JPH0821807A

JPH0821807A - Ｘ線分析装置

Info

Publication number: JPH0821807A
Application number: JP6155573A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nagata; 浩永田; Hiroshi Nakamura; 浩中村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】走査範囲を拡大・縮小しても走査もれや走査の
重複を招かず、しかも走査範囲の拡大・縮小のほどには
走査時間が変動しないＸ線分析装置を提供する。【構成】Ｘ線マイクロビーム３ａを試料５に照射し、該
Ｘ線ビーム３ａと試料５とのうちの少なくともいずれか
一方をＸ線ビーム３ａの光軸と交差する方向にステップ
状に移動して試料５上での前記Ｘ線ビーム３ａの照射位
置を走査させ、前記試料５から放出される光又は電子を
検出するＸ線分析装置において、前記試料５上でのＸ線
ビーム３ａの走査する範囲を広狭設定可能に構成し、設
定した走査範囲の広狭に応じて、前記試料５上でのＸ線
ビーム３ａの光径と前記走査ステップの幅とを変更した
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物質の微小な部分をＸ
線マイクロビームによって分析する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の微細化や複合材料の開発に
ともなって、物質の微小部分での化学状態や電子状態の
分析への要求が高まり、Ｘ線マイクロビーム分析がその
有力な手段として開発されつつある。たとえば放射光を
Ｘ線源とする走査型光電子分析について、Nuclear Inst
ruments and Methods in Physics Research A319 (199
2) 311に解説があり、試料台を機械的に走査して像を得
る方法が述べられている。微小部分の分析においては、
まず広い範囲で物質を見、その結果に基づいて対象とす
る部分を絞りこんでいくのが適切である。このためには
分析している領域がどこかがわかり、またどこに分析領
域を設定するかが決められないといけない。こうした分
析領域の把握あるいは設定は、試料を機械的に走査する
場合にはその走査制御信号により行うことができ、また
Ｘ線ビームを走査する場合にはＸ線を発生させるターゲ
ット上のレーザービームや電子線の位置の走査制御信号
により、行うことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＸ線マ
イクロビーム分析においては、Ｘ線ビーム径を変えるこ
とは行われていなかった。たとえば走査ステップ幅が固
定であって、そのステップ幅にあわせたＸ線ビーム径を
持っていた。この場合、走査する範囲を広くするとそれ
に応じて走査時間も、走査範囲の面積に比例して増大し
た。これに対して走査範囲によらずに走査時間を一定と
するために、走査ステップ幅を変える方法が考えられて
いるが、この場合もＸ線ビームの寸法は一定であり、走
査範囲を拡大すると走査範囲のなかに走査されない部分
が残ってしまったり、走査範囲を縮小すると走査される
部分が重なって、空間分解能は良くならないという問題
が生じていた。本発明の目的は、走査範囲を拡大・縮小
しても走査もれや走査の重複を招かず、しかも走査範囲
の拡大・縮小のほどには走査時間が変動しないＸ線分析
装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものであり、すなわちＸ線マイクロ
ビームを試料に照射し、該Ｘ線ビームと試料とのうちの
少なくともいずれか一方をＸ線ビームの光軸と交差する
方向にステップ状に移動して試料上でのＸ線ビームの照
射位置を走査させ、試料から放出される光又は電子を検
出するＸ線分析装置において、試料上でのＸ線ビームの
走査する範囲を広狭設定可能に構成し、設定した走査範
囲の広狭に応じて、試料上でのＸ線ビームの光径と走査
ステップの幅とを変更したことを特徴とするＸ線分析装
置である。

【０００５】

【作用】本発明によれば、走査範囲をより広く設定した
ときには、Ｘ線ビームの光径はより大きくなり、走査ス
テップ幅もより大きくなる。したがって走査範囲をより
広く設定してもその変化率ほどには走査時間は長くなら
ず、且つ走査もれや走査の重複を招くことがない。

【０００６】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１に示す。本実施
例のＸ線源１はレーザープラズマＸ線源によって構成さ
れており、すなわちレーザー発生装置１ａによって発生
したレーザー光１ｂを照明光学系１ｃによってレーザー
ビーム１ｄに集光し、このレーザービーム１ｄをターゲ
ット１ｅに照射してＸ線３を発生させている。Ｘ線源１
によって発生したＸ線３は、集光光学系４によってＸ線
ビーム３ａに集光されて、試料ステージ６に搭載された
試料５に照射される。試料５から放出されるＸ線、光子
などの光や電子などは検出器７によって検出され、検出
器７によって検出されたデータは制御・処理部８に送ら
れて処理される。試料ステージ６は、Ｘ線ビーム３ａの
光軸と直交し、且つ互いに直交するｘ方向とｙ方向に移
動可能に構成されており、こうしてｘ方向とｙ方向との
移動範囲、すなわち２次元の走査範囲内での試料５から
のＸ線、光子、電子などを検出して、２次元の像を得ら
れるように構成されている。この試料ステージ６の走査
範囲は、最小走査範囲と最大走査範囲との間で可変設定
可能に構成されている。

【０００７】Ｘ線源１の照明光学系１ｃは、図中に矢印
Ａで示したように照明光学系１ｃの光軸に沿って、一定
範囲にわたって移動できるように構成されている。この
結果、照明光学系１ｃの移動に伴ってターゲット１ｅ上
でのレーザービーム１ｄはぼけるから、その光径は変化
する。更にターゲット１ｅから生じるＸ線３の光径は照
射するレーザービーム１ｄの径とほぼ同じであるから、
ターゲット１ｅから生じるＸ線３の光径も変化し、結
局、試料５上でのＸ線ビーム３ａの光径も変化する。こ
うして照明光学系１ｃの一定範囲にわたる移動に伴っ
て、試料５上でのＸ線ビーム３ａの光径は最小光径と最
大光径との間を変化し、試料５上でのＸ線ビーム３ａの
光径が必要とする最小光径と最大光径との間で変化でき
るように、照明光学系１ｃの倍率と移動範囲が選定され
ている。

【０００８】この照明光学系１ｃの移動は、前記した試
料ステージ６の走査範囲の設定に連動するように、制御
・処理部８によって制御されており、すなわち試料の走
査範囲を最小としたときには、これに応じて試料５上で
のＸ線ビーム３ａも最小光径となり、走査範囲を最大と
したときには最大光径となるように制御されている。更
に本実施例では、試料の走査面積Ａをその最小値Ａ₀の
ｎ倍に設定したときには、これに比例して試料５上での
Ｘ線ビーム３ａの断面積Ｓもその最小値Ｓ₀のｎ倍とな
り、すなわちＳ＝Ｓ₀・（Ａ／Ａ₀）となるように、換言
すれば、試料５上でのＸ線ビーム３ａの光径ｄがその最
小値ｄ₀のｎ^1/2倍となり、すなわちｄ＝ｄ₀・（Ａ／
Ａ₀）^1/2となるように、照明光学系１ｃの移動が制御さ
れている。他方、試料ステージ６の移動は、レーザー発
生装置１ａによるレーザー光１ｂのパルス発光と同期し
てステップ状に移動し、ｘ方向とｙ方向との走査ステッ
プ幅Δｘ、Δｙは等しい。更に試料の走査面積Ａの設定
に応じて定まる試料５上でのＸ線ビーム３ａの光径ｄと
等しくなるように、すなわちΔｘ＝Δｙ＝ｄとなるよう
に、制御・処理部８によって制御されている。

【０００９】本実施例は以上のように構成されており、
試料５の走査範囲を定めて分析を行うと、試料５は入射
したＸ線ビーム３ａに対して、試料５中に含まれる物質
に特有の蛍光Ｘ線、光電子などの光子、電子を放出する
から、これを検出器７によって検出することにより、物
質やその化学結合状態の同定、量の測定といった分析を
行うことができる。しかして本実施例では、分析にあた
って試料の走査範囲を定めると、これに比例して試料５
上でのＸ線ビーム３ａの断面積が変化し、１回の分析領
域Δｘ・Δｙも試料の走査範囲に比例して変化するか
ら、データー収集にぬけが無くかつ無用な重なりのない
Ｘ線分析を行うことができる。

【００１０】なお本実施例では、レーザービーム１ｄの
光径はレーザー光１ｂの集光のぼけを利用して変えてい
る。ターゲット１ｅによるＸ線３への変換効率は、単位
面積あたりのレーザービーム１ｄの強度に必ずしも正比
例しないから、試料５上での１回の分析領域Δｘ・Δｙ
あたりのＸ線量を一定にしようとするときには、ターゲ
ット１ｅ上でのレーザービーム１ｄの面積に応じてレー
ザー光１ｂの強度も変えることが望ましい。こうして試
料５上での１回の分析領域Δｘ・ΔｙあたりのＸ線量を
ほぼ一定にしたときには、分析対象が一様に分布してい
る試料では、走査範囲の広狭によらず測定に要する時間
がほぼ一定となる。他方、試料５上での単位面積あたり
のＸ線強度が一定となるように、レーザー発生装置１ａ
の出力を変化させることもできる。

【００１１】レーザープラズマＸ線源のターゲット１ｅ
は、同じ部分に多数のパルスを照射できず、１パルスあ
るいは数パルスごとにレーザービーム１ｄの照射位置を
変える必要がある。このためターゲット１ｅは並進ある
いは回転移動できるようになっている。飛散粒子を減ら
すためには、テープ状のターゲット１ｅを動かすのがよ
い。これらの移動機構については不図示としたが、制御
・処理部８からの信号で動作させる。Ｘ線３の集光光学
系４としては、回折を利用するゾーンプレート、多層膜
をコートした反射鏡、全反射で用いる斜入射反射鏡など
が利用できる。ゾーンプレート、多層膜反射鏡は分光フ
ィルターとしても作用するので、Ｘ線源１からのＸ線３
の波長分布にあわせたものを用いればよい。また２次元
の像を得る方法は本実施例に限らず、レーザービーム１
ｄのターゲット１ｅへの照射位置を移動させるのでもよ
い。この場合は、照明光学系１ｃにレーザービーム１ｄ
を振るための振動ミラーを追加し、レーザー光１ｂのパ
ルス発光にあわせて振動させればよい。

【００１２】また本実施例では、試料５上でのＸ線ビー
ム３ａの断面積が、試料の走査面積に比例するように制
御したが、両者の関係は必ずしも比例させる必要はな
く、後者が増大したときに前者も増大すればよい。例え
ば試料５上でのＸ線ビーム３ａの断面積が、試料５の走
査面積の平方根に比例するように制御することもでき
る。これに対して走査ステップ幅Δｘ、Δｙは、試料５
上でのＸ線ビーム３ａの光径ｄに比例させ、更には一致
させることが好ましい。更に本実施例では２次元の像を
得るために試料ステージ６をｘ方向とｙ方向との２方向
に移動したが、試料ステージ６を１方向にのみ移動して
１次元の像を得ることもでき、そのときも本実施例と同
様に、１次元の走査範囲に応じてＸ線ビーム３ａの光径
を変更させ、この光径に応じて走査ステップ幅を変更す
ることができる。

【００１３】次に図２は第２実施例を示す。上記第１実
施例では、ターゲット１ｅに照射するレーザービーム１
ｄの光径の変更を、照明光学系１ｃを移動することによ
って行ったが、この第２実施例では、ターゲット１ｃの
共役な位置にレーザー光１ｂの絞り１ｆを配置し、絞り
１ｆの口径を変更することによって、ターゲット１ｅに
照射するレーザービーム１ｄの光径を変更するように構
成している。絞り１ｆの口径は、レーザービーム１ｄの
光径と照明光学系１ｃの倍率とから定めることができ
る。本実施例ではレーザービーム１ｄの光径を絞り１ｆ
の口径の拡縮で変えているので、レーザー発生装置１ａ
の出力が一定である限り、絞り１ｆの口径を変えてもタ
ーゲット１ｅ上での単位面積あたりのレーザービーム１
ｄの強度は変わらず、したがって試料５上での単位面積
あたりのＸ線強度も一定となる。一方、走査範囲によら
ず１回の分析領域あたりのＸ線量を一定にするならば、
絞り１ｆの口径を拡大するに従ってレーザー発生装置１
ａの出力を減少すればよい。

【００１４】次に図３は第３実施例を示す。上記第１及
び第２実施例では、Ｘ線源としてレーザープラズマＸ線
源を用いたが、この第３実施例のＸ線源２は、電子線励
起Ｘ線源を用いたものであり、すなわちターゲット２ｃ
に電子線２ｂを照射してＸ線３を発生させる方式のＸ線
源である。ここで電子銃２ａの偏向電場あるいは磁場を
かえることにより、ターゲット２ｃ上での電子線２ｂの
照射領域を変えることができる。これによりＸ線３の光
径を変更することができ、したがって走査範囲にあわせ
た光径のＸ線ビーム３ａを得ることができる。この場
合、電子線２ｂの電流値を一定とすれば、走査範囲によ
らず１回の分析領域あたりのＸ線量はほぼ一定となるか
ら、分析対象が一様に分布している試料では走査範囲の
広狭によらず測定に要する時間をほぼ一定とすることが
できる。また電子線２ｂの電流値を変えることにより、
試料５上での単位面積あたりのＸ線強度を一定とするこ
ともできる。本実施例ではＸ線源のターゲット２ｃは薄
膜であり、裏面からの電子線２ｂの照射により前方に放
射されるＸ線３を利用する配置としたが、電子線２ｂ照
射方向は斜め前方からのものであってもよい。また２次
元像を得る方法は、図示したように試料ステージ６を移
動するものに限定されず、電子線２ｂを走査してＸ線３
を移動させるものであってもよい。

【００１５】次に図４は第４実施例を示す。上記第１、
第２及び第３実施例では、Ｘ線源１から放出されるＸ線
３の光径を変更することにより、試料５上でのＸ線ビー
ム３ａの光径を変更したが、この第４実施例は、図中に
矢印Ｂで示したように、集光光学系４をＸ線ビーム３ａ
の光軸に沿って移動することにより、試料５上でのＸ線
ビーム３ａの光径を変更したものである。したがってＸ
線源１については特にレーザープラズマＸ線源である必
要はなく、電子線励起Ｘ線源など他の方式であってもよ
い。本実施例では集光のぼけを利用して試料５上でのＸ
線ビーム３ａの光径を変更しているから、１回の分析領
域あたりのＸ線量は変わらない。他方、Ｘ線源のレーザ
ー出力などを変えることにより、試料５上での単位面積
あたりのＸ線強度を一定とすることもできる。なお集光
光学系４は、集光位置からずれた時にＸ線ビーム３ａに
欠けが出ないことが好ましく、したがってゾーンプレー
トや全反射のカークパトリック・ベッツ鏡などが適して
いる。ウォルター鏡や多層膜を用いたシュバルツシルド
鏡を用いるときには、部分開口で用いればよい。

【００１６】次に図５は第５実施例を示す。上記第４実
施例では、集光光学系４をＸ線ビーム３ａの光軸に沿っ
て移動することにより、試料５上でのＸ線ビーム３ａの
光径を変更したが、この第５実施例は、図中に矢印Ｃで
示したように、試料ステージ６をＸ線ビーム３ａの光軸
に沿って移動することにより、試料５上でのＸ線ビーム
３ａの光径を変更したものである。本実施例でも集光の
ぼけを利用して試料５上でのＸ線ビーム３ａの光径を変
更しているから、１回の分析領域あたりのＸ線量は変わ
らない。他方、Ｘ線源のレーザー出力などを変えること
により、試料５上での単位面積あたりのＸ線強度を一定
とすることもできる。なお試料ステージ６をＸ線ビーム
３ａの光軸に沿って移動すると、Ｘ線ビーム３ａが照射
される試料５上の位置と検出器７が見込む試料５上の位
置とがずれてくるが、実際にはその差は小さく、検出器
７の向きは変えなくとも問題はない。また集光光学系４
については、上記第４実施例と同様に集光位置からずれ
た時にＸ線ビーム３ａに欠けが出ないものを用いること
が好ましい。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、走査範囲の設定に応じてＸ線
ビームの光径とその走査ステップ幅とを変更するもので
あるから、走査範囲の広狭によらずに走査時間をほぼ一
定とすることができ、且つ走査範囲に対して抜けや重複
のないＸ線分析装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す説明図

【図２】第２実施例を示す説明図

【図３】第３実施例を示す説明図

【図４】第４実施例を示す説明図

【図５】第５実施例を示す説明図

【符号の説明】

１，２…Ｘ線源１ａ…レーザー発生装置
１ｂ…レーザー光１ｃ…照明光学系１ｄ…レーザービーム
１ｅ…ターゲット１ｆ…絞り２ａ…電子銃
２ｂ…電子線２ｃ…ターゲット３…Ｘ線
３ａ…Ｘ線ビーム４…集光光学系５…試料
６…試料ステージ７…検出器８…制御・処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線マイクロビームを試料に照射し、該Ｘ
線ビームと試料とのうちの少なくともいずれか一方をＸ
線ビームの光軸と交差する方向にステップ状に移動して
試料上での前記Ｘ線ビームの照射位置を走査させ、前記
試料から放出される光又は電子を検出するＸ線分析装置
において、前記試料上でのＸ線ビームの走査する範囲を広狭設定可
能に構成し、設定した走査範囲の広狭に応じて、前記試料上でのＸ線
ビームの光径と前記走査ステップの幅とを変更したこと
を特徴とするＸ線分析装置。
【請求項２】前記試料上でのＸ線ビームを、該Ｘ線ビー
ムの光軸と交差する２方向に移動することにより、走査
範囲を２次元とした請求項１記載のＸ線分析装置。
【請求項３】前記試料上でのＸ線ビームの断面積の、基
準値に対する変化率を、前記設定した走査範囲の面積
の、基準値に対する変化率と、同一に形成した請求項２
記載のＸ線分析装置。
【請求項４】前記Ｘ線ビームは、Ｘ線源から放出される
Ｘ線を集光光学系によって集光したものであり、前記Ｘ線源から放出される前記Ｘ線の光径を変更するこ
とにより、前記試料上でのＸ線ビームの光径を変更した
請求項１、２又は３記載のＸ線分析装置。
【請求項５】前記Ｘ線源が、ターゲットにレーザービー
ムを照射してＸ線を発生させるものであり、前記ターゲット上での前記レーザービームの光径を変更
することにより、前記Ｘ線源から放出されるＸ線の光径
を変更した請求項４記載のＸ線分析装置。
【請求項６】前記レーザービームが、照明光学系によっ
てレーザー光を集光したものであり、前記照明光学系を前記レーザー光の光軸方向に移動する
ことにより、前記ターゲット上での前記レーザービーム
の光径を変更した請求項５記載のＸ線分析装置。
【請求項７】前記レーザービームが、絞りを有する照明
光学系によってレーザー光を集光したものであり、前記絞りを拡縮することにより、前記ターゲット上での
前記レーザービームの光径を変更した請求項５記載のＸ
線分析装置。
【請求項８】前記Ｘ線源が、ターゲットに電子線を照射
してＸ線を発生させるものであり、前記ターゲット上での前記電子線の照射領域を変更する
ことにより、前記Ｘ線源から放出されるＸ線の光径を変
更した請求項４記載のＸ線分析装置。
【請求項９】前記Ｘ線ビームは、Ｘ線源から放出される
Ｘ線を集光光学系によって集光したものであり、前記集光光学系を前記Ｘ線ビームの光軸方向に移動する
ことにより、前記試料上でのＸ線ビームの光径を変更し
た請求項１、２又は３記載のＸ線分析装置。
【請求項１０】前記試料を前記Ｘ線ビームの光軸方向に
移動することにより、前記試料上でのＸ線ビームの光径
を変更した請求項１、２又は３記載のＸ線分析装置。