.
【請求項22】請求項18,19,20または21にお
いて、前記蛍光の発生領域の大きさを観測する手段とし
て、蛍光の二次元検出器を用いた表面分析装置。
22. The surface analyzer according to claim 18, 19, 20 or 21, wherein a fluorescence two-dimensional detector is used as a means for observing the size of the fluorescence generation region.
【請求項23】請求項22において、前記蛍光の二次元
検出器として、フォトダイオードアレイやCCD,位置
読み出し型マイクロチャネルプレートを用いた表面分析
装置。
23. The surface analysis device according to claim 22, wherein a photodiode array, a CCD, or a position readout type microchannel plate is used as the two-dimensional fluorescence detector.
【請求項24】請求項17,18,19,20,21,
22または23において、前記試料面への集光手段と蛍
光の集光手段とが同一である表面分析装置。
24. A method according to claim 17, 18, 19, 20, 21,
22. The surface analysis device according to 22 or 23, wherein the means for collecting light on the sample surface and the means for collecting fluorescence are the same.
【請求項25】請求項17,18,19,20,21,
22,23または24において、前記集光手段が反射型
光学素子、もしくは透過,回折型光学素子である表面分
析装置。
25. A method according to claim 17, 18, 19, 20, 21,
22. The surface analysis device according to 22, 23 or 24, wherein the light condensing means is a reflection type optical element or a transmission type or diffraction type optical element.
【請求項26】請求項25において、前記集光手段であ
る反射型光学素子が、楕円鏡やウォルターミラー,カー
クパトリック・ベッツミラー等の非球面ミラーである表
面分析装置。
26. The surface analyzer according to claim 25, wherein the reflection type optical element as the light converging means is an aspherical mirror such as an elliptic mirror, a Walter mirror, a Kirkpatrick-Betz mirror.
【請求項27】請求項25において、前記集光手段であ
る透過,回折型光学素子が、ゾーンプレートである表面
分析装置。
27. The surface analysis device according to claim 25, wherein the transmission / diffraction optical element as the light converging means is a zone plate.
【請求項28】請求項17,18,19,20,21,
22,23,24,25,26または27において、入
射プローブ光を試料面上で走査させる手段を備えた表面
分析装置。
28. A method according to claim 17, 18, 19, 20, 21,
22, 23, 24, 25, 26, or 27, a surface analyzer equipped with means for scanning the incident probe light on the sample surface.
【請求項29】請求項28において、入射プローブ光を
試料面上で走査させる手段として、試料台を移動させる
表面分析装置。
29. The surface analyzer according to claim 28, wherein the sample stage is moved as a means for scanning the incident probe light on the sample surface.
【請求項30】請求項28において、入射プローブ光を
試料面上で走査させる手段として、光源を移動させる表
面分析装置。
30. The surface analysis device according to claim 28, wherein a light source is moved as a means for scanning the incident probe light on the sample surface.
【請求項31】請求項28において、入射プローブ光を
試料面上で走査させる手段として、光学素子を移動させ
る表面分析装置。
31. The surface analysis device according to claim 28, wherein an optical element is moved as a means for scanning the incident probe light on the sample surface.
【請求項32】請求項28において、入射プローブ光を
試料面上で走査させる手段として、試料台,光源,光学
素子の二つ以上を移動させる表面分析装置。
32. The surface analyzer according to claim 28, wherein two or more of a sample stage, a light source, and an optical element are moved as means for scanning the incident probe light on the sample surface.
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