(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子線を照射し、試料内の試料分析点から放出されるＸ線を検出して分析を行う電子線分析装置において、
試料の表面形状データから求めた試料分析点における法線方向を求める面方向算出手段と、
前記法線方向を基に試料分析点からＸ線検出器の方向に試料内を透過するＸ線の透過距離の差に基づく減衰の差を補償する補正データを算出する補正データ算出手段と、
前記補正データを用いて検出器出力を補正する補正手段とを備える、電子線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線分析装置に関し、特に線分析やマッピング分析におけるデータ補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＤＸ（エネルギー分散Ｘ線分光）やＷＤＸ（波長分散Ｘ線分光）を用いた電子マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの電子線分析装置は、試料上に電子線を照射し、これによって放出される二次電子線、反射電子線、Ｘ線等を検出することによって試料の表面分析を行う。このような電子線分析装置では、試料上に照射する電子線を走査することによって、二次電子線像、反射電子線像、Ｘ線像の線分析像やマッピング像によって形状や組成分布を得ることができる。
電子線分析装置で線分析やマッピング分析を行う場合、凹凸のある試料面において、点分析、線分析、マッピング分析を精度良く行うために、各分析位置において試料面の高さ制御を行う必要がある。例えばＷＤＸでは、試料面の高さを分光器の集光条件を満足するように常に試料ステージの高さを補正する自動高さ補正を適用するものが知られている。
【０００３】
高さ方向の位置合わせを行う方法として、（ａ）光学的焦点位置検出装置によるオートフォーカス制御によって、分析点毎に試料面の現在の高さ情報を取得して試料ステージに帰還させ、試料面上の分析点が集光条件を満たす位置となるように試料ステージの高さ位置を調節する方法や、（ｂ）試料面の形状をあらかじめ求め、該形状から試料面のＺ軸座標値を近似計算し、得られたＺ軸座標値に基づいて試料ステージの高さ位置を調整する方法が知られている。
従来行われている試料面の高さ調整では、分析点のＺ軸方向高さのみを調整し、分析点におけるの面の局所的な方向が一様でないことによる線分析やマッピング分析に対する影響については考慮していない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電子線分析装置による線分析やマッピング分析による試料の分布情報の分析において、試料の表面の分析点の曲率が大きい場合には、正確な分布情報を得ることができないという問題がある。
例えば、ＷＤＸ（波長分散Ｘ線分光）の場合には分析点を囲む各分光器毎の感度の違いにより、また、ＥＤＸ（エネルギー分散Ｘ線分光）の場合には取りだし角度の相違によって、Ｘ線の透過距離が変化し、Ｘ線の吸収量に差異が生じて、分析データに誤差が生じることがある。
【０００５】
図６はＷＤＸの分析面の傾斜による検出強度の変化を説明するための図である。試料Ｓに対して電子線Ｅを照射して発生するＸ線ＣをＸ線検出器Ｄで検出する場合、試料表面の傾斜によって検出強度に差が生じる。
図６（ａ）に示すように、検出器Ｄ側に向いた試料面からは、試料内部の点Ｐａで発生したＸ線が試料表面までに通過する距離Ｌａが比較的小さいために、比較的強いＸ線が検出される。それに対して図６（ｂ）に示すように、検出器Ｄと反対側に向いた試料面からは、試料内部の点Ｐｂで発生したＸ線が試料表面までに通過する距離Ｌｂが比較的大きいために、比較的弱いＸ線が検出される。
【０００６】
そのため、得られたＸ線強度のみからでは、正確な分析データを得ることが困難となる場合がある。
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、試料面の局所的な曲面の変化に伴う検出器出力の変化を補正し、正確な検出出力を得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、試料面の局所的な曲面の変化に伴うＸ線検出器強度の変化を補正するために、試料面上の分析点における放出特性に基づいて検出器出力を補正するものであり、これによって試料面の局所的な曲面の変化にかかわらず正確な検出出力を得ることができる。
検出器出力は、試料面上の分析点におけるＸ線の放出特性と分析点に対する検出器の指向特性とに依存する。そして、分析点におけるＸ線の放出強度は試料面の局所的な曲面状態に従って変化し、検出器の検出強度は検出器の分析点に対する方向に従って変化する。
【０００８】
図１は、検出出力と、試料面の分析点の面方向及び検出器方向との幾何学的関係を説明するための図である。図１は凸形状の試料面上の分析点Ｐ１，Ｐ２に対して電子線を照射し、該分析点Ｐ１，Ｐ２からの放出を検出器Ｄで検出する場合を示している。
分析点Ｐ１において、面方向は法線ベクトルα１（破線で示す）の方向で示され、検出器Ｄ（分光素子）から分析点Ｐ１を見た方向はベクトルβ１（一点鎖線で示す）となる。分析点Ｐ１から検出器Ｄの方向に放出されるＸ線の強度は法線ベクトルα１に依存し、検出器Ｄの検出感度はベクトルβ１に依存する。また、分析点Ｐ２において、面方向は法線ベクトルα２（破線で示す）の方向で示され、検出器Ｄ（分光素子）から分析点Ｐ２を見た方向はベクトルβ２（一点鎖線で示す）となる。分析点Ｐ１と同様に、分析点Ｐ２から検出器Ｄの方向に放出されるＸ線の強度は法線ベクトルα２に依存し、検出器Ｄの検出感度はベクトルβ２に依存する。
【０００９】
したがって、検出器出力の補正を、試料面上の分析点におけるＸ線の放出特性と分析点に対する検出器の指向特性とに基づいて行うことによって、試料の分析点における正確な分析データを求めることができる。通常、分析点は固定か、動いても極めて小さな範囲であるため、分析点に対する検出器の指向性特性を示すβは、近似的には一致するもの（β１＝β２）として扱うことができる。
そこで、本発明の電子線分析装置は、試料面上の分析点におけるＸ線の放出特性のみについて補正することとし、試料の表面形状データから求めた試料分析点における法線方向を用いて検出器出力を補正して、補正データを算出する補正データ算出手段と、算出した補正データを用いて検出器出力を補正する補正手段とを備える構成とする。
【００１０】
図２は本発明の電子線分析装置の補正機能を説明する概略構成図である。図２において、電子線分析装置は、分析装置本体２に補正機能部１０を付加する。補正機能部１０は、分析対象の表面形状データ１１を用いて分析点での法線方向を算出する手段１２と、算出した法線方向を用いて補正データを算出する手段１３と、算出した補正データを用いて分析データを補正し,補正分析データを求める補正手段１４とを備える。
補正データ算出手段は、試料面上の分析点におけるＸ線の放出特性を求める基礎として試料の表面形状データから求めた試料分析点における法線方向を用いる。試料分析点における法線方向は、試料面の局所的な曲面状態を表している。
【００１１】
試料分析点における法線方向は、試料の表面形状データから求めることができ、表面形状データからスプライン曲線等の近似関数を求め、該関数を用いて分析点での法線方向ベクトルを求める。なお、試料の表面形状データは、電子線分析装置が備える光学的焦点位置検出装置によるオートフォーカス制御によって、分析点毎に得る試料面の高さ情報を用いることができる。
試料面上の分析点における放出Ｘ線強度の補正は、試料分析点における法線方向を基にＸ線検出器の方向に試料内を透過するＸ線の透過距離を求め、該透過距離で減衰するＸ線強度を考慮して行う。なお、Ｘ線の発生深さは、加速電圧に基づいて求めることができる。
【００１２】
また、補正データ算出手段は、上記した試料面の局所的な曲面の変化に伴う検出器出力の変化に基づく補正や、加速電圧変化に基づく補正の他に、Ｘ線の検出対象による特性や、Ｘ線の種類による特性に基づいて補正データを算出する。  補正手段は、補正データ算出手段で算出した補正データを用いて分析データを補正する。線分析あるいはマッピング分析で得た分析データを補正することによって、高い精度の線上分布や二次元分布を求めることができる。
【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。
図３は本発明の分析装置の概略を説明するための図である。なお、図３に示す分析装置は自動分析を行う構成について示している。
図３に示す電子線分析装置１において、フィラメント等の電子線源２１から発生された電子線は、コンデンサレンズや対物レンズ等を介し、試料ステージ２２上に配置された試料に照射される。試料から放出したＸ線は、波長別に分光する分光素子と分光された特性Ｘ線を検出する検出器を含むＸ線信号検出手段２４で検出する。なお、試料から得られるＸ線に限らず他の信号を検出する構成とすることもできる。
【００１４】
試料ステージ２２は、Ｚ軸ステージ駆動制御手段２５によってＺ軸方向の駆動を行い、Ｘ，Ｙ軸ステージ駆動制御手段２６によってＸ，Ｙ軸方向の駆動を行う。Ｚ軸ステージ駆動制御手段２５及びＸ，Ｙ軸ステージ駆動制御手段２６は、図示しないコンピュータからの制御コマンドによって、Ｚ軸方向の高さ調整やＸ，Ｙ軸方向の位置決めを行う。
試料表面は、ＣＣＤカメラ等の撮像装置を備えた光学顕微鏡２３で撮像し、オートフォーカス機能を備える光学的焦点位置検出機能を備えるＺ軸高さ算出手段３によってＺ軸方向の高さ調整を行う。
【００１５】
Ｚ軸高さ算出手段３は、合焦信号検出形成手段３１及びＺ軸フィードバック制御信号形成手段３２を備える。合焦信号検出形成手段３１は、光学顕微鏡２３で撮像した光学像信号から焦点合わせに用いる合焦信号を形成する。Ｚ軸フィードバック制御信号形成手段３２は、合焦信号を用いてＺ軸フィードバック制御信号を形成してＺ軸ステージ駆動制御手段２５にフィードバックし、試料ステージ２２のＺ軸方向の制御を行って像の焦点を合わせるとともに、試料の高さデータを取得する。
通常、光学的焦点位置検出機能を備えるＺ軸高さ算出手段３は試料上の焦点位置と、Ｘ線分光器の試料上における集光条件を満足する分析位置とが一致するよう設定し、光学像の焦点合わせを行うことによってＸ線分光器の集光条件を合わせることができる。
【００１６】
Ｚ軸フィードバック制御信号形成手段３２で取得した高さ情報は、Ｚ軸座標演算手段３３によってＺ軸座標に変換され、Ｚ軸座標データ記憶段３４に記憶される。Ｚ軸座標データを求める手順は、光学的焦点位置検出機能が備えるオートフォーカス機能等によって測定対象の試料表面の高さデータを計測し、計測データに基づいて近似補間計算を行ってＺ軸座標データを求め、求めたＺ軸座標データをＺ軸座標データ記憶手段３４に記憶する。Ｚ軸座標データは、Ｘ軸座標値及びＹ軸座標値とともに記憶しておき、Ｘ，Ｙ軸座標値に応じて読み出しを行う。
【００１７】
電子線分析装置１は補正手段４を備える。補正手段４は、形状関数演算手段４１、分析点法線ベクトル演算手段４２、補正データ算出演算手段４３、補正データ記憶手段４４、分析データ補正手段４５を備える。
形状関数演算手段４１は、Ｚ軸座標データ記憶段３４に記憶されたＺ軸座標データを用いて試料表面をスプライン曲面等の近似曲面で表す形状関数を求める手段である。分析点法線ベクトル演算手段４２は、形状関数を用いて分析点における法線ベクトルαを演算する。補正データ算出演算手段４３は、法線ベクトルαを用いて補正データを算出し、補正データ記憶手段４４に記憶する。
分析データ補正手段４５は、Ｘ線信号検出手段２４からの分析データを補正データ記憶手段４４から読み出した補正データによって補正し、補正した分析データを分析データ保存手段５に格納する。
【００１８】
図４に示すフローチャートにしたがって電子線分析装置の動作例について説明する。
試料を試料ステージ上の分析位置にセットし（ステップＳ１）、点分析や線分析あるいはマッピング分析等の各分析条件をセットした後（ステップＳ２）、オートフォーカス機能をセットして、Ｚ軸高さの測定を開始する。
Ｚ軸高さの測定の一例として光学的焦点位置検出機能を用いて行う。Ｘ，Ｙ軸ステージ駆動制御手段２６は、試料ステージ２２をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動して、電子線を試料上の分析点に位置合わせする。合焦信号形成手段３１は、光学顕微鏡２３から取り込んだ試料の光学像の合焦信号を形成し、Ｚ軸フィードバック制御信号形成手段３２にＺ軸フィードバック制御信号を形成させる。Ｚ軸ステージ駆動制御手段２５はＺ軸フィードバック制御信号を取り込んでＺ軸を駆動制御する。
また、Ｚ軸座標演算手段３３はＺ軸フィードバック制御信号を取り込んでＺ軸座標を求め、該Ｚ軸座標データをＺ軸座標データ記憶手段３４に記憶する（ステップＳ３）。
【００１９】
形状関数演算手段４１は、Ｚ軸座標データ記憶手段３４からＺ軸座標データを取り込み、分析線あるいは分析面の近似曲面を求める。近似面線としては例えばスプライン曲面を用いることができる。なお、近似曲面の形成において、測定点の個数が少ない場合には、Ｚ軸座標データを補間してデータ点数を増加させて演算を行うこともできる（ステップＳ４）。
次に、近似曲面を用いて分析点における法線ベクトルαを求め（ステップＳ５）、求めた法線ベクトルαを用いてＸ線強度を補正する補正データを求める。
【００２０】
図５は法線ベクトルαを用いたＸ線強度の補正を説明するための図である。この補正は、傾斜コントラスト効果によるＸ線強度の減衰を補償して、減衰前のＸ線強度を求めるものである。ここで、法線ベクトルαは３次元における方向であるが、図５は簡略化のために２次元として平面の場合について示している。
【００２１】
図５（ａ）は試料表面が水平（電子線Ｅに対して垂直）の場合を示し、図５（ｂ）は法線ベクトルが電子線Ｅに対して角度Ａだけ傾いた状態を示している。電子線Ｅは上方から試料Ｓに照射され、試料表面から距離Ｒだけ内部の点ＰでＸ線が発生するとする。Ｐ点で発生したＸ線を検出する検出器Ｄは電子線Ｅと角度Ｂをなす方向に配置されているものとする。
試料表面が水平の場合には、図５（ａ）に示すように、Ｐ点で発生したＸ線が試料表面に出るまでに試料内を通過する距離Ｌ１はＬ１＝Ｒ／ｃｏｓＢであり、この間でＰ点で発生したＸ線はその一部が吸収される。試料表面が角度Ａだけ傾いた場合には、図５（ｂ）に示すように、Ｐ点で発生したＸ線が試料表面に出るまでに試料内を通過する距離Ｌ２はＬ２＝ＲｃｏｓＡ／ｃｏｓ（Ｂ−Ａ）であり、この距離はＬ１とは異なる。したがって、試料表面の傾きによってＰ点で発生したＸ線が試料表面に出るまでに試料を通過する距離が異なり吸収される量が異なるので、Ｘ線検出器Ｄによって検出されるＸ線強度が異なることになる。
これを試料面の傾きの影響がないように補正する補正データは、上記したＸ線の通過距離の差に基づく減衰の差を補償する関数あるいはデータ値として求めることができる。この補正データによって、試料面の局所的な曲面状態による分析点におけるＸ線放出特性を補償することができる。
なお、図５においては試料表面の曲面を平面として説明したが、試料内のＸ線発生領域の大きさに比較して試料表面の曲面は十分に緩やかなので局所的には平面とみなして差し支えない。
【００２２】
なお、分析点と分光素子とを結ぶ方向（ベクトルβ）については、分析点が移動しても変化は十分に小さく、検出出力の誤差は許容範囲内とすることができるため、この方向変化に基づく補正は省略することができる。なお、ベクトルβによる検出出力の誤差を考慮する場合には、法線ベクトルαを用いたＸ線強度の補正に加えてベクトルβを用いたＸ線強度の補正を行なって、補正データを求める。
【００２３】
補正データの形成において、加速電圧によるＸ線発生深さの補正や分析するＸ線の種類による補正等の他の補正についても施す。
なお、上記した図５に示す補正は一例であり、また、説明を簡略化するため概略のみを示すものである（ステップＳ６）。
補正データを求めた後、電子線分析装置で線分析やマッピング分析を行なってＸ線強度を測定し（ステップＳ７）、測定したＸ線強度を補正データを用いて補正する（ステップＳ８）。
なお、上記説明では、検出信号としてＸ線としているが、二次電子や反射電子等の他の放出においても同様に適用することができる。この場合には、ステップＳ６で行なう補正データの算出演算は、検出対象の特性に応じたものを適用する。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子線分析装置によれば、試料面の局所的な曲面の変化に伴う検出器出力の変化を補正し、正確な検出出力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分析装置の構成を説明するための概略図である。
【図２】本発明の電子線分析装置の補正機能を説明する概略構成図である。
【図３】本発明の分析装置の概略を説明するための図である。
【図４】本発明の電子線分析装置の動作例を説明するためのフローチャートである。
【図５】法線ベクトルαを用いたＸ線強度の補正を説明するための図である。
【図６】ＷＤＸの分析面の傾斜による検出強度の変化を説明するための図である。
【符号の説明】
１…電子線分析装置、２…分析装置本体、３…Ｚ軸高さ算出手段、４…補正手段、５…分析データ保存手段、１０…補正機能部、１１…分析対象表面形状データ、１２…分析点の面方向，検出器方向算出手段、１３…補正データ算出手段、１４…補正手段、２１…電子線源、２２…試料ステージ、２３…光学顕微鏡、２４…Ｘ線信号検出手段、２５…Ｚ軸ステージ駆動制御手段、２６…Ｘ，Ｙ軸ステージ駆動制御手段、３１…合焦信号形成手段、３２…Ｚ軸フィードバック制御信号形成手段、３３…Ｚ軸座標演算手段、３４…Ｚ軸座標データ記憶手段、４１…形状関数演算手段、４２…分析点法線ベクトル演算手段、４３…補正データ算出演算手段、４４…補正データ記憶手段、４５…分析データ補正手段。
【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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