試料分析装置
【課題】分析対象である特定位置に電子線を長時間照射することによって生じる熱の発生やチャージアップ現象を防止し、それによって試料から発せられた電子線に基づいた表面像を精度よく作成することができる試料分析装置を提供する。
【解決手段】試料の所定領域に、電子線を照射する電子線照射装置と、電子線が照射された試料から発生した第１のエネルギ線を検出し、試料の分析を行う第１の分析部と、電子線が照射された試料から発生した第２のエネルギ線を検出し、試料の分析を行う第２の分析部と、を備えた試料分析装置において、第２の分析部が、第２のエネルギ線を検出するための検出部が前記試料の所定領域内に含まれる特定位置に対して電子線が照射されたときのみ、試料から発生した第２のエネルギ線を検出するようにし、さらに、前記第２の分析部が、その検出値を蓄積し、その蓄積された検出値から前記試料の分析を行うようにした。
【解決手段】試料の所定領域に、電子線を照射する電子線照射装置と、電子線が照射された試料から発生した第１のエネルギ線を検出し、試料の分析を行う第１の分析部と、電子線が照射された試料から発生した第２のエネルギ線を検出し、試料の分析を行う第２の分析部と、を備えた試料分析装置において、第２の分析部が、第２のエネルギ線を検出するための検出部が前記試料の所定領域内に含まれる特定位置に対して電子線が照射されたときのみ、試料から発生した第２のエネルギ線を検出するようにし、さらに、前記第２の分析部が、その検出値を蓄積し、その蓄積された検出値から前記試料の分析を行うようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線を試料表面に向けて照射し、試料から発生した二次電子線等の第１のエネルギ線を検出して試料の所定領域についての分析を行うとともに、試料から発生したX線やカソードルミネッセンス、電子線等の第２のエネルギ線を検出することで、前記所定領域内に含まれる試料の特定位置に関する分析を行う試料分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子線を分析対象の試料表面に照射し、その試料表面から発生するエネルギ線を検出して試料表面の分析を行うような分析装置が利用されている。このような分析装置の一例として、例えば電子線を照射したときに試料表面から発生した特性Ｘ線のスペクトルを検出し、着目する元素に対応する特性Ｘ線の強度比より、電子線を照射した試料表面の元素分布の情報を得るものが知られている。（例えば特許文献１）
【０００３】
また、他の分析装置の一例としては、電子線を照射したときに試料表面から発生した光（例えばＣＬ）を検出し、この光の波長ごとの強度から光のスペクトル波形を示すデータであるスペクトルデータを生成し、このスペクトルデータから、試料表面上の電子線の照射箇所に含まれる成分や応力状態等を特定するものも知られている。（例えば特許文献２）
【０００４】
さらに、その他の分析装置としては、電子線を照射した試料表面から発生したオージェ電子を検出して試料表面の分析を行うものもある。
【０００５】
一方、電子線を試料表面全体に対して走査するように照射し、試料表面から発生した二次電子線や透過電子線、特性Ｘ線等のエネルギ線を検出して、前記試料表面の像を得るような分析装置も知られている。このような分析装置の一例として、試料表面の全面または一部の領域に対して、電子線を略一定速度で走査するように照射し、試料表面から得られる二次電子線の強度から、試料表面の形状を電子線像として表すことができるものがある。これによって、光学顕微鏡では観察し得ないような微小な凹凸や傾き等を視覚的に観察することが可能となる。（例えば特許文献３）
【０００６】
さらに、近年では、試料の特定箇所に含まれる成分等を分析する分析装置と、試料表面の電子線像を得るような分析装置とを組み合わせることで、分析対象となる試料の表面に電子線を照射し、試料表面を視覚的に観察するとともに、試料表面の特定箇所についての成分を分析可能とした、試料分析装置も知られている。（例えば特許文献４）
【特許文献１】特開平５−２７５０４４号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０９５９号公報
【特許文献３】特開昭６３−２５４６４９号公報
【特許文献４】特開平１０−１７２４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような試料分析装置においては、試料の特定位置に関する分析を行う場合、分析対象である前記特定位置において電子線の走査を停止し、充分な量のエネルギ線の信号が得られるまで電子線を照射し続けなければならない。そのため、試料の表面全体または所定領域について、電子線を照射することで得られるエネルギ線に基づいた分析を行うことができないという欠点がある。さらに、前記特定位置において電子線を照射した結果得られる信号が微弱な場合、電子線の走査を長時間停止し、その特定位置に電子線を照射し続けなければならない。そのため、電子線の照射箇所の温度が上昇するだけでなく、照射箇所に電荷が蓄積する、いわゆるチャージアップ現象が発生する恐れがある。
【０００８】
そして、このような温度上昇による試料表面の試料ドリフトや、電荷の蓄積による電界の乱れから生じる電子線の曲がりから、電子線を照射する位置精度が低下し、前記エネルギ線に基づいた分析が正確に行えなくなるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上述のような問題点を鑑みてなされたものであり、試料の表面全体または所定領域について、試料から発せられたエネルギ線に基づいた分析を可能にするとともに、試料内の特定位置についてのエネルギ線に基づいた分析を可能とするものであって、分析対象である前記特定位置に電子線を長時間照射することで生じる試料の温度上昇やその位置でもチャージアップを防止し、それによって、試料内の特定位置についての分析を精度よく行うことができる試料分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、試料の所定領域に対して、試料表面に向けて電子線を走査するように照射する電子線照射装置と、前記電子線が照射された試料から発生した第１のエネルギ線を検出し、この検出された第１のエネルギ線から前記試料の分析を行う第１の分析部と、前記電子線が照射された試料から発生した第２のエネルギ線を検出し、この検出された第２のエネルギ線から前記試料の分析を行う第２の分析部と、を備えた試料分析装置であって、前記第２の分析部が、第２のエネルギ線を検出するための検出部を備えるとともに、この検出部が前記試料の所定領域内に含まれる特定位置に対して電子線が照射されたときのみ、試料から発生した第２のエネルギ線を検出するものであり、前記第２の分析部が、その検出値を蓄積し、その蓄積された検出値から前記試料の分析を行うことを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００１１】
このように構成された試料分析装置においては、分析対象の試料表面の所定領域に向けて電子線を照射することで、試料から得られる第１のエネルギ線を検出し、前記所定領域全体についての分析を行うと同時に、所定領域内に含まれる特定位置から発生する第２のエネルギ線を積算して検出することで、前記所定領域全体についての電子線の走査を停止することなく、前記特定位置の分析を行うことが可能となる。さらに、このような試料分析装置においては、前記特定位置に電子線を継続して長時間照射することがないため、前記特定位置において熱の発生やチャージアップ現象が発生せず、試料から発生する前記第２のエネルギ線に基づく分析を精度よく行うことができる。なお、前記第１のエネルギ線と第２のエネルギ線とは、異なるエネルギ線であってもよいし、同一のエネルギ線であってもよい。また、前記第１のエネルギ線および第２のエネルギ線は、試料表面から発生したエネルギ線のみならず、試料内部から発生したエネルギ線であってもよく、試料表面を透過したものであってもよい。ここでエネルギ線とは、電磁波、電子線、アルファ線などのエネルギを有した粒子線あるいは波動のことをいう。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、試料表面の所定領域に向けて電子線を走査するように照射する電子線照射装置と、前記電子線が照射された試料から発生した電子線を検出し、この検出された電子線から前記試料表面の電子線像を作成する電子線像作成装置と、前記電子線が照射された試料から発生した光に基づいて、この光を発生した位置における前記試料の分析を行う分析部と、を備えた試料分析装置であって、前記分析部が、前記試料から発生した光を検出する光検出部と、前記光検出部によって検出された光の波長毎の強度を算出して、光のスペクトル波形を示すデータであるスペクトルデータを生成するスペクトルデータ生成部と、を備えており、前記光検出部が、所定領域内に含まれる特定位置に対して電子線が照射されたときのみ、前記試料から発生した光を検出し、その検出値を蓄積するとともに、前記スペクトルデータ生成部が、その蓄積された検出値からスペクトルデータを生成可能であることを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００１３】
このような試料分析装置においては、前記電子像作成装置によって、試料表面から発生した二次電子線、反射電子線等の電子線から、分析する対象の試料の性質に応じて適切な電子線を選択し、その選択した電子線を検出することで試料表面の電子線像を作成するとともに、前記分析部によって、電子線を照射された試料表面から発生する蛍光Ｘ線等の特性Ｘ線、ＣＬ（カソードルミネッセンス）などの光を検出し、その検出した光の波長毎の強度から、電子線が照射され、光を発した特定位置における元素の定量分析や応力等を分析することができる。すなわち、光検出部によって試料から発生した光の信号を蓄積し、十分な量の信号が蓄積された後に、その信号を波長毎のスペクトルデータに変換させることで、前記特定位置における試料の元素分析や、応力状態といった分析を、試料から発生した光の信号が微弱な場合であっても容易にかつ精度よく行うことができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、前記電子線照射装置が、前記特定位置を含む試料の所定領域内の各照射位置について、それぞれ複数回電子線を照射するように電子線を走査することを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００１５】
このような試料分析装置によれば、試料表面の所定領域内の電子線照射位置にそれぞれ電子線を照射することで、試料表面の所定領域内に含まれる特定位置についての元素の定量分析や応力分析を行うことができるとともに、各照射位置から生じる二次電子線等のエネルギ線を複数回検出することができるため、試料の表面像を作成するための信号量が多くなり、各電子線照射位置の像がより正確に作成できるという効果がある。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、前記電子線照射装置が、試料表面の所定領域に対して電子線を走査する経路が同一経路となるように、電子線を前記所定領域内において複数回走査することを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００１７】
このような試料分析装置においては、電子線の走査を複数回行う際に、各走査が同一経路となるように電子線を走査させることで、電子線を走査させるための制御を簡単なものとすることができる。また、このように電子線を走査させる場合、試料表面から得られる二次電子線や光等のエネルギ線を、走査毎に同じ手順で検出し、解析すればよいため、検出値の解析や分析の制御を簡単なものにすることができるという効果がある。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、前記電子線照射装置が、電子線発生部と、走査信号が与えられ、その走査信号に基づいて前記電子線発生部から発せられた電子線を試料表面に対して走査する電子線走査部とを備え、前記光検出部が試料からの光等のエネルギ線を検出するタイミングを、前記電子線走査部に与えられる走査信号に同期して制御することを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００１９】
このような試料分析装置においては、電子線走査部に対して送信する走査信号に同期した検出信号を前記光検出部に送信した場合にのみ、試料表面からの光を検出するため、特定位置に電子線が照射された際に生じる光のみを選択的に検出することが容易に可能となる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、前記光検出部が、光を受光して電荷に変換可能な受光素子と、前記受光素子によって変換された電荷を一時的に蓄積可能な電荷転送部とを備えており、前記受光素子と、前記電荷転送部との電気的な通電状態がＯＮ／ＯＦＦ切換え可能に構成されていることを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００２１】
すなわち、前記検出部として、例えばＣＣＤのような受光した光を電荷に変換し、この電荷を電気信号として出力可能なものを用いることで、受光した光の信号の蓄積を簡単に行うことができる。また、このような検出部を用いることで、試料の特定位置から生じた光のみを容易に検出することができる。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明は、前記電子線走査部が、電子線発生部から発せられた電子線を偏向するものであり、前記走査信号によって、試料表面に向けて電子線を走査するように電子線を偏向するものであることを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００２３】
このような試料分析装置においては、偏向部によって電子線を偏向させることで試料表面に電子線を走査させているため、電子線発生部を２次元的に走査するように駆動することで試料表面に電子線を照射する位置を変える必要がなく、電子線の走査を迅速かつ容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
上述のように、本発明に係る試料分析装置によれば、試料表面全体または所定領域について、エネルギ線に基づいた試料の分析を行うと同時に、前記試料の特定位置を分析する場合に、この特定位置に電子線を長時間継続して照射することないため、電子線の照射によって生じる熱の発生やチャージアップ現象を防止することができる。したがって、熱の発生による試料表面での試料ドリフトや、電荷の蓄積による電界の乱れから生じる電子線の曲がりが抑制され、電子線を照射する位置精度が増し、試料の特定位置を分析する際の分析精度を向上させることができる同時に、試料表面全体または所定領域について、エネルギ線に基づいた試料の分析を行うことも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本願発明の第一の実施形態について、図１から図５を参照しつつ説明する。図１は、本願発明に係る試料分析装置１の一実施形態について、その全体の外観を示す概略図である。なお、本実施形態においては、試料表面から発生する第１のエネルギ線が二次電子線であり、同じく第２のエネルギ線が特性Ｘ線等の光としている。さらに、前記第１のエネルギ線（すなわち二次電子線）から前記試料の分析を行う第１の分析部を電子線像作成装置２０とし、第２のエネルギ線（すなわち光）から前記試料の分析を行う第２の分析部を、電子線ＥＢが照射された試料Ｓから発生した光を光検出部（検出部）３１で検出し、光を発生した位置における試料Ｓの分析を行う分析部３０とした一例を示すものとする。
【００２６】
試料分析装置１は、電子線発生部としての電子銃１１と、電子銃１１から発せられた電子線ＥＢを偏向し、試料台５０上に載置された試料Ｓの表面上を走査させるための電子線走査部１２とで構成される電子線照射装置１０を備えている。この電子線照射装置１０は、電子線ＥＢを試料Ｓの所定領域に収斂させるためのコンデンサレンズ、アパーチャ等の図示しないレンズ機構を備えるとともに、電子線ＥＢを試料Ｓの表面上を二次元的に走査するように偏向する偏向部１２１〜１２４と、試料Ｓの表面に対して電子線ＥＢを照射する位置を指示するための偏向信号を偏向部１２１〜１２４に送信するための偏向信号発生器１３とを備えている。なお、前記偏向信号を送信するタイミング等は、後述するように、別途構成されるコンピュータ４０の備える情報処理部４１に記憶されたプログラムにしたがって制御される。
【００２７】
さらに、試料分析装置１は、電子線ＥＢを照射された試料Ｓからの二次電子線Ｅを検出し、電子線ＥＢが照射された試料Ｓの表面の電子線像を作成するための電子線像作成装置２０と、試料Ｓから発生した光Ｌによって試料表面の分析を行う分析部３０とを備えている。以下、詳細に説明する。
【００２８】
前記電子線像作成装置２０は、試料Ｓからの二次電子を検出するための電子線検出部２１と、電子線検出部２１によって検出された信号に基づいて、試料表面の電子線像を作成するためのコンピュータ４０とで構成されている。この電子線像作成装置２０は、試料Ｓ表面の所定領域が、電子線ＥＢを走査するように照射されると、試料Ｓから発生した電子線Ｅを連続的に電子線検出部２１で検出し、その検出信号をコンピュータ４０の情報処理部４１において演算処理することで、電子線像を得るものである。なお、情報処理部４１は、図２に示すように、ＣＰＵ、メモリ、ＡＤ変換機、入力手段等を備えており、前記メモリの所定位置に格納されたプログラムに基づいて前記ＣＰＵ等が作動し、前述のような電子線像を作成する。なお、この情報処理部４１は、オペレータから前記入力手段を介して入力された指示データに基づいて、あるいは自動で、電子銃１１や、電子線検出部２１といった、試料分析装置１を構成する各部の制御や、印字、画面表示のためのデータ処理等を必要に応じて行うものである。
【００２９】
また、分析部３０は、試料Ｓの特定位置における分析を行うものであって、電子線ＥＢが照射された試料Ｓの表面からの光Ｌを検出するための光検出部３１と、検出した光を分光する分光部３２と、分光部３２によって分光された光を検出するためのディテクタ３３とを備えている。ディテクタ３３により検出された信号は、前記コンピュータ４０に送信され、試料表面に含まれる元素の特定等の分析を行う。すなわち、本実施形態においては、電子線像作成装置２０および分析部３０は、１台のコンピュータ４０を共通に使用するものであり、このコンピュータ４０の備える情報処理部４１は、ＣＰＵが作動することでスペクトルデータ生成部としても作用し、後述するように試料表面の分析結果を出力することを可能としている。なお、これらの試料の分析結果や、前述した電子線像は、ディスプレイ４２を通じて視覚的に出力される。
【００３０】
光検出部３１は、試料Ｓからの光Ｌを集光するための、集光部３１１と、光ファイバ３１２とを備えており、この集光部３１１によって、試料Ｓから発生する光Ｌは最小限の損失で分光部３２に導かれる。前記集光部３１１は、本実施形態では楕円面鏡が用いられているが、このような楕円面鏡に代えて、放物面鏡、凹面鏡、レンズ等を用いることもできる。
【００３１】
分光部３２は、集光部３１１で集光された光Ｌを単色光に分離するものであり、本実施形態ではモノクロメータが用いられている。
【００３２】
ディテクタ３３は、分光部３２で波長毎に分光された各単色光の強度をそれぞれ測定するものであり、測定された各単色光の強度に応じた電気信号（電流値または電圧値）を含む光強度信号をコンピュータ４０に出力するものである。本実施形態においては、図３に示すように、ディテクタ３３はＣＣＤ（charge-coupled device）であり、直線的または平面的に配設され、光を受光するための受光素子３３１と、トランスファーゲート３３２を介して受光素子３３１に通電する電荷転送部としての垂直転送路３３３とを備えている。また、受光素子３３１は、図示しない電子シャッターにより、分光部３２からの光の受光が可能な状態と、光を受光しない状態とに切換え可能となっている。なお、この電子シャッターの開閉は、情報処理部４１からの指令によって行われる。
【００３３】
なお、受光素子３３１において受光した光が電気信号（電荷）に変換されると、この電気信号(電荷)は、トランスファーゲート３３２を介して垂直転送路３３３に移動する。垂直転送路３３３に移動した電気信号(電荷)は、その電気信号をコンピュータ４０に送信する旨の指令を情報処理部４１から受けるまで蓄積される。なお、受光素子３３１において光を受光するための電子シャッターの開閉を切換えるタイミングについては、後述する。
【００３４】
このように、分析部３０においては試料Ｓの表面から得られた光の波長毎の強度を電気信号に変換して求め、スペクトルデータを作成し、そのスペクトルデータから試料表面の分析を行う。本実施形態において、分析部３０は、予め記憶された基準スペクトルデータと、分析部３０から得られたスペクトルデータとを比較することで、試料Ｓの表面について元素分析を行うことができる。
【００３５】
このような試料分析装置１が、試料Ｓの所定領域に関する電子線像を作成するとともに、前記所定領域内に含まれる、試料Ｓの特定位置の分析を行う場合の動作について、図４に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３６】
まず、試料Ｓの分析を開始する以前の状態において、受光素子３３１は電荷を検出しない状態で電子シャッターが閉じられた状態となっている。そして、図４に示すように、ステップＳ１０１においては、メモリに記憶された、試料台５０上に載置された試料Ｓの表面における所定の電子線照射領域Ｒに関する情報に基づいて、情報処理部４１が電子線照射領域Ｒにおける電子線走査経路を特定する。詳細には、図５に示すように、情報処理部４１は、試料Ｓ内の電子線照射領域Ｒ内における照射開始位置ＰＳおよび照射終了位置ＰＥを定め、その間の電子線走査経路を特定する。この電子線走査経路の途中には、特定位置ＰＯが含まれているものとする。
【００３７】
次に、情報処理部４１は、電子銃１１および偏向信号発生器１３に向けて信号を送信し、電子銃１１により発生した電子線ＥＢを前記照射開始位置ＰＳから前記電子線走査経路に沿って、一定の速度で走査する（ステップＳ１０２）。このとき、電子線ＥＢが走査された試料Ｓの表面から発生する二次電子線Ｅは、電子線検出部２１で所定のタイミングで連続的に検出され、検出された信号は情報処理部４１に送信されてデータ格納部（図示せず）に記憶される。このデータ格納部に記憶された二次電子線Ｅについてのデータは、後述するように、試料Ｓの表面の電子線像を得るために所定の信号処理がなされるものである。なお、電子線ＥＢが照射開始位置ＰＳから特定位置ＰＯに到達するまでは、情報処理部４１の制御により、ディテクタ３３に含まれる受光素子３３１の電子シャッターは閉じられた状態が継続しており、試料Ｓの表面から発生する光Ｌは、受光されない状態となっている。
【００３８】
次に、電子銃１１からの電子線ＥＢの照射される位置が、特定位置ＰＯの直前の位置になると、情報処理部４１からの指令によって、偏向信号発生器１３は偏向部１２１〜１２４に対して送信する偏向信号に同期して、光検出部３１に検出信号を送信し、受光素子３３１の電子シャッターをごく短時間開いた状態とする（ステップＳ１０３）。このとき、電子シャッターを開く時間は、電子線ＥＢが特定位置ＰＯを通過する時間と略等しい時間となっている。
【００３９】
このように、電子シャッターが開かれた受光素子３３１は、図６（Ａ）に示すように、試料Ｓの表面から発生した光Ｌを受光し、その表面に受光した光の強度に応じた電荷ｅを蓄える。そして、受光素子３３１に蓄えられた電荷ｅは、図６（Ｂ）に示すように、トランスファーゲート３３２を通じて垂直転送路３３３に転送され、その後、図６（Ｃ）に示すように、垂直転送路３３３内に一時的に蓄積される（ステップＳ１０４）。
【００４０】
次に、特定位置ＰＯを通過した電子線ＥＢは、その後も一定の速度で試料Ｓの表面を前記照射終了位置ＰＥまで走査され、試料Ｓ内の電子線照射領域全体に電子線ＥＢが走査される（ステップＳ１０５）。このとき、前述のように、電子線ＥＢが走査された試料Ｓ内の表面から発生する二次電子線Ｅは、電子線検出部２１において前述と同様に連続的に検出されている。
【００４１】
次に、情報処理部４１は、試料Ｓ内の前記特定位置ＰＯについての分析を十分に行うことができるほどの電荷が垂直転送路３３３内に蓄えられたか否かを判断する（ステップＳ１０６）。特定位置ＰＯから得られた光量が不十分で、この特定位置ＰＯについての分析が行えないと判断した場合は、再度電子線ＥＢを試料Ｓ内の電子線照射領域に走査する。このとき、情報処理部４１は、偏向信号発生器１３から偏向部１２１〜１２４に対して偏向信号を送信し、電子線を照射開始位置ＰＳに戻すように指示する（ステップＳ２０１）。次に、電子線を早く走査して、その際に検出された二次電子像または光の検出値と、前回の電子線走査の際に得られた二次電子像または光の検出値とを比較し、電子線の走査軌跡（電子線走査経路）がずれたか否かを判断する（ステップＳ２０２）。この比較の結果、電子線の走査軌跡がずれていないと判断すると、ステップＳ１０２に戻って再度同様の電子線走査を行う。そして、前述のステップＳ１０２〜１０５を繰り返すことで、特定位置ＰＯから発生した光をディテクタ３３で受光し、垂直転送路３３３に電荷を蓄積する。
【００４２】
また、ステップＳ２０２において、電子線の走査軌跡がずれたと判断した場合は、前述した比較結果から、電子線を照射開始位置ＰＳに戻すように電子線を偏向させる位置を補正する（ステップＳ２０３）。そして、この電子線を偏向させる位置を補正した後、ステップＳ１０２に戻って再度同様の電子線走査を行う。
【００４３】
このように、電子線ＥＢの走査が繰り返し行われ、前記ステップＳ１０６を終えた時点で、特定位置ＰＯから得られた光によって垂直転送路３３３に電荷が十分蓄積され、特定位置ＰＯを分析可能であると情報処理部４１が判断した場合は、電子線の照射を停止し、蓄積された電荷(検出値)を順次取得して、電子線走査を終了する（ステップＳ１０７）。そして、情報処理部４１において、特定位置Ｐのスペクトル分析を行い、これらの結果をディスプレイ４２に出力した後（ステップＳ１０８）、一連の作業を終了する。また、電子線ＥＢの走査が複数回繰り返して行われるステップによって、試料Ｓの表面から発生する二次電子線がより多く検出され、検出された信号は情報処理部４１に送信されてデータ格納部（図示せず）に記憶される。このように、試料表面から生じた二次電子線の検出値に基づいて電子線像を作成する際に、一度の電子線走査によって得られる二次電子線の検出値よりも多くの検出値に基づいて電子線像が作成される。
【００４４】
上述の実施形態においては、試料Ｓの電子線照射領域について電子線像を得ると同時に、特定位置に電子線を長時間照射し続けることなく、電子線照射領域に含まれる特定位置Ｐの分析を行うことができる。したがって、電子線の照射によって生じる、試料表面における熱の発生やチャージアップ現象を抑制することができる。これによって、試料表面に生じる試料ドリフトや電子線の曲がりが抑制され、電子線を照射する試料表面の特定位置の位置精度が増し、分析精度の高い試料分析を行うことができると同時に、試料表面の所定領域についての電子線像を作成することも可能となる。
【００４５】
また、前記二次電子線による試料表面の電子線像は、複数回電子線を走査した結果得られた二次電子線情報から作成されているため、通常の電子線情報と比べてより精度が高いものとなっている。すなわち、電子線を走査する経路を、各走査ごとに同経路となるようにしているため、電子線像を作成するための情報が複数回得られることとなり、これらの情報を平均化したり、異常値と判断できる信号を除去することが可能となる。これによって、より精度の高い電子線像情報を得ることができる。
【００４６】
なお、上記実施形態においては、試料の表面像を作成する手段として、試料から発生する二次電子線を検出する場合を開示しているが、本願発明はこれに限られるものではない。すなわち、試料から発生するＸ線や他のエネルギ線を検出して、試料の表面像を作成したり、試料の元素分析等を行うようにしてもよい。同様に、試料の特定位置における分析も、試料から発生する光に限定されるものではなく、例えば反射電子線等の他のエネルギ線を用いて分析を行うことも可能である。さらに、このようなエネルギ線を用いて分析を行う場合、前述の実施形態のように元素分析を行うだけでなく、試料表面の応力状態や温度情報等を分析するものであってもよい。また、前記特定位置は、試料の表面上の位置のみに限定されるものではなく、試料の内部であってもよい。
【００４７】
また、この実施形態においては、電子線の走査を電子線を偏向させる偏向部を用いて行っていたが、本発明はこれに限られるものではなく、電子線の照射位置を固定し、試料Ｓを載置する試料台を移動させるように構成されていてもよい。
【００４８】
また、前述の実施形態においては、試料表面の特定位置が点である場合を示しているが、この特定位置はある程度の幅を有するものであってもよく、線状または面状であってもよい。また、この特定位置が試料内部に位置する場合は、ある程度の体積を有するものであってもよい。
【００４９】
また、前述した実施形態については、試料Ｓ上の特定位置ＰＯにおける光を検出し、電気信号として垂直転送路３３３に蓄積するような光検出部の形態を示しているが、垂直転送路３３３に蓄積した電気信号（電荷）を、他の電荷蓄積部（例えば情報処理部４１）に転送し、連続的に蓄積するようにしてもよい。
【００５０】
さらに、走査はジグザグに行うのみならず、特定点だけは多数回にわたって通るものの、その他の領域についてはそれよりも少ない回数（１回または数回）通るような走査経路でも構わない。その一例としては少しずつ位相を変えて８の字を描き、その８の字の交差点が特定点となるように走査する経路が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本願発明の１実施形態である試料分析装置１の全体を示す概略図でである。
【図２】図１に示す試料分析装置１に備えられた情報処理部の概略構成を示す構成図である。
【図３】図１に示す試料分析装置１に備えられた光検出部のディテクタ３３の構成を簡単に示す構成図である。
【図４】図１に示す試料分析装置１によって、試料Ｓの表面像を作成するとともに、試料Ｓの特定位置についての分析を行うための各ステップを示すフローチャートである。
【図５】図１に示す試料分析装置１において、試料Ｓ上に電子線を走査する経路を示す図である。
【図６】ディテクタ３３において、試料Ｓからの光を受光し、受光した光を電荷に変換した後に蓄積する流れを示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ ・・・試料分析装置
１０ ・・・電子線照射装置
１１ ・・・電子銃（電子線発生部）
１２ ・・・電子線走査部
１３ ・・・偏向信号発生器
２０ ・・・電子線像作成装置（第１の分析部）
２１ ・・・電子線検出部
３０ ・・・分析部（第２の分析部）
３１ ・・・光検出部（検出部）
３２ ・・・分光部
３３ ・・・ディテクタ
３３１ ・・・受光素子
３３２ ・・・トランスファーゲート
３３３ ・・・垂直転送路（電荷転送路）
４０ ・・・コンピュータ
４１ ・・・情報処理部（スペクトルデータ生成部）
４２ ・・・ディスプレイ
５０ ・・・試料台
Ｓ ・・・試料
ＥＢ ・・・電子線
Ｅ ・・・二次電子線
Ｌ ・・・光
ｅ ・・・電荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線を試料表面に向けて照射し、試料から発生した二次電子線等の第１のエネルギ線を検出して試料の所定領域についての分析を行うとともに、試料から発生したX線やカソードルミネッセンス、電子線等の第２のエネルギ線を検出することで、前記所定領域内に含まれる試料の特定位置に関する分析を行う試料分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子線を分析対象の試料表面に照射し、その試料表面から発生するエネルギ線を検出して試料表面の分析を行うような分析装置が利用されている。このような分析装置の一例として、例えば電子線を照射したときに試料表面から発生した特性Ｘ線のスペクトルを検出し、着目する元素に対応する特性Ｘ線の強度比より、電子線を照射した試料表面の元素分布の情報を得るものが知られている。（例えば特許文献１）
【０００３】
また、他の分析装置の一例としては、電子線を照射したときに試料表面から発生した光（例えばＣＬ）を検出し、この光の波長ごとの強度から光のスペクトル波形を示すデータであるスペクトルデータを生成し、このスペクトルデータから、試料表面上の電子線の照射箇所に含まれる成分や応力状態等を特定するものも知られている。（例えば特許文献２）
【０００４】
さらに、その他の分析装置としては、電子線を照射した試料表面から発生したオージェ電子を検出して試料表面の分析を行うものもある。
【０００５】
一方、電子線を試料表面全体に対して走査するように照射し、試料表面から発生した二次電子線や透過電子線、特性Ｘ線等のエネルギ線を検出して、前記試料表面の像を得るような分析装置も知られている。このような分析装置の一例として、試料表面の全面または一部の領域に対して、電子線を略一定速度で走査するように照射し、試料表面から得られる二次電子線の強度から、試料表面の形状を電子線像として表すことができるものがある。これによって、光学顕微鏡では観察し得ないような微小な凹凸や傾き等を視覚的に観察することが可能となる。（例えば特許文献３）
【０００６】
さらに、近年では、試料の特定箇所に含まれる成分等を分析する分析装置と、試料表面の電子線像を得るような分析装置とを組み合わせることで、分析対象となる試料の表面に電子線を照射し、試料表面を視覚的に観察するとともに、試料表面の特定箇所についての成分を分析可能とした、試料分析装置も知られている。（例えば特許文献４）
【特許文献１】特開平５−２７５０４４号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０９５９号公報
【特許文献３】特開昭６３−２５４６４９号公報
【特許文献４】特開平１０−１７２４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような試料分析装置においては、試料の特定位置に関する分析を行う場合、分析対象である前記特定位置において電子線の走査を停止し、充分な量のエネルギ線の信号が得られるまで電子線を照射し続けなければならない。そのため、試料の表面全体または所定領域について、電子線を照射することで得られるエネルギ線に基づいた分析を行うことができないという欠点がある。さらに、前記特定位置において電子線を照射した結果得られる信号が微弱な場合、電子線の走査を長時間停止し、その特定位置に電子線を照射し続けなければならない。そのため、電子線の照射箇所の温度が上昇するだけでなく、照射箇所に電荷が蓄積する、いわゆるチャージアップ現象が発生する恐れがある。
【０００８】
そして、このような温度上昇による試料表面の試料ドリフトや、電荷の蓄積による電界の乱れから生じる電子線の曲がりから、電子線を照射する位置精度が低下し、前記エネルギ線に基づいた分析が正確に行えなくなるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上述のような問題点を鑑みてなされたものであり、試料の表面全体または所定領域について、試料から発せられたエネルギ線に基づいた分析を可能にするとともに、試料内の特定位置についてのエネルギ線に基づいた分析を可能とするものであって、分析対象である前記特定位置に電子線を長時間照射することで生じる試料の温度上昇やその位置でもチャージアップを防止し、それによって、試料内の特定位置についての分析を精度よく行うことができる試料分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、試料の所定領域に対して、試料表面に向けて電子線を走査するように照射する電子線照射装置と、前記電子線が照射された試料から発生した第１のエネルギ線を検出し、この検出された第１のエネルギ線から前記試料の分析を行う第１の分析部と、前記電子線が照射された試料から発生した第２のエネルギ線を検出し、この検出された第２のエネルギ線から前記試料の分析を行う第２の分析部と、を備えた試料分析装置であって、前記第２の分析部が、第２のエネルギ線を検出するための検出部を備えるとともに、この検出部が前記試料の所定領域内に含まれる特定位置に対して電子線が照射されたときのみ、試料から発生した第２のエネルギ線を検出するものであり、前記第２の分析部が、その検出値を蓄積し、その蓄積された検出値から前記試料の分析を行うことを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００１１】
このように構成された試料分析装置においては、分析対象の試料表面の所定領域に向けて電子線を照射することで、試料から得られる第１のエネルギ線を検出し、前記所定領域全体についての分析を行うと同時に、所定領域内に含まれる特定位置から発生する第２のエネルギ線を積算して検出することで、前記所定領域全体についての電子線の走査を停止することなく、前記特定位置の分析を行うことが可能となる。さらに、このような試料分析装置においては、前記特定位置に電子線を継続して長時間照射することがないため、前記特定位置において熱の発生やチャージアップ現象が発生せず、試料から発生する前記第２のエネルギ線に基づく分析を精度よく行うことができる。なお、前記第１のエネルギ線と第２のエネルギ線とは、異なるエネルギ線であってもよいし、同一のエネルギ線であってもよい。また、前記第１のエネルギ線および第２のエネルギ線は、試料表面から発生したエネルギ線のみならず、試料内部から発生したエネルギ線であってもよく、試料表面を透過したものであってもよい。ここでエネルギ線とは、電磁波、電子線、アルファ線などのエネルギを有した粒子線あるいは波動のことをいう。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、試料表面の所定領域に向けて電子線を走査するように照射する電子線照射装置と、前記電子線が照射された試料から発生した電子線を検出し、この検出された電子線から前記試料表面の電子線像を作成する電子線像作成装置と、前記電子線が照射された試料から発生した光に基づいて、この光を発生した位置における前記試料の分析を行う分析部と、を備えた試料分析装置であって、前記分析部が、前記試料から発生した光を検出する光検出部と、前記光検出部によって検出された光の波長毎の強度を算出して、光のスペクトル波形を示すデータであるスペクトルデータを生成するスペクトルデータ生成部と、を備えており、前記光検出部が、所定領域内に含まれる特定位置に対して電子線が照射されたときのみ、前記試料から発生した光を検出し、その検出値を蓄積するとともに、前記スペクトルデータ生成部が、その蓄積された検出値からスペクトルデータを生成可能であることを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００１３】
このような試料分析装置においては、前記電子像作成装置によって、試料表面から発生した二次電子線、反射電子線等の電子線から、分析する対象の試料の性質に応じて適切な電子線を選択し、その選択した電子線を検出することで試料表面の電子線像を作成するとともに、前記分析部によって、電子線を照射された試料表面から発生する蛍光Ｘ線等の特性Ｘ線、ＣＬ（カソードルミネッセンス）などの光を検出し、その検出した光の波長毎の強度から、電子線が照射され、光を発した特定位置における元素の定量分析や応力等を分析することができる。すなわち、光検出部によって試料から発生した光の信号を蓄積し、十分な量の信号が蓄積された後に、その信号を波長毎のスペクトルデータに変換させることで、前記特定位置における試料の元素分析や、応力状態といった分析を、試料から発生した光の信号が微弱な場合であっても容易にかつ精度よく行うことができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、前記電子線照射装置が、前記特定位置を含む試料の所定領域内の各照射位置について、それぞれ複数回電子線を照射するように電子線を走査することを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００１５】
このような試料分析装置によれば、試料表面の所定領域内の電子線照射位置にそれぞれ電子線を照射することで、試料表面の所定領域内に含まれる特定位置についての元素の定量分析や応力分析を行うことができるとともに、各照射位置から生じる二次電子線等のエネルギ線を複数回検出することができるため、試料の表面像を作成するための信号量が多くなり、各電子線照射位置の像がより正確に作成できるという効果がある。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、前記電子線照射装置が、試料表面の所定領域に対して電子線を走査する経路が同一経路となるように、電子線を前記所定領域内において複数回走査することを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００１７】
このような試料分析装置においては、電子線の走査を複数回行う際に、各走査が同一経路となるように電子線を走査させることで、電子線を走査させるための制御を簡単なものとすることができる。また、このように電子線を走査させる場合、試料表面から得られる二次電子線や光等のエネルギ線を、走査毎に同じ手順で検出し、解析すればよいため、検出値の解析や分析の制御を簡単なものにすることができるという効果がある。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、前記電子線照射装置が、電子線発生部と、走査信号が与えられ、その走査信号に基づいて前記電子線発生部から発せられた電子線を試料表面に対して走査する電子線走査部とを備え、前記光検出部が試料からの光等のエネルギ線を検出するタイミングを、前記電子線走査部に与えられる走査信号に同期して制御することを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００１９】
このような試料分析装置においては、電子線走査部に対して送信する走査信号に同期した検出信号を前記光検出部に送信した場合にのみ、試料表面からの光を検出するため、特定位置に電子線が照射された際に生じる光のみを選択的に検出することが容易に可能となる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、前記光検出部が、光を受光して電荷に変換可能な受光素子と、前記受光素子によって変換された電荷を一時的に蓄積可能な電荷転送部とを備えており、前記受光素子と、前記電荷転送部との電気的な通電状態がＯＮ／ＯＦＦ切換え可能に構成されていることを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００２１】
すなわち、前記検出部として、例えばＣＣＤのような受光した光を電荷に変換し、この電荷を電気信号として出力可能なものを用いることで、受光した光の信号の蓄積を簡単に行うことができる。また、このような検出部を用いることで、試料の特定位置から生じた光のみを容易に検出することができる。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明は、前記電子線走査部が、電子線発生部から発せられた電子線を偏向するものであり、前記走査信号によって、試料表面に向けて電子線を走査するように電子線を偏向するものであることを特徴とする試料分析装置を提供する。
【００２３】
このような試料分析装置においては、偏向部によって電子線を偏向させることで試料表面に電子線を走査させているため、電子線発生部を２次元的に走査するように駆動することで試料表面に電子線を照射する位置を変える必要がなく、電子線の走査を迅速かつ容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
上述のように、本発明に係る試料分析装置によれば、試料表面全体または所定領域について、エネルギ線に基づいた試料の分析を行うと同時に、前記試料の特定位置を分析する場合に、この特定位置に電子線を長時間継続して照射することないため、電子線の照射によって生じる熱の発生やチャージアップ現象を防止することができる。したがって、熱の発生による試料表面での試料ドリフトや、電荷の蓄積による電界の乱れから生じる電子線の曲がりが抑制され、電子線を照射する位置精度が増し、試料の特定位置を分析する際の分析精度を向上させることができる同時に、試料表面全体または所定領域について、エネルギ線に基づいた試料の分析を行うことも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本願発明の第一の実施形態について、図１から図５を参照しつつ説明する。図１は、本願発明に係る試料分析装置１の一実施形態について、その全体の外観を示す概略図である。なお、本実施形態においては、試料表面から発生する第１のエネルギ線が二次電子線であり、同じく第２のエネルギ線が特性Ｘ線等の光としている。さらに、前記第１のエネルギ線（すなわち二次電子線）から前記試料の分析を行う第１の分析部を電子線像作成装置２０とし、第２のエネルギ線（すなわち光）から前記試料の分析を行う第２の分析部を、電子線ＥＢが照射された試料Ｓから発生した光を光検出部（検出部）３１で検出し、光を発生した位置における試料Ｓの分析を行う分析部３０とした一例を示すものとする。
【００２６】
試料分析装置１は、電子線発生部としての電子銃１１と、電子銃１１から発せられた電子線ＥＢを偏向し、試料台５０上に載置された試料Ｓの表面上を走査させるための電子線走査部１２とで構成される電子線照射装置１０を備えている。この電子線照射装置１０は、電子線ＥＢを試料Ｓの所定領域に収斂させるためのコンデンサレンズ、アパーチャ等の図示しないレンズ機構を備えるとともに、電子線ＥＢを試料Ｓの表面上を二次元的に走査するように偏向する偏向部１２１〜１２４と、試料Ｓの表面に対して電子線ＥＢを照射する位置を指示するための偏向信号を偏向部１２１〜１２４に送信するための偏向信号発生器１３とを備えている。なお、前記偏向信号を送信するタイミング等は、後述するように、別途構成されるコンピュータ４０の備える情報処理部４１に記憶されたプログラムにしたがって制御される。
【００２７】
さらに、試料分析装置１は、電子線ＥＢを照射された試料Ｓからの二次電子線Ｅを検出し、電子線ＥＢが照射された試料Ｓの表面の電子線像を作成するための電子線像作成装置２０と、試料Ｓから発生した光Ｌによって試料表面の分析を行う分析部３０とを備えている。以下、詳細に説明する。
【００２８】
前記電子線像作成装置２０は、試料Ｓからの二次電子を検出するための電子線検出部２１と、電子線検出部２１によって検出された信号に基づいて、試料表面の電子線像を作成するためのコンピュータ４０とで構成されている。この電子線像作成装置２０は、試料Ｓ表面の所定領域が、電子線ＥＢを走査するように照射されると、試料Ｓから発生した電子線Ｅを連続的に電子線検出部２１で検出し、その検出信号をコンピュータ４０の情報処理部４１において演算処理することで、電子線像を得るものである。なお、情報処理部４１は、図２に示すように、ＣＰＵ、メモリ、ＡＤ変換機、入力手段等を備えており、前記メモリの所定位置に格納されたプログラムに基づいて前記ＣＰＵ等が作動し、前述のような電子線像を作成する。なお、この情報処理部４１は、オペレータから前記入力手段を介して入力された指示データに基づいて、あるいは自動で、電子銃１１や、電子線検出部２１といった、試料分析装置１を構成する各部の制御や、印字、画面表示のためのデータ処理等を必要に応じて行うものである。
【００２９】
また、分析部３０は、試料Ｓの特定位置における分析を行うものであって、電子線ＥＢが照射された試料Ｓの表面からの光Ｌを検出するための光検出部３１と、検出した光を分光する分光部３２と、分光部３２によって分光された光を検出するためのディテクタ３３とを備えている。ディテクタ３３により検出された信号は、前記コンピュータ４０に送信され、試料表面に含まれる元素の特定等の分析を行う。すなわち、本実施形態においては、電子線像作成装置２０および分析部３０は、１台のコンピュータ４０を共通に使用するものであり、このコンピュータ４０の備える情報処理部４１は、ＣＰＵが作動することでスペクトルデータ生成部としても作用し、後述するように試料表面の分析結果を出力することを可能としている。なお、これらの試料の分析結果や、前述した電子線像は、ディスプレイ４２を通じて視覚的に出力される。
【００３０】
光検出部３１は、試料Ｓからの光Ｌを集光するための、集光部３１１と、光ファイバ３１２とを備えており、この集光部３１１によって、試料Ｓから発生する光Ｌは最小限の損失で分光部３２に導かれる。前記集光部３１１は、本実施形態では楕円面鏡が用いられているが、このような楕円面鏡に代えて、放物面鏡、凹面鏡、レンズ等を用いることもできる。
【００３１】
分光部３２は、集光部３１１で集光された光Ｌを単色光に分離するものであり、本実施形態ではモノクロメータが用いられている。
【００３２】
ディテクタ３３は、分光部３２で波長毎に分光された各単色光の強度をそれぞれ測定するものであり、測定された各単色光の強度に応じた電気信号（電流値または電圧値）を含む光強度信号をコンピュータ４０に出力するものである。本実施形態においては、図３に示すように、ディテクタ３３はＣＣＤ（charge-coupled device）であり、直線的または平面的に配設され、光を受光するための受光素子３３１と、トランスファーゲート３３２を介して受光素子３３１に通電する電荷転送部としての垂直転送路３３３とを備えている。また、受光素子３３１は、図示しない電子シャッターにより、分光部３２からの光の受光が可能な状態と、光を受光しない状態とに切換え可能となっている。なお、この電子シャッターの開閉は、情報処理部４１からの指令によって行われる。
【００３３】
なお、受光素子３３１において受光した光が電気信号（電荷）に変換されると、この電気信号(電荷)は、トランスファーゲート３３２を介して垂直転送路３３３に移動する。垂直転送路３３３に移動した電気信号(電荷)は、その電気信号をコンピュータ４０に送信する旨の指令を情報処理部４１から受けるまで蓄積される。なお、受光素子３３１において光を受光するための電子シャッターの開閉を切換えるタイミングについては、後述する。
【００３４】
このように、分析部３０においては試料Ｓの表面から得られた光の波長毎の強度を電気信号に変換して求め、スペクトルデータを作成し、そのスペクトルデータから試料表面の分析を行う。本実施形態において、分析部３０は、予め記憶された基準スペクトルデータと、分析部３０から得られたスペクトルデータとを比較することで、試料Ｓの表面について元素分析を行うことができる。
【００３５】
このような試料分析装置１が、試料Ｓの所定領域に関する電子線像を作成するとともに、前記所定領域内に含まれる、試料Ｓの特定位置の分析を行う場合の動作について、図４に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３６】
まず、試料Ｓの分析を開始する以前の状態において、受光素子３３１は電荷を検出しない状態で電子シャッターが閉じられた状態となっている。そして、図４に示すように、ステップＳ１０１においては、メモリに記憶された、試料台５０上に載置された試料Ｓの表面における所定の電子線照射領域Ｒに関する情報に基づいて、情報処理部４１が電子線照射領域Ｒにおける電子線走査経路を特定する。詳細には、図５に示すように、情報処理部４１は、試料Ｓ内の電子線照射領域Ｒ内における照射開始位置ＰＳおよび照射終了位置ＰＥを定め、その間の電子線走査経路を特定する。この電子線走査経路の途中には、特定位置ＰＯが含まれているものとする。
【００３７】
次に、情報処理部４１は、電子銃１１および偏向信号発生器１３に向けて信号を送信し、電子銃１１により発生した電子線ＥＢを前記照射開始位置ＰＳから前記電子線走査経路に沿って、一定の速度で走査する（ステップＳ１０２）。このとき、電子線ＥＢが走査された試料Ｓの表面から発生する二次電子線Ｅは、電子線検出部２１で所定のタイミングで連続的に検出され、検出された信号は情報処理部４１に送信されてデータ格納部（図示せず）に記憶される。このデータ格納部に記憶された二次電子線Ｅについてのデータは、後述するように、試料Ｓの表面の電子線像を得るために所定の信号処理がなされるものである。なお、電子線ＥＢが照射開始位置ＰＳから特定位置ＰＯに到達するまでは、情報処理部４１の制御により、ディテクタ３３に含まれる受光素子３３１の電子シャッターは閉じられた状態が継続しており、試料Ｓの表面から発生する光Ｌは、受光されない状態となっている。
【００３８】
次に、電子銃１１からの電子線ＥＢの照射される位置が、特定位置ＰＯの直前の位置になると、情報処理部４１からの指令によって、偏向信号発生器１３は偏向部１２１〜１２４に対して送信する偏向信号に同期して、光検出部３１に検出信号を送信し、受光素子３３１の電子シャッターをごく短時間開いた状態とする（ステップＳ１０３）。このとき、電子シャッターを開く時間は、電子線ＥＢが特定位置ＰＯを通過する時間と略等しい時間となっている。
【００３９】
このように、電子シャッターが開かれた受光素子３３１は、図６（Ａ）に示すように、試料Ｓの表面から発生した光Ｌを受光し、その表面に受光した光の強度に応じた電荷ｅを蓄える。そして、受光素子３３１に蓄えられた電荷ｅは、図６（Ｂ）に示すように、トランスファーゲート３３２を通じて垂直転送路３３３に転送され、その後、図６（Ｃ）に示すように、垂直転送路３３３内に一時的に蓄積される（ステップＳ１０４）。
【００４０】
次に、特定位置ＰＯを通過した電子線ＥＢは、その後も一定の速度で試料Ｓの表面を前記照射終了位置ＰＥまで走査され、試料Ｓ内の電子線照射領域全体に電子線ＥＢが走査される（ステップＳ１０５）。このとき、前述のように、電子線ＥＢが走査された試料Ｓ内の表面から発生する二次電子線Ｅは、電子線検出部２１において前述と同様に連続的に検出されている。
【００４１】
次に、情報処理部４１は、試料Ｓ内の前記特定位置ＰＯについての分析を十分に行うことができるほどの電荷が垂直転送路３３３内に蓄えられたか否かを判断する（ステップＳ１０６）。特定位置ＰＯから得られた光量が不十分で、この特定位置ＰＯについての分析が行えないと判断した場合は、再度電子線ＥＢを試料Ｓ内の電子線照射領域に走査する。このとき、情報処理部４１は、偏向信号発生器１３から偏向部１２１〜１２４に対して偏向信号を送信し、電子線を照射開始位置ＰＳに戻すように指示する（ステップＳ２０１）。次に、電子線を早く走査して、その際に検出された二次電子像または光の検出値と、前回の電子線走査の際に得られた二次電子像または光の検出値とを比較し、電子線の走査軌跡（電子線走査経路）がずれたか否かを判断する（ステップＳ２０２）。この比較の結果、電子線の走査軌跡がずれていないと判断すると、ステップＳ１０２に戻って再度同様の電子線走査を行う。そして、前述のステップＳ１０２〜１０５を繰り返すことで、特定位置ＰＯから発生した光をディテクタ３３で受光し、垂直転送路３３３に電荷を蓄積する。
【００４２】
また、ステップＳ２０２において、電子線の走査軌跡がずれたと判断した場合は、前述した比較結果から、電子線を照射開始位置ＰＳに戻すように電子線を偏向させる位置を補正する（ステップＳ２０３）。そして、この電子線を偏向させる位置を補正した後、ステップＳ１０２に戻って再度同様の電子線走査を行う。
【００４３】
このように、電子線ＥＢの走査が繰り返し行われ、前記ステップＳ１０６を終えた時点で、特定位置ＰＯから得られた光によって垂直転送路３３３に電荷が十分蓄積され、特定位置ＰＯを分析可能であると情報処理部４１が判断した場合は、電子線の照射を停止し、蓄積された電荷(検出値)を順次取得して、電子線走査を終了する（ステップＳ１０７）。そして、情報処理部４１において、特定位置Ｐのスペクトル分析を行い、これらの結果をディスプレイ４２に出力した後（ステップＳ１０８）、一連の作業を終了する。また、電子線ＥＢの走査が複数回繰り返して行われるステップによって、試料Ｓの表面から発生する二次電子線がより多く検出され、検出された信号は情報処理部４１に送信されてデータ格納部（図示せず）に記憶される。このように、試料表面から生じた二次電子線の検出値に基づいて電子線像を作成する際に、一度の電子線走査によって得られる二次電子線の検出値よりも多くの検出値に基づいて電子線像が作成される。
【００４４】
上述の実施形態においては、試料Ｓの電子線照射領域について電子線像を得ると同時に、特定位置に電子線を長時間照射し続けることなく、電子線照射領域に含まれる特定位置Ｐの分析を行うことができる。したがって、電子線の照射によって生じる、試料表面における熱の発生やチャージアップ現象を抑制することができる。これによって、試料表面に生じる試料ドリフトや電子線の曲がりが抑制され、電子線を照射する試料表面の特定位置の位置精度が増し、分析精度の高い試料分析を行うことができると同時に、試料表面の所定領域についての電子線像を作成することも可能となる。
【００４５】
また、前記二次電子線による試料表面の電子線像は、複数回電子線を走査した結果得られた二次電子線情報から作成されているため、通常の電子線情報と比べてより精度が高いものとなっている。すなわち、電子線を走査する経路を、各走査ごとに同経路となるようにしているため、電子線像を作成するための情報が複数回得られることとなり、これらの情報を平均化したり、異常値と判断できる信号を除去することが可能となる。これによって、より精度の高い電子線像情報を得ることができる。
【００４６】
なお、上記実施形態においては、試料の表面像を作成する手段として、試料から発生する二次電子線を検出する場合を開示しているが、本願発明はこれに限られるものではない。すなわち、試料から発生するＸ線や他のエネルギ線を検出して、試料の表面像を作成したり、試料の元素分析等を行うようにしてもよい。同様に、試料の特定位置における分析も、試料から発生する光に限定されるものではなく、例えば反射電子線等の他のエネルギ線を用いて分析を行うことも可能である。さらに、このようなエネルギ線を用いて分析を行う場合、前述の実施形態のように元素分析を行うだけでなく、試料表面の応力状態や温度情報等を分析するものであってもよい。また、前記特定位置は、試料の表面上の位置のみに限定されるものではなく、試料の内部であってもよい。
【００４７】
また、この実施形態においては、電子線の走査を電子線を偏向させる偏向部を用いて行っていたが、本発明はこれに限られるものではなく、電子線の照射位置を固定し、試料Ｓを載置する試料台を移動させるように構成されていてもよい。
【００４８】
また、前述の実施形態においては、試料表面の特定位置が点である場合を示しているが、この特定位置はある程度の幅を有するものであってもよく、線状または面状であってもよい。また、この特定位置が試料内部に位置する場合は、ある程度の体積を有するものであってもよい。
【００４９】
また、前述した実施形態については、試料Ｓ上の特定位置ＰＯにおける光を検出し、電気信号として垂直転送路３３３に蓄積するような光検出部の形態を示しているが、垂直転送路３３３に蓄積した電気信号（電荷）を、他の電荷蓄積部（例えば情報処理部４１）に転送し、連続的に蓄積するようにしてもよい。
【００５０】
さらに、走査はジグザグに行うのみならず、特定点だけは多数回にわたって通るものの、その他の領域についてはそれよりも少ない回数（１回または数回）通るような走査経路でも構わない。その一例としては少しずつ位相を変えて８の字を描き、その８の字の交差点が特定点となるように走査する経路が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本願発明の１実施形態である試料分析装置１の全体を示す概略図でである。
【図２】図１に示す試料分析装置１に備えられた情報処理部の概略構成を示す構成図である。
【図３】図１に示す試料分析装置１に備えられた光検出部のディテクタ３３の構成を簡単に示す構成図である。
【図４】図１に示す試料分析装置１によって、試料Ｓの表面像を作成するとともに、試料Ｓの特定位置についての分析を行うための各ステップを示すフローチャートである。
【図５】図１に示す試料分析装置１において、試料Ｓ上に電子線を走査する経路を示す図である。
【図６】ディテクタ３３において、試料Ｓからの光を受光し、受光した光を電荷に変換した後に蓄積する流れを示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ ・・・試料分析装置
１０ ・・・電子線照射装置
１１ ・・・電子銃（電子線発生部）
１２ ・・・電子線走査部
１３ ・・・偏向信号発生器
２０ ・・・電子線像作成装置（第１の分析部）
２１ ・・・電子線検出部
３０ ・・・分析部（第２の分析部）
３１ ・・・光検出部（検出部）
３２ ・・・分光部
３３ ・・・ディテクタ
３３１ ・・・受光素子
３３２ ・・・トランスファーゲート
３３３ ・・・垂直転送路（電荷転送路）
４０ ・・・コンピュータ
４１ ・・・情報処理部（スペクトルデータ生成部）
４２ ・・・ディスプレイ
５０ ・・・試料台
Ｓ ・・・試料
ＥＢ ・・・電子線
Ｅ ・・・二次電子線
Ｌ ・・・光
ｅ ・・・電荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の所定領域に対して、試料表面に向けて電子線を走査するように照射する電子線照射装置と、
前記電子線が照射された試料から発生した第１のエネルギ線を検出し、この検出された第１のエネルギ線から前記試料の分析を行う第１の分析部と、
前記電子線が照射された試料から発生した第２のエネルギ線を検出し、この検出された第２のエネルギ線から前記試料の分析を行う第２の分析部と、を備えた試料分析装置であって、
前記第２の分析部が、第２のエネルギ線を検出するための検出部を備えるとともに、この検出部が前記試料の所定領域内に含まれる特定位置に対して電子線が照射されたときのみ、試料から発生した第２のエネルギ線を検出するものであり、
前記第２の分析部が、その検出値を蓄積し、その蓄積された検出値から前記試料の分析を行うことを特徴とする試料分析装置。
【請求項２】
試料表面の所定領域に向けて電子線を走査するように照射する電子線照射装置と、
前記電子線が照射された試料から発生した電子線を検出し、この検出された電子線から前記試料表面の電子線像を作成する電子線像作成装置と、
前記電子線が照射された試料から発生した光に基づいて、この光を発生した位置における前記試料の分析を行う分析部と、を備えた試料分析装置であって、
前記分析部が、前記試料から発生した光を検出する光検出部と、
前記光検出部によって検出された光の波長毎の強度を算出して、光のスペクトル波形を示すデータであるスペクトルデータを生成するスペクトルデータ生成部と、を備えており、
前記光検出部が、所定領域内に含まれる特定位置に対して電子線が照射されたときのみ、前記試料から発生した光を検出し、その検出値を蓄積するとともに、前記スペクトルデータ生成部が、その蓄積された検出値からスペクトルデータを生成可能であることを特徴とする試料分析装置。
【請求項３】
前記電子線照射装置が、前記特定位置を含む試料の所定領域内の各照射位置について、それぞれ複数回電子線を照射するように電子線を走査することを特徴とする請求項２に記載の試料分析装置。
【請求項４】
前記電子線照射装置が、試料表面の所定領域に対して電子線を走査する経路が同一経路となるように、電子線を前記所定領域内において複数回走査することを特徴とする請求項２または３に記載の試料分析装置。
【請求項５】
前記電子線照射装置が、電子線発生部と、走査信号が与えられ、その走査信号に基づいて前記電子線発生部から発せられた電子線を試料表面に対して走査する電子線走査部とを備え、前記光検出部が試料からの光を検出するタイミングを、前記電子線走査部に与えられる走査信号に同期して制御することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の試料分析装置。
【請求項６】
前記光検出部が、光を受光して電荷に変換可能な受光素子と、前記受光素子によって変換された電荷を一時的に蓄積可能な電荷転送部とを備えており、前記受光素子と、前記電荷転送部との電気的な通電状態がＯＮ／ＯＦＦ切換え可能に構成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の試料分析装置。
【請求項７】
前記電子線走査部が、電子線発生部から発せられた電子線を偏向するものであり、前記走査信号によって、試料表面に向けて電子線を走査するように電子線を偏向するものであることを特徴と請求項２から６のいずれかに記載の試料分析装置。
【請求項１】
試料の所定領域に対して、試料表面に向けて電子線を走査するように照射する電子線照射装置と、
前記電子線が照射された試料から発生した第１のエネルギ線を検出し、この検出された第１のエネルギ線から前記試料の分析を行う第１の分析部と、
前記電子線が照射された試料から発生した第２のエネルギ線を検出し、この検出された第２のエネルギ線から前記試料の分析を行う第２の分析部と、を備えた試料分析装置であって、
前記第２の分析部が、第２のエネルギ線を検出するための検出部を備えるとともに、この検出部が前記試料の所定領域内に含まれる特定位置に対して電子線が照射されたときのみ、試料から発生した第２のエネルギ線を検出するものであり、
前記第２の分析部が、その検出値を蓄積し、その蓄積された検出値から前記試料の分析を行うことを特徴とする試料分析装置。
【請求項２】
試料表面の所定領域に向けて電子線を走査するように照射する電子線照射装置と、
前記電子線が照射された試料から発生した電子線を検出し、この検出された電子線から前記試料表面の電子線像を作成する電子線像作成装置と、
前記電子線が照射された試料から発生した光に基づいて、この光を発生した位置における前記試料の分析を行う分析部と、を備えた試料分析装置であって、
前記分析部が、前記試料から発生した光を検出する光検出部と、
前記光検出部によって検出された光の波長毎の強度を算出して、光のスペクトル波形を示すデータであるスペクトルデータを生成するスペクトルデータ生成部と、を備えており、
前記光検出部が、所定領域内に含まれる特定位置に対して電子線が照射されたときのみ、前記試料から発生した光を検出し、その検出値を蓄積するとともに、前記スペクトルデータ生成部が、その蓄積された検出値からスペクトルデータを生成可能であることを特徴とする試料分析装置。
【請求項３】
前記電子線照射装置が、前記特定位置を含む試料の所定領域内の各照射位置について、それぞれ複数回電子線を照射するように電子線を走査することを特徴とする請求項２に記載の試料分析装置。
【請求項４】
前記電子線照射装置が、試料表面の所定領域に対して電子線を走査する経路が同一経路となるように、電子線を前記所定領域内において複数回走査することを特徴とする請求項２または３に記載の試料分析装置。
【請求項５】
前記電子線照射装置が、電子線発生部と、走査信号が与えられ、その走査信号に基づいて前記電子線発生部から発せられた電子線を試料表面に対して走査する電子線走査部とを備え、前記光検出部が試料からの光を検出するタイミングを、前記電子線走査部に与えられる走査信号に同期して制御することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の試料分析装置。
【請求項６】
前記光検出部が、光を受光して電荷に変換可能な受光素子と、前記受光素子によって変換された電荷を一時的に蓄積可能な電荷転送部とを備えており、前記受光素子と、前記電荷転送部との電気的な通電状態がＯＮ／ＯＦＦ切換え可能に構成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の試料分析装置。
【請求項７】
前記電子線走査部が、電子線発生部から発せられた電子線を偏向するものであり、前記走査信号によって、試料表面に向けて電子線を走査するように電子線を偏向するものであることを特徴と請求項２から６のいずれかに記載の試料分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２４４９６７（Ｐ２００６−２４４９６７Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６３０００（Ｐ２００５−６３０００）
【出願日】平成１７年３月７日（２００５．３．７）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月７日（２００５．３．７）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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