JPH0634580A

JPH0634580A - Ｘ線分析方法および装置

Info

Publication number: JPH0634580A
Application number: JP4191889A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ninomiya; 健二宮; Masaki Hasegawa; 正樹長谷川; Katsuhiro Kuroda; 勝広黒田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1994-02-08

Abstract

(57)【要約】【構成】ターゲット２に電子線を照射してＸ線を発生さ
せ、光学系３を用いてこのＸ線を試料４上に集光する。
入力装置１０から試料のイメージングの拡大率を入力す
ると、イメージング・処理装置８でこの拡大率に対応し
た電子線の走査範囲が決定され、制御装置６および偏向
装置１を用いて電子線が走査される。【効果】低倍率から高倍率へと順次拡大率を変えながら
試料を観察できるため、分析領域の設定，把握を正確か
つ容易に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高い空間分解能を有する
Ｘ線分析技術に係り、特に、分析領域の把握，設定を正
確かつ容易に行えるＸ線分析方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子やストレッジの微小化，高密
度化に伴い、微小領域の化学状態や電子状態に関する情
報が必要になりつつある。たとえば、素子表面上の残留
物や異物の吸着状態の解析，極薄絶縁膜の膜質分析や複
合材料表面上での腐食反応等局所反応の解析など、１μ
ｍ以下の空間分解能での化学状態や電子状態の分析が要
求されている。

【０００３】Ｘ線を試料に照射して、試料から放出され
る粒子（たとえば、電子や蛍光Ｘ線等）を観測すること
により、化学状態や電子状態を詳細に把握することがで
きる。この点に着目して、近年、Ｘ線マイクロビームを
用いたＸ線顕微鏡や光電子顕微鏡などのＸ線分析技術が
開発されつつある（たとえば、特開昭62−265555号公
報，特開平1−87907号公報）。これらの分析技術では，
マイクロビームで試料上を走査しながら放出粒子を検出
することにより、試料の像はもとより、試料の化学状態
の分布を２次元像としてとらえることも可能である。現
在、これら像形成（イメージング）の空間分解能は０.
１μｍに近づきつつある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】先に述べたように、Ｘ
線顕微鏡や光電子顕微鏡では、高空間分解能での分析が
可能である。しかし、これらの分析技術では、どの領域
がイメージングされているのかを把握する手段、あるい
はどの領域をイメージングするのかを設定する手段、す
なわち、分析領域を把握，設定する手段については考慮
がなされていない。分析領域の大きさがμｍオーダある
いはそれ以下になった場合、適切な分析領域の把握，設
定手段がなければ、高精度の分析は困難である。

【０００５】本発明の目的は、分析領域の把握，設定を
容易に行うことができるＸ線分析方法および装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、Ｘ線の発生手段，Ｘ線マイクロビームの作成手段と
試料への照射手段，マイクロビーム照射に伴い試料から
放出される粒子の検出手段，試料上でのビーム走査手
段，粒子の検出信号をもとに試料に関する各種の像を作
成するイメージング手段、およびマイクロビームの走査
範囲を外部から設定，制御可能な設定・制御手段を設け
る。

【０００７】Ｘ線の発生手段は、高加速の電子線をター
ゲットに照射する電子衝撃型Ｘ線源や、レーザ光をター
ゲットに照射するレーザプラズマＸ線源が都合がよい。
また、シンクロトロン放射光を光源として使用すること
も可能である。電子線やレーザ光は、レンズ系を用いて
ターゲット上に集束もしくは集光されているものとす
る。

【０００８】発生手段から放射されたＸ線を、Ｘ線マイ
クロビームの作成手段を用いて試料上に集光する。この
作成手段は、光学収差の少ないＸ線光学素子やＸ線光学
系を用いる。具体的には、ウォルター型反射鏡やシュバ
ルツシルド型反射鏡，カークパトリック・ベッツ型反射
鏡等の反射型光学素子，ゾーンプレートに代表される透
過・回折型光学素子、あるいは、これら光学素子を組み
合わせた光学系などを用いる。Ｘ線の反射率を高めるた
めに、反射型光学素子上に多層膜を形成してもよい。

【０００９】Ｘ線マイクロビームの照射領域からは、粒
子（電子，光子等）が放出される。この粒子の検出によ
り、照射領域内の化学状態や電子状態の詳細な情報を得
ることができる。放出された粒子の検出には、たとえ
ば、マイクロチャネルプレートや２次電子増倍管などの
増倍機能付きの検出器、あるいは静電型エネルギアナラ
イザやＸ線固体検出器などのエネルギ分析機能付きの検
出器を用いる。

【００１０】これらの検出器を用いて粒子を検出しなが
ら、ビーム走査手段を用いてＸ線マイクロビームで試料
上を走査する。走査の方式には、様々な方式が考えられ
る。たとえば、ターゲット上での電子線やレーザ光の照
射位置を変化させることにより、Ｘ線の発生位置（光
源）を変化させればよい。あるいは、光源に対してＸ線
光学素子の位置を変化させる、もしくはマイクロビーム
に対して試料位置を変化させることでも、同様の走査が
可能である。光学素子や試料の微小移動には、たとえ
ば、ピエゾ素子を用いた超精密移動機構(移動精度：＜
０.１μｍ）を利用する。

【００１１】試料のイメージングを行うためには、検出
器からの粒子検出信号と、ビーム走査手段からの（試料
表面上でのマイクロビーム位置に対応する）ビーム位置
制御信号とを用いる。たとえば、Ｘ線マイクロビームの
走査と同期して（出力表示装置の）ディスプレー画面上
で電子ビームを走査しながら、粒子検出信号を用いて電
子ビームの強度に輝度変調をかけることにより、ディス
プレー画面上に試料に関する各種の像を形成（イメージ
ング）することができる。また、粒子検出信号が小さい
場合には、試料上でＸ線マイクロビームの照射位置を一
定間隔で移動させながら、ディスプレー画面上の対応す
るピクセルに粒子検出信号に比例した明るさを与えるこ
とで、同様のイメージングが可能である。これらのイメ
ージングに必要な信号処理は、イメージング手段を用い
て行われる。先に、放出粒子の検出により、化学状態や
電子状態の分析が可能なことを述べた。このことを考慮
すると、本イメージングにより、化学状態や電子状態の
分布が画像として得られるため、試料の状態を容易に把
握できる。

【００１２】分析領域の把握，設定を行うためには、上
に述べた試料に関する像を低倍率から高倍率へと拡大で
きると都合がよい。すなわち、まず最初に低倍率で試料
を観察して、分析すべき領域の大まかな位置を把握し、
分析領域がマイクロビームの中心位置に来るように試料
全体を移動する。次に、より高い倍率で分析領域を詳し
く把握し、試料位置を修正する。この操作を順次高倍率
で行うことにより、所望の分析領域を正確かつ容易に設
定できる。

【００１３】拡大率を設定，変更可能にするためには、
拡大率の変化に伴い、試料上でのＸ線マイクロビームの
走査範囲を変えればよい。すなわち、拡大率に反比例し
て、低倍率のときには走査範囲を広く、高倍率のときに
は走査範囲を狭くすればよい。また、（先に述べたよう
に）Ｘ線マイクロビーム照射位置の移動を一定間隔で行
う場合には、この走査範囲の変更に伴い移動間隔を変化
させることはいうまでもない。走査範囲の設定，制御あ
るいは移動間隔の変更は、設定・制御手段を用いてビー
ム走査手段を制御することにより行われる。

【００１４】

【作用】本発明では、イメージングにより試料に関する
各種の像を得ることができる。さらに、この像の拡大率
を外部から設定，変更できるため、分析領域の把握，設
定を正確かつ容易に行うことができる。

【００１５】

【実施例】

＜実施例１＞図１に最も基本的な実施例を示した。本実
施例では、高加速の電子線が偏向装置１を介してターゲ
ット２上に集束，照射されている。この電子線照射によ
り、ターゲット２ではＸ線が発生する。ここで、ターゲ
ット２を薄くしておけば、発生したＸ線はターゲット２
を透過することができる。ターゲット２からのＸ線は光
学系３に入射して、試料４上に集光される。光学系３
は、先に述べたように、反射型光学素子や透過・回折型
光学素子、あるいはこれらを組み合わせた光学系を用い
る。さらに、必要に応じて、これらの光学素子や光学系
にスリットやアパーチャ等を組み合わせることができ
る。

【００１６】試料４のＸ線照射領域からは、電子や光子
などの粒子が放出される。この放出粒子を検出器５を用
いて検出することにより、照射領域内の化学状態や電子
状態の分析が可能になる。コントローラ７は、検出器５
を制御するためのコントローラである。

【００１７】本実施例では、ターゲット２に照射される
電子線の走査が可能である。この電子線の走査により、
ターゲット２上でのＸ線の発生位置（光源位置）を変化
させることができる。この光源位置の変化は、光学系３
により試料４上に縮小投影され、試料４上でＸ線の集光
スポット位置が変化する。すなわち、ターゲット２上で
電子線を走査することにより、Ｘ線マイクロビームで試
料４上を走査することができる。ターゲット２上での電
子線の動き方は、必要に応じて任意の形態が選択できる
ものとする。

【００１８】この電子線の走査は、制御装置６で偏向装
置１を制御することにより行われる。制御装置６から
は、ターゲット２上の、従って試料４上のＸ線マイクロ
ビームの位置に対応する位置信号が、イメージング・処
理装置８へ送り出されている。また、検出器５からの粒
子検出信号も、コントローラ７を経てイメージング・処
理装置８へ入力されている。イメージング・処理装置８
は、これらの両信号をもとに試料４の像を形成する。そ
の像は出力・表示装置９に映し出される。なお、この像
形成（イメージング）に際し、位置信号や粒子検出信号
に対しあらかじめ数学的な処理が必要であるならば、こ
の信号処理もイメージング・処理装置８で行うことが可
能であるとする。

【００１９】出力・表示装置９に映し出された試料像の
拡大率に関しては、入力装置１０を用いて設定，変更可
能である。所望の拡大率を入力装置１０に入力すると、
イメージング・処理装置８において、その拡大率に対応
するＸ線マイクロビームの走査範囲が決定される。さら
に、イメージング・処理装置８は、その走査範囲が達成
されるように、光学系３の縮小率を考慮して電子線のタ
ーゲット２上での走査範囲を決定し（たとえば、Ｘ線マ
イクロビームの走査範囲が１μｍ×１μｍであり、光学
系３の縮小率が１／１０である時には、電子線の走査範
囲は１０μｍ×１０μｍとなる）、電子線の走査に必要
な数値データを制御装置６に送る。制御装置６はこのデ
ータに基づいて偏向装置１を制御し、この結果、ターゲ
ット２上で所望の走査範囲で電子線の走査が行われる。

【００２０】最後に、拡大率の変更に関して詳しく述べ
る。今、拡大率ａに対応する電子線の走査範囲がαμｍ
×βμｍであるとする。この時、拡大率をｎ倍にするた
めには、電子線の走査範囲を(α／ｎ)μｍ×(β／ｎ)μ
ｍにすればよい。上に述べたように、このような計算や
走査に必要な数値データの作成は、イメージング・処理
装置８を用いて行われる。

【００２１】このように、本実施例では、試料のイメー
ジングにおいて装置外部から拡大率の設定，変更が可能
である。この結果、低倍率から高倍率へと順次拡大率を
変えながら試料を観察できるため、分析領域の設定，把
握を容易に行うことができる。

【００２２】＜実施例２＞図２は本発明の第二の実施例
である。本実施例では、Ｘ線の発生に集光されたレーザ
光の照射を用いている。図２では、レーザ１６からのレ
ーザ光が、集光用光学系１５を経て反射鏡１４で反射さ
れて、ターゲット１２に入射している。ターゲット材料
の損傷を低減するため、ターゲット１２はその中心軸の
回りに高速回転している。反射鏡１４は精密微動機構１
３の上に設置されており、精密微動機構１３は紙面に垂
直な軸（回転軸）の回りに微小角の回転、および回転軸
の微少角の傾斜が可能である。これらの回転や傾斜は、
制御装置１７で制御されている。制御装置１７からは、
精密微動機構１３の、従って反射鏡１４の回転角や傾斜
角に対応する信号がイメージング・処理装置８に向け入
力される。

【００２３】この微小角の回転や傾斜により、ターゲッ
ト１２上でのレーザ光の走査が可能である。レーザ光の
走査によりＸ線の発生位置が変化するため、実施例１で
述べたと同様の原理により、Ｘ線マイクロビームで試料
４上を走査できる。Ｘ線マイクロビームの走査範囲の設
定に関しては、実施例１と同じく、入力装置１０で拡大
率を入力すると、イメージング・処理装置８でその拡大
率に対応したレーザ光の走査範囲が決定され、その走査
に必要な数値データが制御装置１７に送られる。制御装
置１７は、このデータに基づきレーザ光を走査する。そ
の他に関しては、実施例１と同じである。

【００２４】図２では、集光用光学系１５はレーザ１６
と反射鏡１４の間に設置されているが、反射鏡１４とタ
ーゲット１２の間にあってもよい。その設置位置は、必
要に応じて任意に設定できるものとする。また、反射鏡
１４の材質や形状に関しても、任意に選択ができるもの
とする。

【００２５】本実施例でも、実施例１と同じく、試料の
イメージングが可能である。また、拡大率の設定，変更
ができるため、分析領域の設定，把握が容易にできる。
さらに、レーザ光を用いてＸ線を発生しているため、Ｘ
線マイクロビームの強度が大きく、Ｓ／Ｎ比の高い分析
が可能である。

【００２６】＜実施例３＞Ｘ線マイクロビームに対して
試料を微小移動することでも、Ｘ線マイクロビームで試
料上を走査することが可能である。図３にこのような場
合の第三の実施例を示した。図では、光源１８からのＸ
線を光学系３を用いて試料４上に集光している。光源
は、先に述べた電子衝撃型Ｘ線源，レーザ照射型Ｘ線
源、あるいはシンクロトロン放射光等でよい。試料４は
精密移動機構１９の上に設置されている。精密移動機構
１９は、光学系３の中心軸に対して直交する平面内で微
小移動が可能である。この移動は制御装置２０により制
御されている。制御装置２０からの精密移動機構１９の
制御信号（従って、試料表面上でのＸ線マイクロビーム
の位置に対応する信号）と、検出機５からの粒子検出信
号とを用いて、試料のイメージングを行う。

【００２７】本実施例でも、拡大率を入力装置１０より
入力する。この入力値をもとに、イメージング・処理装
置８で数値データを作成して制御装置２０に転送する。
制御装置２０は、このデータに基づき精密移動機構１９
の微小移動を行う。その他に関しては、他の実施例と同
じである。

【００２８】本実施例でも、実施例１と同等の効果が得
られる。

【００２９】＜実施例４＞実施例１では、ターゲット２
は薄膜であった。しかし、薄膜以外のターゲットの使用
も可能である。図４にこのような場合の第四の実施例を
示した。

【００３０】図では、偏向装置１を通過した電子線が、
ブロック状のターゲット２１に照射されている。ターゲ
ットの熱損傷を防ぐため、ターゲット２１は水冷されて
いる。ターゲット２１上で発生したＸ線は、光学系３を
用いて試料４上に集光される。実施例１と同じく、偏向
装置１を用いて電子線をターゲット２１上で走査可能で
ある。その他の部分に関しては実施例１と同じである。

【００３１】本実施例では、ブロック状のターゲット２
１を用いているため、ターゲット２１に照射する電子線
の電流密度を大きくすることができる。この結果、ター
ゲット２１上で発生するＸ線の強度を大きくすることが
でき、測定のＳ／Ｎ比を向上させることが可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明では、Ｘ線マイクロビームを用い
た試料のイメージングにおいて、拡大率の設定，変更が
可能である。このため、分析領域の把握を正確かつ容易
に行うことができ、信頼性の高い分析を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置のブロック図。

【図２】本発明の第二の実施例を示す装置のブロック
図。

【図３】本発明の第三の実施例を示す装置のブロック
図。

【図４】本発明の第四の実施例を示す装置のブロック
図。

【符号の説明】

１…偏向装置、２…ターゲット、３…光学系、４…試
料、５…検出機、６…制御装置、７…コントローラ、８
…イメージング・処理装置、９…出力・表示装置、１０
…入力装置、１１…試料移動機構。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線を集光して試料に照射し、照射により
前記試料から放出された粒子を検出するＸ線分析におい
て、前記Ｘ線で前記試料上を走査することにより前記試
料の像の形成が可能であり、この像の拡大率が可変であ
ることを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項２】Ｘ線を集光して試料に照射し、照射により
試料から放出された粒子を検出するＸ線分析において、
前記Ｘ線で前記試料上を走査することにより前記試料の
像の形成が可能であり、この像の拡大率を装置外部より
設定もしくは変更可能としたことを特徴とするＸ線分析
方法。
【請求項３】Ｘ線を集光して試料に照射し、照射により
前記試料から放出された粒子を検出するＸ線分析におい
て、前記Ｘ線で前記試料上を走査することにより前記試
料の像の形成が可能であり、この像の拡大率を低倍率か
ら高倍率へと変化させながら前記試料の位置を修正して
分析領域を設定することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項４】請求項１，２または３において、前記拡大
率の変化が、前記試料上での集光Ｘ線の走査範囲の変化
で達成されるＸ線分析方法。
【請求項５】請求項１，２または３において、前記拡大
率の変化が、前記試料上でのＸ線集光スポットの移動間
隔の変化で達成されるＸ線分析方法。
【請求項６】請求項４または５において、前記走査範囲
の変化および移動間隔の変化が、Ｘ線発生位置の制御さ
れた変化で達成されるＸ線分析方法。
【請求項７】請求項６において、前記Ｘ線発生位置の制
御された変化が、ターゲット上での電子線照射位置の変
化であるＸ線分析方法。
【請求項８】請求項７において、前記電子線照射位置の
変化が、電子線の偏向により行われるＸ線分析方法。
【請求項９】請求項６において、前記Ｘ線発生位置の制
御された変化が、ターゲット上でのレーザ光照射位置の
変化であるＸ線分析方法。
【請求項１０】請求項９において、前記レーザ光照射位
置の変化が、反射鏡によるレーザ光の反射で達成される
Ｘ線分析方法。
【請求項１１】請求項４または５において、前記走査範
囲の変化および移動間隔の変化が、試料上でのＸ線マイ
クロビーム照射位置の制御された変化で達成されるＸ線
分析方法。
【請求項１２】請求項１ないし１１のいずれかにおい
て、検出される粒子が電子もしくは光子であるＸ線分析
方法。
【請求項１３】Ｘ線の発生手段，Ｘ線マイクロビームの
作成手段と試料への照射手段，マイクロビーム照射に伴
い前記試料から放出される粒子の検出手段，前記試料上
でのビーム走査手段，粒子の検出信号をもとに前記試料
に関する各種の像を作成する手段、およびこの像の拡大
率の変更手段を設けたことを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項１４】Ｘ線の発生手段，Ｘ線マイクロビームの
作成手段と試料への照射手段，マイクロビーム照射に伴
い前記試料から放出される粒子の検出手段，前記試料上
でのビーム走査手段，粒子の検出信号をもとに試料に関
する各種の像を作成する手段，この像の拡大率を装置の
外部から設定，変更可能な手段、および試料位置の修正
手段を設けたことを特徴とするＸ線分析装置。
【請求項１５】請求項１３または１４において、前記拡
大率の変更手段が、前記試料上でのＸ線マイクロビーム
の走査範囲を変化させる手段であるＸ線分析装置。
【請求項１６】請求項１３または１４において、前記拡
大率の変更手段が、前記試料上でのＸ線集光スポットの
移動間隔を変化させる手段であるＸ線分析装置。
【請求項１７】請求項１５または１６において、前記走
査範囲および移動間隔を変化させる手段が、Ｘ線発生位
置の制御された変化手段であるＸ線分析装置。
【請求項１８】請求項１７において、前記Ｘ線発生位置
の制御された変化手段が、ターゲット上での電子線照射
位置の変化手段であるＸ線分析装置。
【請求項１９】請求項１８において、前記電子線照射位
置の変化手段が、電子線の偏向手段であるＸ線分析装
置。
【請求項２０】請求項１７において、前記Ｘ線発生位置
の制御された変化手段が、ターゲット上でのレーザ光照
射位置の変化手段であるＸ線分析装置。
【請求項２１】請求項２０において、前記レーザ光照射
位置の変化手段が、反射鏡によるレーザ光の反射である
Ｘ線分析装置。
【請求項２２】請求項１５または１６において、前記走
査範囲および移動間隔を変化させる手段が、前記試料上
でのＸ線マイクロビーム照射位置の制御された変化手段
であるＸ線分析装置。
【請求項２３】請求項１３ないし２２のいずれかにおい
て、検出される粒子が電子もしくは光子であるＸ線分析
装置。