JPH0961384A - 電子線マイクロアナライザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子線マイクロアナライザにおいて、分析点
からの反射光の光量にかかわらず試料ステージのＺ軸方
向の制御を行う。 【解決手段】 試料Ｓに電子線を照射することによって
試料分析を行う電子線マイクロアナライザにおいて、３
次元的な位置制御が可能な試料ステージ１と、試料の分
析点に光照射を行う光照射手段８と、分析点における光
信号を検出し、該光信号に応じて試料ステージ１のＺ軸
方向の位置制御を行うとともに、該光信号の光量が所定
範囲内となるよう光照射手段８の光照射量を制御する制
御手段３、７とを備える。電子線の照射位置への分析点
の位置決めは、試料ステージ１のＸ軸方向およびＹ軸方
向の移動によって行い、分析点における焦点位置の制御
は、光信号に応じて試料ステージ１のＺ軸方向の位置制
御により行う。光照射手段の光照射量は、分析点におけ
る光信号が所定範囲内となるようを制御手段７によって
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線マイクロア
ナライザに関し、特に、試料ステージのＺ軸方向の位置
決めに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線マイクロアナライザや走査電子顕
微鏡等の電子線を用いた装置によって試料の分析を行う
場合、試料を保持する試料ステージを３次元的に位置制
御することによって、面分析や線分析を行っている。こ
の３次元的に位置制御において、試料ステージをＸ，Ｙ
軸方向に走査することによって２次元的な位置決めを行
い、さらにＺ軸方向に移動することによって電子線の焦
点調整を行っている。

【０００３】従来、分析点を観察する光学顕微鏡が受光
する光信号を例えばＣＣＤカメラ等によって検出し、こ
の光信号に基づいてフォーカス制御を行ってＺ軸方向の
位置決めを行う技術が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電子線マイクロアナライザでは、分析点からの反射光量
によっては、充分なフォーカス制御を行うことができ
ず、正確なＺ軸方向の位置決めを行うことができないと
いう問題点がある。

【０００５】一般に、試料の分析面は、その表面形状が
曲面形状や凹凸面であったり、また、種々の色調のもの
がある。そのため、分析試料面からの反射光は表面形状
や色調によって影響される。一方、分析点からの光信号
に基づくフォーカス制御は、該制御が機能するに適した
光量範囲があり、この光量範囲外の受光量については充
分なフォーカス制御を行うことができない。そのため、
従来の電子線マイクロアナライザにおいては、試料ステ
ージのＸ，Ｙ軸方向に走査により電子線が分析点上に位
置決めされている場合であっても、分析点からの反射光
の光量が不足していたりあるいは過剰である場合には、
フォーカス制御を打切って試料ステージのＺ軸方向の制
御を中止し、直前のＺ軸方向の位置に保持する制御を行
っている。そのため、このような場合には、正確なＺ軸
方向の位置決めを行うことができない可能性がある。

【０００６】そこで、本発明は前記した従来の電子線マ
イクロアナライザの問題点を解決し、分析点からの反射
光の光量にかかわらず試料ステージのＺ軸方向の制御を
行うことができる電子線マイクロアナライザを提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、試料に電子線
を照射することによって試料分析を行う電子線マイクロ
アナライザにおいて、３次元的な位置制御が可能な試料
ステージと、試料の分析点に光照射を行う光照射手段
と、分析点における光信号を検出し、該光信号に応じて
試料ステージのＺ軸方向の位置制御を行うとともに、該
光信号の光量が所定範囲内となるよう光照射手段の光照
射量を制御する制御手段とを備えることによって、前記
目的を達成する。

【０００８】本発明の試料ステージは、Ｘ，Ｙ軸方向に
走査するとともに、Ｚ軸方向の移動して３次元的な位置
制御が可能なものであり、このＺ軸方向の移動により光
学顕微鏡のフォーカス制御を行う。

【０００９】試料の分析面は、その表面形状や色調等に
よって、光学顕微鏡に入射する反射光の光量が変化す
る。本発明の電子線マイクロアナライザは、このような
反射光の光量がフォーカス制御に支障をきたす場合に、
光照射手段の光照射量を制御して分析点からの反射光を
充分な光量とし、これによって、試料ステージのＺ軸方
向の適切な制御を行わせるのものである。

【００１０】本発明の第１の実施態様は、光照射手段は
光源と光源からの透過光の光量を調整するスリットを備
え、制御手段からの信号によってスリットを切り換える
ことによって光照射量の制御を行うことができる。

【００１１】本発明の第２の実施態様は、光量調整を行
うスリットをスリット幅の異なる複数の切り欠き部を備
えた遮光部材とするものであり、これによって、設定し
た光照射量の調整を行うことができる。

【００１２】本発明の第３の実施態様は、光量調整を行
うスリットをスリット幅が連続的に変化する切り欠き部
を備えた遮光部材とするものであり、これによって、連
続的な光照射量の調整を行うことができる。

【００１３】本発明の第４の実施態様は、光量検出を光
学顕微鏡が備えたＣＣＤカメラ等の撮像手段により行う
ものであり、これによって、分析点の反射光の光量変化
をＣＣＤカメラの信号強度として検出することができ
る。

【００１４】本発明の第５の実施態様は、該光量に応じ
た試料ステージのＺ軸方向の位置制御を、ＣＣＤカメラ
の信号を用いたオートフォーカス制御により行うもので
あり、これによって、フォーカス制御を自動で行うこと
ができる。

【００１５】本発明の第６の実施態様は、受光した光量
が所定の最小光量より小さい場合には光照射手段の光照
射量を増加させ、受光した光量が所定の最大光量より大
きい場合には光照射手段の光照射量を減少させる制御を
行うものであり、これによって、光照射量を所定の最小
光量と所定の最大光量との間で定まる所定範囲内に設定
することができる。

【００１６】本発明の電子線マイクロアナライザにおい
て、試料ステージをＸ軸方向およびＹ軸方向に移動し
て、電子線の照射位置に分析点を位置決めする。分析点
における焦点位置の制御は、光学顕微鏡が持つ撮像手段
のオートフォーカス制御により行う。このオートフォー
カス制御は、ＣＣＤカメラ等の撮像手段からの信号によ
って検出した光信号に基づいて、周知のオートフォーカ
ス制御によって行うことができる。

【００１７】また、この受光量が、オートフォーカス制
御を行うことができる所定の光量範囲内か否かを判定
し、光量範囲内の場合にはオートフォーカス制御を行っ
て分析点におけるＺ軸方向の位置決めを行い、光量範囲
外の場合には光照射手段の光照射量を増加，減少するこ
とによって光量範囲内とし、その後オートフォーカス制
御を行って分析点におけるＺ軸方向の位置決めを行う。
これによって、分析点における３次元的位置決めを行う
ことができ、電子線照射による分析データを得ることが
できる。

【００１８】さらに、試料ステージをＸ軸方向およびＹ
軸方向の走査によって他の分析点への移動を行い、同様
の動作によって３次元的位置決めを行い、電子線照射に
よる分析を繰り返すことによって試料の面分析，線分析
を行うことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。 （本発明の実施の形態の構成）本発明の実施の一形態の
構成例について、図１を用いて説明する。図１は本発明
の電子線マイクロアナライザの一実施例の構成を説明す
るブロック図である。図１において、電子線マイクロア
ナライザは、３次元的な位置制御が可能な試料ステージ
１と、試料Ｓの分析点に光照射を行う光照射手段８と、
分析点における光信号を検出し、該光信号に応じて試料
ステージ１のＺ軸方向の位置制御を行うとともに、該光
信号の光量が所定範囲内となるよう光照射手段８の光照
射量を制御する制御手段とを備えている。制御手段は、
試料ステージ制御手段３とオートフォーカス制御手段７
とを含んでおり、この内、試料ステージ制御手段３はＸ
／Ｙ軸制御部３１およびＺ軸制御３２を備えている。

【００２０】試料ステージ１は、分析試料Ｓを支持する
とともに、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の３次元的に走査および移
動が可能であり、Ｘ，Ｙ軸方向の走査は、例えばＸ／Ｙ
軸パルスモータ１１により行い、Ｚ軸方向の移動は、例
えばＺ軸パルスモータ１２により行う。

【００２１】この試料ステージ１の各Ｘ／Ｙ軸パルスモ
ータ１１およびＺ軸パルスモータ１２の駆動は、試料ス
テージ制御手段３が備えるＸ／Ｙ軸制御部３１およびＺ
軸制御部３２からの制御信号により駆動されるパルスモ
ータ駆動手段２によって行われる。

【００２２】Ｘ／Ｙ軸制御部３１は、例えば設定した走
査領域に応じてＸ軸およびＹ軸の移動量および移動方向
を定め、この移動量を実施するパルス制御信号と移動方
向を制御する駆動方向制御信号をパルスモータ駆動手段
２に送信する。また、Ｚ軸制御部３１は切り換え部３３
を備え、外部制御信号と内部制御信号を切り換えて出力
する。外部制御信号を出力する場合には、図示しない入
力手段から移動量を定めるパルス制御信号と移動方向を
定める駆動方向制御信号を入力し、この制御信号によっ
て任意にＺ軸方向に移動する。また、内部制御信号を出
力する場合には、オートフォーカス制御手段７から入力
される移動量を定めるパルス制御信号と移動方向を定め
る駆動方向制御信号をパルスモータ駆動手段２に出力す
る。

【００２３】また、電子線マイクロアナライザは、図示
していない電子線照射機構からの照射電子線によって、
分析試料Ｓの分析点から放出されるＸ線を検出するＸ線
検出手段４を備えている。また、この分析点の光学像
は、図示していない光学顕微鏡によって観察することが
でき、該光学顕微鏡に設けたＣＣＤカメラ等の撮像手段
６によってミラー５を介して受像し、ビデオ信号として
取り出すことができる。また、この分析点は光照射手段
８からの光によって照明されている。

【００２４】また、撮像手段６からのビデオ信号は、オ
ートフォーカス制御手段７に入力され、試料ステージ制
御手段３のＺ軸制御部３２により試料ステージ１をＺ軸
方向に移動して、分析点における焦点調整に用いられ
る。このオートフォーカス制御手段７による焦点調整
は、分析試料Ｓの分析点と撮像手段６との間の距離を焦
点距離に合わせる制御を行うことによって、分析試料Ｓ
の分析点とＸ線検出手段４との距離を分析に適した一定
距離とする制御であり、ビデオ信号の信号強度のピーク
位置を焦点位置として求める等の通常知られたオートフ
ォーカスの手法を適用することができる。

【００２５】また、本発明の電子線マイクロアナライザ
が備えるオートフォーカス制御手段７は、撮像手段６に
入射される光量に応じて光照射手段８を制御する機構を
備えている。該光照射手段８を制御する機構は、撮像手
段６からのビデオ信号の信号強度とあらかじめ設定して
ある基準値とを比較し、その比較結果に応じて光照射手
段８が照射する光量の調整を行う機構である。例えば、
オートフォーカス制御を行うことができる光照射量の最
小光量と最大光量を基準値とし、ビデオ信号の信号強度
が最小光量の基準値より小さい場合には光照射手段８の
照射光量を増大させ、ビデオ信号の信号強度が最大光量
の基準値より大さい場合には光照射手段８の照射光量を
減少させる。これによって、分析点における光信号をオ
ートフォーカス制御を行うことができる光量とすること
ができる。

【００２６】また、光照射手段８は、例えば光源８１と
スリット機構およびスリットモータ８２により構成する
ことができ、オートフォーカス制御手段７からの制御信
号によってスリットモータ８２を駆動することにより、
光照射手段８が照射する光量を制御する。

【００２７】図２は本発明の光照射手段を説明するため
の図であり、図３は本発明の光照射手段のスリット機構
を説明するための図である。図２に示す光照射手段は、
光源８１とスリット幅が異なる複数のスリット８４を有
したスリット機構８３とスリット機構８３を駆動するス
リットモータ８２を備えている。スリット８４はスリッ
トモータ８２の駆動によって選択され、スリット機構８
３を介して照射される光量は選択されたスリットの幅に
より調整される。図３（ａ）はスリット機構８３の一例
であり、円盤状の遮光板の円周方向に幅の異なるスリッ
ト８４を設けて形成し、スリットモータ８２を間欠的に
駆動して使用するスリット８４を選択する。また、図３
（ｂ）はスリット機構８３の他の例であり、円盤状の遮
光板の円周方向に幅を連続的に異なさせたスリット８５
を形成し、スリットモータ８２を連続的あるいは間欠的
に駆動してスリット８５の幅を調整する。図３（ｂ）の
スリット機構８３の場合には、照射光量を連続的に変化
させることができる。

【００２８】（本発明の実施の形態の動作）次に、本発
明の実施の形態の動作について、図４〜図８の本発明の
電子線マイクロアナライザの動作を説明するための図を
用いて説明する。はじめに、オートフォーカス制御につ
いて図４を用いて説明する。図４において、試料面Ｐ
（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）は試料ステージのＸ軸方向，およ
びＹ軸方向の移動によって走査される。ここでは一例と
してＸ軸方向にＰ１，Ｐ２，Ｐ３の順で移動する場合を
示している。試料面Ｐ上の走査線が破線で示されるよう
に凹凸を有している場合、走査中に分析点は常に光学顕
微鏡の焦点位置にある必要がある。

【００２９】一般に、光学顕微鏡は固定位置にあるた
め、光学顕微鏡と分析点との距離を一定距離とするため
には、試料ステージをＺ軸方向に移動する必要がある。
この試料ステージのＺ軸方向の移動は、オートフォーカ
ス制御によって行う。試料ステージは、光学顕微鏡の撮
像手段からのビデオ信号等の画像信号に基づいて合焦が
行われるようＺ軸方向に移動される。例えば、試料面Ｐ
がＰ１の位置の場合には、走査線上の分析点Ａ１で合焦
し、走査によって試料面ＰがＰ２の位置に移動した場合
（図中の矢印ａ参照）には、試料ステージは図中の矢印
ｂの方向に移動して走査線上の分析点Ｂ２で合焦する。
さらに、走査によって試料面ＰがＰ３の位置に移動した
場合（図中の矢印ｃ参照）には、試料ステージは図中の
矢印ｄの方向に移動して走査線上の分析点Ｃ３で合焦す
る。

【００３０】次に、分析点における光量が上記のオート
フォーカス制御を行うには不適当である場合のオートフ
ォーカス制御手段７の動作について図５のフローチャー
トに従って説明する。はじめに、試料ステージ１をＸ軸
方向およびＹ軸方向に移動してＸ，Ｙ方向の走査を行
い、分析点への２次元の移動を行う（ステップＳ１）。
同時に撮像手段６は、ビデオ信号の信号強度による焦点
合わせのオートフォーカス制御を行う。このとき、オー
トフォーカス制御手段７は、ビデオ信号の信号強度がオ
ートフォーカス制御を行うに適当な強度であるかを判定
して、分析点における光量が適量であるか否かの判定を
行う。この判定は、例えばオートフォーカス制御に要す
る最大光量と最小光量を基準値として、ビデオ信号の信
号強度を比較することによって行うことができる（ステ
ップＳ２）。

【００３１】分析点での光量が不足の場合には、光照射
手段８のスリットモータ８２に対して光量を増す方向の
制御信号を送って、分析点での光量を増加させる（ステ
ップＳ３）。また、分析点での光量が過剰の場合には、
光照射手段８のスリットモータ８２に対して光量を減ら
す方向の制御信号を送って、分析点での光量を減少させ
る（ステップＳ４）。

【００３２】前記ステップＳ３，ステップＳ４により光
量が適量の範囲内となった場合には、前記したオートフ
ォーカス制御によって焦点合わせを行って（ステップＳ
５）、Ｘ線検出手段４による分析を行う（ステップＳ
６）。この過程を走査が終了するまで繰り返す（ステッ
プＳ７）。

【００３３】図６は分析点での光量が不足の場合におけ
るオートフォーカス制御手段７での照明強度の制御を説
明する図である。光照射手段８による照明強度の制御の
調整量は任意に設定することができ、図６（ａ）は小さ
な調整量の場合を示し、図６（ｂ）は大きな調整量の場
合を示している。

【００３４】図６（ａ）は小さな調整量の場合には、分
析点における光量が試料表面の表面形状や色調等によっ
て減少し、この光量が最小光量を下回ったとき、オート
フォーカス制御手段７はスリットモータ８２を駆動して
より透過量の大きなスリットとして照明強度を上げる。
この操作によっても光量が不十分な場合には、さらによ
り透過量の大きなスリットとして照明強度を上げ、これ
を繰り返して光量が最小光量以上に留まるまで行う。

【００３５】また、図６（ｂ）は大きな調整量には、分
析点における光量が最小光量を下回ったとき、オートフ
ォーカス制御手段７はスリットモータ８２を駆動して透
過量の充分大きなスリットとして照明強度を上げ、光量
を最小光量以上とする。なお、この照明強度の上昇分
は、最大光量と最小光量の差以内の適当な大きさとす
る。

【００３６】図７は分析点での光量が過剰な場合におけ
るオートフォーカス制御手段７での照明強度の制御を説
明する図であり、図７（ａ）は小さな調整量の場合を示
し、図７（ｂ）は大きな調整量の場合を示している。こ
の場合の動作は、図６で示した分析点での光量が不足の
場合の動作と比較して、最小光量が最大光量となり、制
御方向が逆となるでけでほぼ同様であるため説明を省略
する。

【００３７】図８，図９を用いて、試料表面の凹凸によ
る光量変化に基づく照明強度の制御の一例について説明
する。試料表面に図８に示すような凹部があり、試料を
矢印ａの方向に走査すると、分析点は破線の矢印ｂに沿
って移動する。図９（ａ）は、このときの試料表面の高
さ変化の概略を示している。このとき、光照射手段８か
らの照射光量の制御を行わず一定の光量を照射する場合
には、図９（ｂ）に示すように、一部において最小光量
を下回る部分が生じることがある。この場合には、オー
トフォーカス制御による焦点調整を行うことができな
い。そこで、本発明の制御手段中のオートフォーカス制
御手段によって光照射手段を制御し、照射する光量を増
加させると、分析点における光量は最小光量を上回りオ
ートフォーカス制御による焦点調整が可能となる。図９
（ｃ），（ｄ）は照明強度の制御を行った場合の照明強
度と光量の変化例を示している。

【００３８】なお、この例では試料表面の凹凸による光
量変化を例としているが、これに限らず試料表面の曲面
形状や色調や反射率等による光量変化についても同様に
行うことができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
分析点からの反射光の光量にかかわらず試料ステージの
Ｚ軸方向の制御を行うことができる電子線マイクロアナ
ライザを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子線マイクロアナライザの一実施例
の構成を説明するブロック図である。

【図２】本発明の光照射手段を説明するための図であ
る。

【図３】本発明の光照射手段のスリット機構を説明する
ための図である。

【図４】オートフォーカス制御を説明するための図であ
る。

【図５】オートフォーカス制御手段の動作を説明するた
めの図である。

【図６】分析点での光量が不足の場合におけるオートフ
ォーカス制御手段での照明強度の制御を説明する図であ
る。

【図７】分析点での光量が過剰な場合におけるオートフ
ォーカス制御手段での照明強度の制御を説明する図であ
る。

【図８】試料表面の凹凸による光量変化に基づく照明強
度の制御例を説明するため図である。

【図９】試料表面の凹凸による光量変化に基づく照明強
度の制御例を説明するため図である。

【符号の説明】

１…試料ステージ、２…パルスモータ駆動手段、３…試
料ステージ制御手段、４…Ｘ線検出手段、５…ミラー、
６…撮像手段、７…オートフォーカス制御手段、８…光
照射手段、１１…Ｘ／Ｙ軸パルスモータ、１２…Ｚ軸パ
ルスモータ、３１…Ｘ／Ｙ軸制御部、３２…Ｚ軸制御
部、３３…切り換え部、８１…光源、８２…スリットモ
ータ、８３…スリット機構、８４…スリット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に電子線を照射することによって試
   料分析を行う電子線マイクロアナライザにおいて、３次
   元的な位置制御が可能な試料ステージと、試料の分析点
   に光照射を行う光照射手段と、分析点における光信号を
   検出し、該光信号に応じて試料ステージのＺ軸方向の位
   置制御を行うとともに、該光信号の光量が所定範囲内と
   なるよう光照射手段の光照射量を制御する制御手段とを
   備えたことを特徴とする電子線マイクロアナライザ。