JPH1048164A - 表面分析方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面分析方法および装置において、信頼性の
高い分析データを、分析データの合成を必要とせず、試
料表面の一分析面を一回の測定で行う。 【解決手段】 表面分析装置は、試料表面をプローブの
走査によって分析を行う表面分析装置において、試料を
３次元的に移動する移動装置４，１２と、試料表面を任
意の複数の三角形状の平面で近似する近似平面設定装置
１０を備え、移動装置４、１２のＺ軸方向制御を、近似
平面に基づいて連続的に行って分析データを得る。近似
平面設定装置１０は、試料Ｓの表面の座標を予め求め、
この座標を用いて近似平面を生成しておく。移動装置
４、１２は、試料の位置座標に対応するＺ座標を近似平
面に基づいて求め、Ｚ軸方向の位置制御を行う。これに
よって、試料表面の分析点の位置決めを行い、測定を行
う。試料をＸＹ方向に走査しながら、上記の操作を行っ
て分析データを得ることにより、分析データの合成を必
要としない信頼性の高い分析データを、一回の測定で得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面分析方法およ
び表面分析装置に関し、特に、波長分散型Ｘ線分光器に
よって試料表面上の線分析や面分析等のマッピングを行
って試料表面を分析する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料表面の分析をプローブの走査によっ
て行う表面分析方法および表面分析装置が知られてい
る。このような表面分析では、一般に分析を行う試料表
面によって分析条件が異なる。従来、試料表面をその異
なる分析条件に応じて複数の領域に分割し、各領域毎に
分析を行って分析データを求めた後、こられらの分析デ
ータを合成して、試料全体の分析データを得ている。

【０００３】例えば、試料表面の分析を行う手段とし
て、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）が知られて
いる。電子線マイクロアナライザは、試料に電子線を照
射し、試料から放出される二次電子や特性Ｘ線等を検出
することによって、試料の形状，組成，特性を分析する
装置である。特性Ｘ線を検出するＸ線分光系では、試料
から発生したＸ線を分光結晶で回折し、特定の角度で回
折した特性Ｘ線をＸ線検出器で検出するものであり、回
折角と特性Ｘ線波長の関係はあらかじめ求められてい
る。分析試料，分光結晶，Ｘ線検出器は各々ローランド
円と呼ばれる分光円の円周上にあり、Ｘ線はこの条件で
のみ正しく分光され検出される。そのため、試料のＺ軸
方向の位置が分光条件を満足するように、試料のＺ軸方
向の位置を制御する必要がある。

【０００４】従来、複雑な形状の試料表面について、電
子線マイクロアナライザによって分析を行う場合には、
試料のＺ軸方向の位置制御を行うために、試料表面を複
数の空間座標で近似し、近似した空間座標に基づいて領
域に分割し、各領域毎にＺ軸方向の位置制御を行って分
析データを得、全領域について分析データを求めた後、
各分析データを合成して試料表面のマッピングを行って
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の表面分析では、
空間座標に基づいて形成される複数の領域毎に分析デー
タを求める操作を行い、その後分析データの合成処理を
行うため、分析時間が長時間化するという問題がある。
また、連続する試料表面を、空間座標に基づいて形成さ
れる複数の領域で近似するため、分析データの信頼性が
低下する。特に隣接する領域の境界では、各領域の分析
で得た分析データ間の整合が困難となる場合があり、分
析データの信頼性が低いという問題点がある。

【０００６】そこで、本発明は前記した従来の表面分析
の問題点を解決し、表面分析方法および装置において、
分析データの合成を必要とせず、信頼性の高い分析デー
タを得ることを目的とする。また、表面分析において、
試料表面の一分析面を分割することなく一回の測定で行
うことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の表面分析方法お
よび表面分析装置は、試料表面を任意の複数の三角形状
の平面で近似し、この三角形状平面に基づいてＺ軸方向
の制御を行って分析を行うものであり、これによって、
分析データの合成を必要としない信頼性の高い分析デー
タを、一回の測定で得ることができる。

【０００８】本発明の表面分析方法は、試料表面をプロ
ーブの走査によって分析を行う表面分析方法において、
試料表面を任意の複数の三角形状の平面で近似し、試料
表面の少なくとも二つの三角形状の平面に対して、この
近似平面に基づいて分析位置のＺ軸方向の制御を連続的
に行い、分析データを得るものである。

【０００９】また、本発明の表面分析装置は、試料表面
をプローブの走査によって分析を行う表面分析装置にお
いて、試料を３次元的に移動する移動装置と、試料表面
を任意の複数の三角形状の平面で近似する近似平面設定
装置を備え、移動装置のＺ軸方向制御を、近似平面に基
づいて連続的に行って分析データを得るものである。こ
れによって、試料表面の分析領域のＺ軸方向の制御を連
続的に行うことができ、近似平面の境界での分析データ
の不整合による信頼性の低下を除去するとともに、一回
の測定で試料表面の分析面の分析データを得ることがで
きる。

【００１０】本発明の第１の実施態様は、本発明の表面
分析方法を波長分散型電子線マイクロアナライザに適応
するものであり、試料表面を任意の複数の三角形状の平
面で近似し、試料表面の少なくとも二つの三角形状の平
面に対して、２次元走査に基づくＸＹ座標に対するＺ軸
座標を近似した三角形状の平面に基づいて連続的に求
め、分析データを得る。

【００１１】また、本発明の第２の実施態様は、本発明
の表面分析装置を波長分散型電子線マイクロアナライザ
に適応するものであり、試料を３次元的に移動する試料
ステージと、試料表面を任意の複数の三角形状の平面で
近似する近似平面設定装置を備える装置であり、試料ス
テージをＸＹ方向に移動して２次元の走査を行い、走査
に基づくＸＹ座標に対応するＺ座標を三角形状の近似平
面に基づいて求め、これによって、試料ステージのＺ軸
方向の位置制御を連続的に行って分析データを得る。

【００１２】上記第１，２の実施態様によって、波長分
散型電子線マイクロアナライザにおいて、試料の分析点
のＺ軸方向の位置が分光条件を満足するための試料のＺ
軸方向の位置制御を連続的に行うことがてき、また、分
析データを一回の測定で得ることができる。

【００１３】

【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。以下、本発明の表面分析
方法，および表面分析装置について、電子線マイクロア
ナライザを例として説明する。図１は、電子線マイクロ
アナライザに本発明の表面分析装置を適用した一実施の
形態を説明するための概略ブロック図である。

【００１４】図１において、電子線マイクロアナライザ
１は、本体２内に、試料Ｓに電子線を照射する電子源３
と、試料Ｓを支持し３次元的に移動を行う試料ステージ
４と、試料Ｓから放出されたＸ線を分光する分光結晶５
と、分光して得られた特性Ｘ線を検出するＸ線検出器６
を含む検出系と、試料を光学的に観察するＣＣＤカメラ
８，９を含む光学顕微鏡７とを備える。なお、ＣＣＤカ
メラ８が受光する光学像はオートフォーカス制御回路１
１を介して光学顕微鏡モニタ２４に表示することがで
き、ＣＣＤカメラ９の光学像は表示制御回路１３を介し
て表示することができる。また、Ｘ線検出器６の検出出
力をＸ線測定回路２３で測定して得たマッピングデータ
は、マッピングモニタ２５に表示することができる。

【００１５】試料ステージ４は、試料ステージ制御回路
１２によってＸＹ軸方向およびＺ軸方向の３次元方向に
移動可能であり、Ｚ軸方向の移動制御は、ＣＣＤカメラ
８から入力した光学像を基に、オートフォーカス制御回
路１１のオートフォーカス機能によって、試料の分析点
に焦点位置が合うように試料ステージ制御回路１２に制
御信号を送信して行う。

【００１６】また、オートフォーカス制御回路１１，試
料ステージ制御回路１２、あるいは表示制御回路１３，
光学顕微鏡モニタ２４等は、データメモリ１５と共に近
似平面設定装置１０を構成し、試料表面の凹凸形状を三
角形状の平面に近似し、該近似平面を関数等によって設
定しデータメモリ１５に格納する。なお、前記各回路、
メモリおよびモニタはバスを介してＣＰＵ２１と接続
し、制御を行い、各制御回路等の制御を行うソフトウェ
アはソフトウェア用メモリ１４に格納することができ
る。

【００１７】次に、本発明の表面分析について、図２の
フローチャート，図３の概念図を用いて説明する。本発
明の表面分析方法は、試料表面の３次元の形状を測定し
てＸ，Ｙ，Ｚ座標の３次元座標を求め（ステップＳ
１）、求めた３次元座標を基にして試料表面を複数の三
角形状の平面で近似する（ステップＳ２）。図３（ａ）
の概略的に示すような試料表面の３次元の形状につい
て、平面上の位置座標を求め、図３（ｂ）の概略的に示
すような三角形状（メッシュ）による平面で近似を行
う。３次元座標から三角形状の平面で近似して近似平面
を形成する手法は、有限要素法を用いたメッシュ作成手
法等で一般に知られており、該近似平面はＸＹ座標を変
数とする関数で表される。

【００１８】前記ステップＳ２で試料表面を近似平面で
表した後、試料のＸＹ方向の走査に伴ってＺ軸方向の制
御を行い、分析を行う。このＺ軸方向の制御は、試料を
ＸＹ方向に走査する際の分析点のＸＹ座標を求め、この
ＸＹ座標を変数として近似平面を表す関数からＺ座標を
求め、求めたＺ座標の位置に分析点を移動させることに
よって行うことができる（ステップＳ３，図３
（ｃ））。

【００１９】ステップＳ２で生成する近似平面は、試料
表面の一分析領域において、連続した面で形成すること
ができ、この近似平面から得られるＺ座標は、Ｘ軸方向
およびＹ軸方向に対して連続した座標値を出力するた
め、試料表面のＸＹ方向の走査に伴って、Ｚ軸方向を連
続して制御することができ、連続した分析データを得る
ことができる。

【００２０】次に、前記ステップＳ１の試料表面の３次
元座標を求める工程例，および近似平面の形成工程につ
いて、図４〜図１０を用いて説明する。

【００２１】試料表面の３次元座標を求める第１の実施
形態は、試料表面をＸＹ方向に走査し、Ｚ座標を光学顕
微鏡のオートフォーカス機能を用いて求める例である。
以下、図４のフローチャートおよび図５の概略図を用い
て説明する。試料Ｓを支持する試料ステージ４を試料ス
テージ制御回路１１でＸＹ方向に移動しながら、光学顕
微鏡７はＣＣＤカメラ８で受光して光学像を求める。オ
ートフォーカス制御回路１１および試料ステージ制御回
路１２は、この光学像の焦点が合うように試料ステージ
４のＺ軸方向の制御を行う。このときのＺ軸方向の位置
は、試料表面の分析点のＺ座標となる（ステップＳ１
１）。データメモリ１５は、このときとのＸＹＺ座標を
格納して、試料表面の３次元座標を記憶する（ステップ
Ｓ１２）。試料ステージ４をＸＹ方向に走査しながら、
上記操作繰り返すことによって、試料表面全体の３次元
座標を得ることができる（ステップＳ１３）。

【００２２】近似平面の形成を行うには、求めた試料表
面の３次元座標に有限要素法を適用するメッシュ作成の
手法を用いることができ、求められた近似平面はＸＹ座
標を変数とする関数で表すことができる。

【００２３】試料表面の３次元座標を求める第２の実施
形態は、光学顕微鏡の光学像を観察してＺ座標を測定す
る位置を指定し、このＺ座標を光学顕微鏡のオートフォ
ーカス機能を用いて求める例である。以下、図６のフロ
ーチャートおよび図７，図８の概略図を用いて説明す
る。図８において、試料Ｓを支持する試料ステージ４を
試料ステージ制御回路１１でＸＹ方向に移動しながら、
ＣＣＤカメラ９で受光し表示制御回路１３によって光学
顕微鏡モニタ２４の光学像を表示する（ステップＳ２
１）。この光学顕微鏡モニタ２４に表示された試料表面
の光学像を観察して、表面画面上で測定点（ｘｍ，ｙ
ｍ）を指定する。この測定点（ｘｍ，ｙｍ）を指定は、
任意のポインティングデバイスで行うことができる（ス
テップＳ２２、図７（ａ））。

【００２４】次に、試料ステージ制御回路１２は、ステ
ップＳ２２で指定した測定点の座標位置（ＸＹ座標）に
光学顕微鏡の焦点位置が合うように移動を行い、オート
フォーカス制御回路１１および試料ステージ制御回路１
２によるオートフォーカス機能によって、この光学像の
Ｚ軸方向の焦点が合うように試料ステージ４のＺ軸方向
の制御を行う。このときのＺ軸方向の位置は、試料表面
の分析点のＺ座標（ｚｍ）となる（ステップＳ２３）。
データメモリ１５は、このときとのＸＹＺ座標を格納し
て、試料表面の３次元座標を記憶する（ステップＳ２
４）。ステップＳ２２で指定した測定点について、上記
操作繰り返すことによって、試料表面全体の３次元座標
を得ることができる（ステップＳ２５）。

【００２５】求めた３次元座標の値に有限要素法を適用
するメッシュ作成の手法を用いることによって、例えば
図７（ｂ）に示すような近似平面を形成することができ
る。

【００２６】試料表面の３次元座標を求める第３の実施
形態は、光学顕微鏡の光学像を観察して近似する平面の
密度を指定し、Ｚ座標を光学顕微鏡のオートフォーカス
機能を用いて求める例である。以下、図９のフローチャ
ートおよび図８，図１０の概略図を用いて説明する。図
８において、上記第２の実施形態のステップＳ２１と同
様に、試料表面の光学像を光学顕微鏡モニタ２４に表示
する（ステップＳ３１）。この光学顕微鏡モニタ２４に
表示された試料表面の光学像を観察して、表面画面上で
近似する平面の密度と領域を指定する。この近似平面の
密度と領域の指定は、任意のポインティングデバイスあ
るいはキー等の入力手段で行うことができる（ステップ
Ｓ３２、図１０（ａ））。

【００２７】次に、試料ステージ制御回路１２は、ステ
ップＳ３２で指定した近似平面の密度に応じたピッチ幅
でＸ，Ｙ方向に移動を行い、各移動点においてオートフ
ォーカス制御回路１１および試料ステージ制御回路１２
によるオートフォーカス機能によって、この光学像のＺ
軸方向の焦点が合うように試料ステージ４のＺ軸方向の
制御を行う。このときのＺ軸方向の位置は、試料表面の
分析点のＺ座標（ｚｍ）となる（ステップＳ３３）。デ
ータメモリ１５は、このときとのＸＹＺ座標を格納し
て、試料表面の３次元座標を記憶する（ステップＳ３
４）。ステップＳ３２で指定した領域について、上記操
作繰り返すことによって、試料表面全体の３次元座標を
得ることができる（ステップＳ３５，図１０（ｂ））。

【００２８】求めた３次元座標の値に有限要素法を適用
するメッシュ作成の手法を用いることによって、例えば
図１０（ｃ）に示すような近似平面を形成することがで
きる。なお、上記した試料表面の３次元座標を求める実
施形態は一例であり、その他の構成によって３次元座標
を求めることもできる。

【００２９】上記した工程によって、データメモリ１５
中には、試料表面を近似する平面の関数がＸＹ座標を変
数として格納される。この近似平面を用いて表面分析を
行う場合には、図１１に示すように、試料ステージ４の
走査において、該試料ステージの位置座標から分析点の
ＸＹ座標を求める。このＸＹ座標を変数としてデータメ
モリ１５内に格納されている関数を用いて、該ＸＹ座標
に対応するＺ座標を求める。試料ステージ制御回路１２
は、この求めたＺ座標に従って試料ステージ４のＺ軸方
向の制御を行って、分析点を焦点位置に合わせる。Ｘ線
測定回路２３等の測定装置は、この分析点での測定を行
って分析データを得る。

【００３０】上記した工程を試料ステージ４の走査に従
って行うことにより、試料表面の分析を連続して行い、
一回の測定で試料表面の分析領域全体の分析データを得
ることができる。なお、上記走査において、Ｘ軸方向あ
るいはＹ軸方向のみの移動により分析データを得る場合
には線分析の分析データを得ることができ、Ｘ軸方向お
よびＹ軸方向の移動により分析データを得る場合には面
分析の分析データを得ることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面分析
方法およびその装置によれば、分析データの合成を必要
とせず、信頼性の高い分析データを得ることができる。
また、表面分析において、試料表面の一分析面を分割す
ることなく一回の測定で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子線マイクロアナライザに本発明の表面分析
装置を適用した一実施の形態を説明するための概略ブロ
ック図である。

【図２】本発明の表面分析方法を説明するためのフロー
チャートである。

【図３】本発明の表面分析方法を説明するための概念図
である。

【図４】本発明の試料表面の３次元座標を求める第１の
実施形態を説明するためのフローチャートである。

【図５】本発明の試料表面の３次元座標を求める第１の
実施形態を説明するための概略図である。

【図６】本発明の試料表面の３次元座標を求める第２の
実施形態を説明するためのフローチャートである。

【図７】本発明の試料表面の３次元座標を求める第２の
実施形態を説明するための概略図である。

【図８】本発明の試料表面の３次元座標を求める第２，
３の実施形態を説明するための概略構成図である。

【図９】本発明の試料表面の３次元座標を求める第３の
実施形態を説明するためのフローチャートである。

【図１０】本発明の試料表面の３次元座標を求める第３
の実施形態を説明するための概略図である。

【図１１】本発明の近似平面を用いた表面分析を説明す
るための概略構成図である。

【符号の説明】

１…電子線マイクロアナライザ、２…本体、３…電子
源、４…試料ステージ、５…分光結晶、６…Ｘ線検出
器、７…光学顕微鏡、８，９…ＣＣＤカメラ、１０…近
似平面設定装置、１１…オートフォーカス制御回路、１
２…試料ステージ制御回路、１３…表示制御回路、１４
…データメモリ、１５…ソフトウェア用メモリ、メモ
リ、２１…ＣＰＵ、２２…Ｘ線分光器制御回路、２３…
Ｘ線測定回路、２４…光学顕微鏡モニタ、２５…マッピ
ングモニタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料表面をプローブの走査によって分析
   を行う表面分析方法において、試料表面を任意の複数の
   三角形状の平面で近似し、試料表面の少なくとも二つの
   三角形状の平面に対して、前記近似平面に基づいて分析
   位置のＺ軸方向の制御を連続的に行い、分析データを得
   ることを特徴とする表面分析方法。
2. 【請求項２】 試料表面をプローブの走査によって分析
   を行う表面分析装置において、試料を３次元的に移動す
   る移動装置と、試料表面を任意の複数の三角形状の平面
   で近似する近似平面設定装置を備え、前記近似平面に基
   づいて前記移動装置のＺ軸方向の制御を連続的に行って
   分析データを得ることを特徴とする表面分析装置。