JPH0961383A - Ｘ線分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線分析装置において、組成データを形状デ
ータを一つの装置で同時に収集し、組成データと表面形
状データを同一マップ上に表示する。 【解決手段】 Ｘ線分析装置は、電子ビーム照射装置１
と、Ｘ線強度を検出するＸ線分光器２と、試料ステージ
３をＸ，Ｙ方向に自動走査するＸ，Ｙステージ装置４
と、試料面をＸ線分光器の焦点位置にＺ方向に追従させ
るＺステージ装置５とを備え、Ｘ，Ｙステージ装置４は
Ｘ，Ｙ方向に自動走査し、Ｚステージ装置５は試料面が
Ｘ線分光器の焦点位置となるよう、試料面の凹凸に応じ
て試料ステージをＺ方向に追従させる。そして、Ｘ，Ｙ
ステージ装置４のＸ，Ｙ座標、およびＺステージ装置５
の移動によるＺ座標から試料の表面形状データを求め
る。試料の組成データの収集は、Ｘ線分光器によって特
性Ｘ線のＸ線強度測定により行う。これによって、組成
データと表面形状データを一つの装置で同時に得、この
組成データと表面形状データの３次元マップを同一マッ
プ上に表示する。

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
ナライザ等のＸ線分析装置に関し、特に、ステージ走査
によって試料面の２次元分析を行う組成マッピングと、
試料面の表面形状を表す表面形状マッピングとを備えた
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線分析装置は、例えば電子線マイクロ
アナライザでは、電子ビームで試料面を２次元的に走査
して試料の原子をイオン化し、そのとき発生する特性Ｘ
線等の二次放射線を検出することによって成分元素の分
布等の測定を行っている。このような装置では、通常電
子光学系とＸ線光学系との間の調整、試料面の分析位置
の確認等のために光学顕微鏡が付属装備され、また、試
料をＸ，Ｙ，Ｚ方向にμｍ程度の精度で微動できる試料
ステージが設けられている。

【０００３】大型の試料のミクロ領域の分析に対応する
ために、試料ステージをＸ，Ｙ方向に自動走査して広い
面積の面分析によるマッピングを行うとともに、試料面
のうねりや凹凸に対応してＸ線分光器の焦点位置を合わ
せるために、試料面の光学像を観察する光学顕微鏡に設
けた自動焦点装置によって試料ステージをＺ軸方向に移
動している。これによって、大型の試料についても２次
元的な表面分析結果を組成マップとして作成している。

【０００４】図７（ａ）は組成マップの一例を表してお
り、試料から得られる特性Ｘ線強度分布に基づいて組成
およびその２次元的分布を求め、２次元的に表示してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のＸ線分析装置で
は、２次元的な組成分布の観察を行うことができるが、
試料の表面形状を含めた３次元的の観察を一つの装置で
同時に行うことができず、また、同一マップ上での表示
を行うことができないという問題点がある。

【０００６】試料観察において、試料の組成分布のつい
ての情報の他に、試料表面のうねりや凹凸等の表面形状
についての情報が要求される場合がある。この表面形状
については、例えばＢＳＥ等の後方散乱電子の観察等の
Ｘ線分析装置とは別の観察手段によって求め、図７
（ｂ）に示されるような表面形状マップを形成して２次
元的に表している。そのため、試料の組成分布と表面形
状の両方の情報が必要な場合には、それぞれ別個に求め
ておいた組成マップと表面形状マップとを並べて表示
し、両データの比較対照を行っている。

【０００７】そのため、組成分布のための装置と表面形
状のための装置を別個に用意する必要があり、また、両
データを同時に求めることができず、分析および観察を
並行して行うことができない。

【０００８】そこで、本発明は前記した従来のＸ線分析
装置の問題点を解決し、組成データと形状データを一つ
の装置で同時に得ることができるＸ線分析装置を提供す
ることを目的とし、また、組成データと表面形状データ
を同一マップ上に表示することができるＸ線分析装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のＸ線分析装置
は、電子ビーム照射装置と、Ｘ線強度を検出するＸ線分
光器と、試料ステージをＸ，Ｙ方向に自動走査するＸ，
Ｙステージ装置と、試料面をＸ線分光器の焦点位置にＺ
方向に追従させるＺステージ装置とを備え、Ｘ線強度か
ら試料の組成データを求め、Ｘ，Ｙステージ装置および
Ｚステージ装置から試料の表面形状データを求めること
によって、組成データと形状データを一つの装置で同時
に得ることができる。

【００１０】また、本発明のＸ線分析装置は、電子ビー
ム照射装置と、Ｘ線強度を検出するＸ線分光器と、試料
ステージをＸ，Ｙ方向に自動走査するＸ，Ｙステージ装
置と、試料面をＸ線分光器の焦点位置にＺ方向に追従さ
せるＺステージ装置と、Ｘ線強度から求めた試料の組成
データとＸ，Ｙステージ装置およびＺステージ装置から
求めた試料の表面形状データとにより３次元マップを形
成するデータ処理装置を備えることによって、組成デー
タと表面形状データを同一マップ上に表示することがで
きる。

【００１１】本発明のＸ，Ｙステージ装置は、試料ステ
ージを直接移動するＸ，Ｙステージ、該Ｘ，Ｙステージ
を駆動するＸ，Ｙステージ駆動装置、および該Ｘ，Ｙス
テージ駆動装置を制御するＸ，Ｙステージ制御装置を含
む一連の機構であり、試料のＸ，Ｙ方向の表面形状デー
タは、このＸ，Ｙステージ装置にかかわる座標データ
（例えば、各装置から得られる移動量や制御信号等）か
ら求めることができる。

【００１２】また、本発明のＺステージ装置は、試料面
の位置が常にＸ線分光器の焦点位置に保持されるように
試料ステージをＺ方向に移動する機構であって、試料ス
テージを直接移動するＺステージ、該Ｚステージを駆動
するＺステージ駆動装置、および該Ｚステージ駆動装置
を制御するＺステージ制御装置、および試料面の位置情
報を検出してＺステージ制御装置にフィードバックする
機構を含む一連の機構であり、試料のＺ方向の表面形状
データは、このＺステージ装置にかかわる座標データ
（例えば、各装置から移動量や制御信号等）から求める
ことができる。

【００１３】また、本発明のデータ処理装置は、試料の
組成データと表面形状データとから、同一試料の同一分
析点における組成データと表面形状データの組からなる
３次元マップを形成し、両データを重ね合わせて画像処
理し同一マップ上に表示する機構である。

【００１４】本発明の第１の実施態様は、Ｚステージ制
御装置における試料面の位置情報を検出してＺステージ
制御装置にフィードバックする機構は、試料面の光学像
を観察する光学顕微鏡に設けた自動焦点装置であり、試
料のＺ方向の表面形状データは自動焦点装置によるＺ軸
方向の移動量から求めることができる。

【００１５】本発明の第２の実施態様は、データ処理装
置は、画像処理した組成データと表面形状データとを記
憶する記憶装置を含み、記憶装置をデータの画像処理と
並行して表示装置に送ることによリアルタイムでの表示
を可能とし、また、記憶装置からデータを一括して表示
装置に送ることによりオフラインでの全分析領域の表示
を可能とする。

【００１６】Ｘ，Ｙステージ装置によって試料ステージ
をＸ，Ｙ方向に自動走査して、電子ビームの照射点と試
料の分析点とを一致させる。一方、Ｚステージ装置は試
料面がＸ線分光器の焦点位置となるように、試料面の凹
凸に応じて試料ステージをＺ方向に移動して追従させ
る。そして、Ｘ，Ｙステージ装置の移動に伴って得られ
るＸ，Ｙ座標、およびＺステージ装置の移動に伴って得
られるＺ座標から試料の表面形状データを求める。

【００１７】また、試料の組成データの収集は、電子ビ
ーム照射装置から該分析点に電子ビームを照射し、分析
点から放出される特性Ｘ線をＸ線分光器によって検出
し、この検出された特性Ｘ線のＸ線強度測定により行
う。

【００１８】上記表面形状データと組成データの収集
は、同一の測定で同一の試料について同時に行うことが
できる。

【００１９】また、データ処理装置は、試料の組成デー
タと表面形状データとにより３次元マップのデータを形
成し、これを表示装置上に３次元マップ表示する。この
３次元マップは、同一マップ上に組成データと表面形状
データを表示するものであり、従来のように２つのマッ
プを比較対照することなく、ことなる次元のデータを一
目で確認することができる。

【００２０】

【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Ｘ線分析装置の一実施形態の構成を説明するブロック
図である。図１において、電子ビーム照射装置１は電子
銃，電子レンズ等を含み、試料Ｓの表面上の分析点に電
子ビームによる照射スポットを結像させるものであり、
この電子ビームによって試料面から発生した特性Ｘ線
は、分光結晶２１，Ｘ線検出装置２２を含むＸ線分析器
２によって検出される。

【００２１】試料ＳのＸ，Ｙ方向の走査はＸ，Ｙステー
ジ装置４によって試料ステージ３をＸ，Ｙ方向に制御す
ることにより行われる。Ｘ，Ｙステージ装置４は、試料
ステージ３を直接移動するＸ，Ｙステージ４１、Ｘ，Ｙ
ステージ４１を駆動するＸ，Ｙステージ駆動装置４２、
およびＸ，Ｙステージ駆動装置４２を制御するＸ，Ｙス
テージ制御装置４３を備える。Ｘ，Ｙステージ制御装置
４３は、Ｘ，Ｙ方向の走査信号をＸ，Ｙステージ駆動装
置４２に送り、Ｘ，Ｙステージ４１を駆動する。

【００２２】また、試料Ｓの分析点のＸ線分光器２の焦
点位置への位置合わせは、Ｚステージ装置５によって試
料ステージ３を試料Ｓの表面形状に追従させてＺ方向に
制御することにより行われる。Ｚステージ装置５は、試
料ステージ３を直接移動するＺステージ５１、Ｚステー
ジ５１を駆動するＺステージ駆動装置５２、およびＺス
テージ駆動装置５２を制御するＺステージ制御装置５
３、および試料面が常にＸ線分光器の焦点位置に保持さ
れるようにフィードバックを行う自動焦点装置５４を備
える。この自動焦点装置５４は、Ｘ線分析装置におい
て、試料Ｓの光学像を観察する光学顕微鏡６に備えつけ
られて、Ｘ線分光器２の焦点位置と試料Ｓの分析点とを
一致させる機構である。本発明のＸ線分析装置において
は、この自動焦点装置５４を、焦点合わせのための機構
として使用するととにも、試料Ｓの表面形状データを取
得する機構として使用する。

【００２３】Ｘ線分光器２から得られる特性Ｘ線のＸ線
強度、Ｘ，Ｙステージ制御装置４３からのＸ，Ｙ座標デ
ータ、および自動焦点装置５４から得られるＺ座標にか
かわるデータは、データ処理装置７に入力される。デー
タ処理装置７は、これら入力データに基づいて画像処理
を行い、Ｘ，Ｙ，Ｚの座標データおよび組成データをを
含む３次元マップを形成し記憶手段に格納する。表示装
置８は、この記憶手段に格納した３次元マップのデータ
を読み出し、同一マップ上に組成データと表面形状デー
タとを表示する。

【００２４】（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２〜図６を用いて説
明する。本発明のＸ線分析装置の動作は、図２に示すフ
ローチャートに従って行うことができる。以下、試料表
面の走査線上の分析点Ｐ０，Ｐ１，・・・において組成
分析を行い、この位置の表面形状を検出する場合につい
て説明する。

【００２５】走査線上の基準点Ｐ０から走査を開始する
場合、はじめにＸ，Ｙステージ制御装置４３から基準点
Ｐ０のＸ，Ｙ座標（ｘ０，ｙ０）を読み出し（ステップ
Ｓ１）、Ｘ，Ｙステージ駆動装置４２およびＸ，Ｙステ
ージ４１を駆動して、電子ビームの照射位置と基準点Ｐ
０とを一致させる（ステップＳ２）。

【００２６】次に、基準点Ｐ０において、自動焦点装置
５４による自動焦点操作により、Ｚステージ制御装置５
３、Ｚステージ駆動装置５２、およびＺステージ５１を
駆動して、Ｚ軸方向の位置合わせを行う（ステップＳ
３）。データ処理装置７は、Ｚステージ制御装置５３か
ら自動焦点操作前のＺ軸方向の座標位置を基準位置とし
て入力しておき、この座標位置とステップＳ３の自動焦
点操作によるＺ軸方向の移動量Δｚと合わせて、Ｚ軸方
向の基準位置からの座標ｚをｚ０として定める。なお、
自動焦点操作前のＺ軸方向の座標位置の値に、バイアス
値を加えた任意の値を基準位置と設定することもできる
（ステップＳ４）。

【００２７】走査における分析点を定める指標ｎを定
め、最初の分析点を表す「１」を設定する（ステップＳ
５）。

【００２８】Ｘ，Ｙステージ制御装置４３から分析点Ｐ
ｎのＸ，Ｙ座標（ｘｎ，ｙｎ）を読み出し（ステップＳ
６）、Ｘ，Ｙステージ４１を駆動して座標位置（ｘｎ，
ｙｎ，ｚｎ-1) に移動する。例えば、指標ｎの値が
「１」の場合には、座標位置（ｘ１，ｙ１，ｚ０) への
移動を行う（ステップＳ７）。

【００２９】座標位置（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ-1) を分析点
Ｐｎの仮の座標位置とし、この位置においてＸ線分光器
２からの特性Ｘ線のＸ線強度を検出してデータ処理装置
７におくり、分析データを求める（ステップＳ８）。

【００３０】次に、この座標位置（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ-
1) において、自動焦点装置５４によってＺステージ５
１を駆動して自動焦点操作を行い、Ｚ軸方向の位置合わ
せを行う（ステップＳ９）。データ処理装置７は、この
Ｚ軸方向の位置合わせにともなう移動量Δｚを入力し
（ステップＳ１０）、Ｚ座標ｚｎをｚｎ＝ｚｎ＋Δｚと
して更新する（ステップＳ１１）。

【００３１】更新したＺ座標ｚｎを用いて座標位置（ｘ
ｎ，ｙｎ，ｚｎ-1) を（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ) に更新し、
座標位置（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ) を表面形状データとし
て、ステップＳ８で求めた分析データとともに記憶手段
に格納される。この格納時の分析データの形態は、画像
処理前のデータ、画像処理後のデータ、および画像処理
前後のデータのいずれの形態とすることもできる。な
お、リアルタイムによる表示を行う場合には、画像処理
後のデータを格納することにより処理時間を短縮するこ
とができる（ステップＳ１２）。

【００３２】前記ステップＳ６からステップＳ１２の工
程を走査が終了するまで、指標ｎを順次増加させながら
繰り返す（ステップＳ１３，ステップＳ１４）。

【００３３】なお、ステップＳ８における分析データの
収集を、ステップＳ９からステップＳ１２の間に行うこ
ともできる。分析データの収集をステップＳ８において
行う場合には、このステップ以降の自動焦点操作中にお
いて、求めた分析データの画像処理を行うことができ、
リアルタイムの表示処理が容易となる。また、分析デー
タの収集をステップＳ９からステップＳ１２の間に行う
場合には、より正確な焦点位置での分析データの収集を
行うことができる。

【００３４】図３は、前記ステップＳ１０の工程におい
て、自動焦点操作によってＺ軸方向のデータを求める手
順を説明する図である。破線は走査順が（ｉ）番目にお
ける試料の位置を示し、実線は走査順が（ｊ）番目にお
ける試料の位置を示している。（ｉ）番目における試料
において、電子ビームの焦点は分析点（Ｐｉ）に位置合
わせされているものとする。走査によって試料が矢印ａ
の方向に移動し分析点（Ｐｊ）での分析を行おうとする
場合、試料面の凹凸によって電子ビームの焦点と分析点
（Ｐｊ）とは一致しなくなる。そこで、自動焦点操作に
より試料を矢印ｂのＺ軸方向に移動して、電子ビームの
焦点と分析点Ｐｊとを一致させる。

【００３５】この自動焦点操作において、Ｚ軸方向に移
動した移動量Δｚは試料面の分析点ＰｉとＰｊとの高低
差であり、試料面についてこの高低差を求めることによ
って試料の表面形状データを得ることができる。

【００３６】図４および図５は、Ｘ，Ｙ方向の走査とＺ
方向の移動との関係を説明する図である。この実施の形
態では、分析点Ｐｎへの移動において、Ｘ，Ｙ座標につ
いては分析点ＰｎのＸ，Ｙ座標（ｘｎ，ｙｎ）を用い、
Ｚ座標については前分析点Ｐｎ-1のＺ座標（ｚｎ-1) 値
により推定して行っている。

【００３７】図４に示すように、試料面の一走査線に沿
って分析点Ｐ０から分析点Ｐ５に順に走査および分析を
行う場合、図５に示すような手順となる。図５におい
て、分析点Ｐ０から分析点Ｐ１への移動は、はじめに、
Ｚ座標をｚ０としたままでＸ，Ｙ方向について（ｘ０，
ｙ０）から（ｘ１，ｙ１）に移動させる（図中の×
印）。次に自動焦点操作によって、試料をＺ軸方向に移
動させ、そのときの移動量Δｚ１に分析点Ｐ０のＺ座標
ｚ０を加えた（ｚ０＋Δｚ１）を分析点Ｐ１のＺ軸座標
ｚ１とする。

【００３８】次に、分析点Ｐ１から分析点Ｐ２への移動
は、Ｚ座標をｚ１としたままでＸ，Ｙ方向について（ｘ
１，ｙ１）から（ｘ２，ｙ２）に移動させ、自動焦点操
作によって試料をＺ軸方向に移動させ、そのときの移動
量Δｚ２に分析点Ｐ１のＺ座標ｚ１を加えた（ｚ１＋Δ
ｚ２）を分析点Ｐ２のＺ軸座標ｚ２とする。以下、同様
にして、分析点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５への移動と、Ｚ軸座標
の検出を行うことができる。

【００３９】図６は、データ処理装置７によって求めた
組成データと表面形状データの３次元マップの例を示し
ている。図中のＡ〜Ｄで示される組成データは、例え
ば、色分け等によって表示することができ、また、表面
形状データは等高線や断面図によって表すことができ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
組成データを形状データを一つの装置で同時に得ること
ができるＸ線分析装置を提供することができる。また、
組成データと表面形状データを同一マップ上に表示する
ことができるＸ線分析装置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Ｘ線分析装置の一実施形態の構成を説
明するブロック図である。

【図２】本発明のＸ線分析装置の動作を説明するための
フローチャートである。

【図３】本発明の自動焦点操作によってＺ軸方向のデー
タを求める手順を説明する図である。

【図４】本発明のＸ，Ｙ方向の走査とＺ方向の移動との
関係を説明する図である。

【図５】本発明のＸ，Ｙ方向の走査とＺ方向の移動との
関係を説明する図である。

【図６】本発明の装置が表示する組成データと表面形状
データの３次元マップの例である。

【図７】従来の組成マップ例および表面形状マップ例で
ある。

【符号の説明】

１…電子ビーム照射装置、２…Ｘ線分光器、３…試料ス
テージ、４…Ｘ，Ｙステージ装置、５…Ｚステージ装
置、６…光学顕微鏡、７…データ処理装置、４１…Ｘ，
Ｙステージ、４２…Ｘ，Ｙステージ駆動装置、４３…
Ｘ，Ｙステージ制御装置、５１…Ｚステージ、５２…Ｚ
ステージ駆動装置、５３…Ｚステージ制御装置、５４…
自動焦点装置、Ｓ…試料。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビーム照射装置と、Ｘ線強度を検出
   するＸ線分光器と、試料ステージをＸ，Ｙ方向に自動走
   査するＸ，Ｙステージ装置と、試料面をＸ線分光器の焦
   点位置にＺ方向に追従させるＺステージ装置とを備え、
   Ｘ線強度から試料の組成データを求め、Ｘ，Ｙステージ
   装置およびＺステージ装置から試料の表面形状データを
   求めることを特徴とするＸ線分析装置。
2. 【請求項２】 電子ビーム照射装置と、Ｘ線強度を検出
   するＸ線分光器と、試料ステージをＸ，Ｙ方向に自動走
   査するＸ，Ｙステージ装置と、試料面をＸ線分光器の焦
   点位置にＺ方向に追従させるＺステージ装置と、Ｘ線強
   度から求めた試料の組成データと、Ｘ，Ｙステージ装置
   およびＺステージ装置から求めた試料の表面形状データ
   とにより３次元マップを形成するデータ処理装置を備え
   たことを特徴とするＸ線分析装置。