(57)【要約】【課題】表面分析装置において光学顕微鏡掲題を用いて試料の分析位置を特定する場合、光学観察顕微鏡は試料表面に対して傾斜して固定されるため、光学観察顕微鏡側から見て左右は焦点が合うが、前後は焦点が合わず分析位置の選定を正確に行うことができない場合がある。【解決手段】試料を分析する分析室と、前記試料が置載された位置調整自在な試料ステージと、前記試料を観察する少なくとも２つの光学顕微鏡と、を備えた表面分析装置において、少なくとも２つの前記光学顕微鏡の光軸が１点に交差し、前記試料ステージを用いて前記光軸の交差する点の位置に前記試料表面を合わせる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が置載された高さ方向調整自在な試料ステージと、
前記試料を観察する少なくとも２つの光学顕微鏡と、
を備えた表面分析装置において、
少なくとも２つの前記光学顕微鏡の光軸が一点で交差し、
前記試料ステージを用いて前記光軸の交差する点に前記試料表面を合わせることを特徴とした表面分析装置。
【請求項２】
前記試料を真空中で分析する分析室と、
ＣＣＤカメラを有する２つの前記光学顕微鏡と、
前記試料を励起する励起手段と、
励起された前記試料から放出さえた荷電粒子が試料面に対して垂直に入射する入射レンズ手段と、
前記荷電粒子をエネルギー選別するエネルギーアナライザと、
エネルギー選別された前記荷電粒子を検出する検出器と、
を備え、前記入射レンズ手段の光軸と２つの前記光学顕微鏡の光軸が一点で交差することを特徴とする請求項１に記載した表面分析装置。
【請求項３】
２つの前記光学顕微鏡が前記表面分析装置の平面図において直角に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載した表面分析装置。
【請求項４】
２つの前記光学顕微鏡の光軸が前記入射レンズ手段の光軸を挟んで対面から交差することを特徴とする請求項２に記載した表面分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電子分光装置等の表面分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電子分光装置は、Ｘ線を試料表面に照射し、試料から放出された光電子をエネルギーアナライザなどから成る電子分光器でエネルギー測定することにより、試料表面に存在する元素の同定、化学結合状態および構造解析等の分析を行う装置である。
【０００３】
一般に、光電子分光装置等は光学顕微鏡を備え、これによって試料表面を光学的に観察し、電子分光器を用いる分析位置の設定を行ったり、設定した分析位置に照射した電子線等の入射ビームの焦点合わせを行っている。通常、分析位置の範囲は試料全体と比較して非常に狭い範囲であるため、試料全体から目的とする分析位置を選定するには広い視野を備える光学顕微鏡が必要とされる。分析装置が備える光学顕微鏡は、広い視野を確保するために焦点深度の浅いものが用いられている。たとえば、光電子分光装置では、試料の高さをミクロンオーダーで合わせる必要があるため、光学顕微鏡の焦点深度は、±１００μｍ程度の浅いものが用いられている。また、装置の中央に入射レンズユニットが設置されるため、光学顕微鏡は試料表面に対して傾斜して取り付けられる。
【０００４】
試料上の焦点合わせは、あらかじめ入射ビームの焦点位置と光学顕微鏡の焦点位置を一点で一致させておく。そして、光学顕微鏡で試料を観察しながら試料を支持するステージをＺ軸方向に調節して光学顕微鏡の焦点合わせを行い、これによって、入射ビームの焦点合わせを行っている。ＸＹ方向の位置合わせも光学顕微鏡によって調整を行っている。
【０００５】
なお、従来技術としては、光学顕微用を用いた電子分光装置における分析位置設定方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３４９８５４
【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、光学顕微鏡は試料表面に対して傾斜して固定されるため、光学観察顕微鏡側から見て左右は焦点が合うが、前後は焦点が合わず分析位置の選定を正確に行うことができない場合があった。
【０００８】
また、試料表面に対する入射角度が略固定されているため、試料表面上でコントラストがつきにくく、試料上の測定部位を確認できない場合があった。特に、変色部分を測定する場合は難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、試料が置載された高さ方向調整自在な試料ステージと、前記試料を観察する少なくとも２つの光学顕微鏡と、を備えた表面分析装置において、少なくとも２つの前記光学顕微鏡の光軸が一点で交差し、前記試料ステージを用いて前記光軸の交差する点に前記試料表面を合わせることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、前記試料を真空中で分析する分析室と、ＣＣＤカメラを有する２つの前記光学顕微鏡と、前記試料を励起する励起手段と、励起された前記試料から放出さえた荷電粒子が試料面に対して垂直に入射する入射レンズ手段と、前記荷電粒子をエネルギー選別するエネルギーアナライザと、エネルギー選別された前記荷電粒子を検出する検出器と、を備え、前記入射レンズ手段の光軸と２つの前記光学顕微鏡の光軸が一点で交差することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、２つの前記光学顕微鏡が前記表面分析装置の平面図において直角に位置することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、２つの前記光学顕微鏡の光軸が前記入射レンズ手段の光軸を挟んで対面から交差することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、試料の分析位置の選定を正確に行い、正確に試料を分析位置に導入することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
試料の対し光軸が対向又は直角方向に交差し、試料の表面に対して同じ傾斜で設置された、２つの光学顕微鏡の光軸が試料表面で１点で交わる。
【実施例１】
【００１５】
本発明の構成を図１、２を用いて説明する。図１において、分析室１は気密が保持されており、図示しない真空ポンプにより内部が真空となっている。分析室１には複数の真空継ぎ手９が設置されており、機器が気密に取り付けられる。分析室１には試料ステージ３が取り付けられている。試料ステージ３は外部の試料ステージ位置調整機構４によりＸＹＺ方向に調整自在である。試料ステージ３には試料２が置載されている。
【００１６】
一次線照射手段であるＸ線管２０は、試料２表面に対して傾斜して分析室１に取り付けられている。
【００１７】
分析室１の上面中央には、入射レンズユニット１０が取り付けられている。入射レンズユニット１０はＸ線管２０により試料２に照射されたＸ線により励起されて発生した光電子を集光する。入射レンズユニット１０はその光軸が試料２表面に対して垂直である。入射レンズユニット１０は試料２からの光電子を減速させる静電レンズ１８、静電レンズ１８からの光電子をエネルギー選別してある特定のエネルギーを有する光電子を取り出すエネルギーアナライザ１１、エネルギーアナライザ１１で抽出された光電子を検出する検出器１２等が設置されている。
【００１８】
分析室１には２つのズーム式ＣＣＤカメラ１９付光学顕微鏡６、７が設置されている。その焦点深度は±１００μｍ程度である。光学顕微鏡６、７は、図１のように試料２表面に対して等しい角度で傾斜して設置されており、図２のようにＸＹ平面方向に対して対面に設置されている。分析室１には照明装置９が取り付けられており、光学顕微鏡６、７の観察位置を照明する。
【００１９】
また、制御ユニット１４は、エネルギーアナライザ１１の分光エネルギーを制御し、入射レンズのレンズ条件を制御し、検出器１２の出力を受けて、エネルギーアナライザ１１で抽出された光電子をエネルギー別に計数する。
【００２０】
モニタユニット１５は、試料２の光学像が結像される光学顕微鏡６、７のＣＣＤカメラ１９の出力を受けると共に、光学顕微鏡の６、７レンズ条件を制御するものである。
【００２１】
ステージ制御装置５は試料ステージ位置調整機構４を制御するものである。
【００２２】
試料ステージ制御装置５、入射レンズユニット１０、エネルギーアナライザ１１、検出器１２は、電源ユニット１３、制御ユニット１４を介して、コンピュータ１６に接続されており、コンピュータ制御されている。
【００２３】
以上、図１の装置構成について説明したが、以下、光軸の初期設定について説明する。図４に示すような位置合わせのためのテストサンプル２１が用意される。このテストサンプル２１は、基板上に３個の直径１μｍ程度のＡｇ粒子２２を固定したものである。テストサンプル２１が試料ステージ３上にセットされる。その後、テストサンプル２１表面が基準高さ、すなわち、上述した入射レンズユニット１０の焦点である基準分析位置１７の高さに位置するように、試料ステージ３がＺ方向へ移動される。この際、テストサンプル２１の表面は鏡面に仕上げられていて凹凸がなく、また、テストサンプル２１の表面は試料ステージ３の基準面と合わされているので、容易にテストサンプル２１の表面を基準分析位置１７の高さに合わせることができる。
【００２４】
次に、Ａｇに関する電子強度が測定されるようにエネルギーアナライザ１１の測定条件が設定された状態で、試料２表面にＸ線が照射される。そして、試料ステージ３がＸＹ方向に走査されて、測定されたＡｇのピーク強度が最も高くなるＸＹ位置に試料ステージ３が位置決めされる。
【００２５】
このようにして、テストサンプル２１上のＡｇ粒子２２が基準分析位置１７に配置されると、このＡｇ粒子２２が光学顕微鏡６、７の光軸２４、２５上に来るように、光学顕微鏡６、７の位置合わせが行われる。まず、一方の光学顕微鏡６からの試料２の光学像をモニタユニット１５の画面上に表示させ、Ａｇ粒子２２が画面の中央に位置するように、図示しない光学顕微鏡調整器を用いて角度の微調整を行う。また、適切なズームでの焦点合わせも行う。また、モニタ画面上の図示しないカーソルマーカを調整し、分析位置に合わせる。よって、図１に示すように、光学顕微鏡６は、その光軸２４が入射レンズユニット１０の光軸２３と基準分析位置１７上で交錯する。このとき光学顕微鏡６の焦点は基準分析位置１７に合わされている。他方の光学顕微鏡７も同様に位置合わせが行われる。この結果、２つの光学顕微鏡６、７の光軸と入射レンズユニット１０の光軸は基準分析位置１７上１点で交差する。
【００２６】
以上、光軸の初期設定について説明したが、以下、未知試料の分析について説明する。未知試料の分析時には、テストサンプル２１に代えて未知試料が試料ステージ３上にセットされる。まず、分析位置の特定には、光学顕微鏡６、７が用いられる。２個の光学顕微鏡６、７のＣＣＤカメラ１９を用いて試料２の光学像をモニタユニット１５の画面に表示させる。図６のように、モニタ画面にはウインドウ表示により同時に両方の光学像が表示できる。図６は光学顕微鏡６、７の焦点が合う高さである基準分析位置１７の高さに試料が位置しないため、光学顕微鏡６、７の焦点２７の位置がずれている。そして、図７のように光学顕微鏡６、７の焦点が合う高さである基準分析位置１７の高さになるように試料２の高さを調整する。このとき、光学顕微鏡６、７は、試料表面に対して傾斜して設置されているため、光学顕微鏡６、７側から見て左右方向は焦点が合うが、前後方向は焦点が合い難いので、２つの光学像が同じに表示されるように調整を行う。次に、試料２上の分析したい位置が光学顕微鏡の視野中央に来るように試料ステージ位置調整機構４により試料ステージ３が移動される。
【００２７】
そして、試料２の位置合わせが終了すると、Ｘ線管２０からＸ線を発生させる。このＸ線照射を受けた試料２からは光電子が発生し、入射レンズユニット１０を介してエネルギーアナライザ１１に導かれる。そして、その光電子はエネルギーアナライザ１１でエネルギー選別されて、検出器１２で検出される。この検出器１２の出力は制御ユニット１４内の光電子計測手段に送られ、光電子計測手段は、エネルギーアナライザ１１の分光エネルギーを参照して、エネルギーアナライザ１１で抽出された光電子をエネルギー別に計数する。
【００２８】
そして、コンピュータ１６は、光電子計測手段１６の計測結果に基づき、横軸に運動エネルギー、縦軸に電子強度をとったスペクトルを作成する。このスペクトルは、コンピュータ１６の記憶部に記憶される。
【実施例２】
【００２９】
図３は本発明の別の実施例である。図３において、実施例１と同一の構成要素には同一番号を付し、説明を省略する。
【００３０】
図３は分析室を上から見た図である。光学顕微鏡６、７が直角に位置している。実施例１における図２との差異は光学顕微鏡の位置であり、他の構成要素は実施例１と同様である。
【００３１】
光学顕微鏡６、７と入力レンズユニット１０の光軸調整を行った後、光学顕微鏡６、７を用いて未知試料２の分析位置合わせを行う。２個の光学顕微鏡６、７のＣＣＤカメラ１９を用いて試料２の光学像をモニタユニット１５の画面に表示させる。そして、光学顕微鏡６、７の焦点が合う高さである基準分析位置１７の高さになるように試料２高さを調整する。このとき、光学顕微鏡６、７は、試料２面に対して傾斜して設置されているため、光学顕微鏡６、７から見て左右方向は焦点が合うが、前後方向は焦点が合い難いので、２つのモニタに同じ像が表示されるように調整を行う。次に、試料２上の分析したい位置が顕微鏡の視野中央に来るように試料ステージ３が移動される。次に、実施例１と同様にＸ線が試料２に照射されて、分析が行われる。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光学顕微鏡の光軸は所定の角度で交差すればよい。少なくとも２つの光学顕微鏡の傾斜角度は、照明装置の位置、試料等の条件に合わせて、それぞれ異なる角度でも良い。また、オージェマイクロプローブ装置に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１おける装置の断面図である。
【図２】実施例１における装置の平面図である。
【図３】実施例２における装置の平面図である。
【図４】テストサンプルである。
【図５】従来技術における装置断面図である。
【図６】試料が基準分析位置の高さからずれているモニタ画面である。
【図７】試料を基準分析位置の高さに調整したモニタ画面である。
【符号の説明】
【００３４】
１  分析室
２  試料
３  試料ステージ
４  試料ステージ位置調整機構
５  試料ステージ制御装置
６  光学顕微鏡
７  光学顕微鏡
８  照明装置
９  真空継ぎ手
１０  入射レンズユニット
１１  エネルギーアナライザ
１２  検出器
１３  電源ユニット
１４  制御ユニット
１５  モニタユニット
１６  コンピュータ
１７  基準分析位置
１８  静電レンズ
１９  ＣＣＤカメラ
２０  Ｘ線管
２１  テストサンプル
２２  Ａｇ粒子
２３  光軸
２４  光軸
２５  光軸
２６  モニタ画面
２７  焦点
２８  観察ウインドウ
２９  観察ウインドウ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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