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技術 エネルギー分析器の軸合わせ方法及び装置

出願人 国立研究開発法人産業技術総合研究所国立研究開発法人物質・材料研究機構
発明者 後藤敬典山内幸彦黒河明田沼繁夫
出願日 2011年1月28日 (9年11ヶ月経過) 出願番号 2011-017142
公開日 2012年8月23日 (8年4ヶ月経過) 公開番号 2012-160261
状態 特許登録済
技術分野 計測用電子管 電子顕微鏡(3) 電子源、イオン源
主要キーワード 最適化位置 信号強度比 割り算器 光子ビーム スペクトル強度比 信号電子 エネルギー分析器 出射スリット
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この項目の情報は公開日時点(2012年8月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

軸合わせの作業に訓練と経験を積んだ者でなくとも、容易にかつ精度良くエネルギー分析器の位置合わせを行うことができる技術を提供する。

解決手段

エネルギー偏向器を備えたエネルギー分析器の軸合わせを行う方法において、試料を3次元的に移動可能な試料ステージに載置し、エネルギー偏向器の直前スリットを備えた2次電子捕集器を設け、エネルギー偏向器に設けたスリットから特定の信号電子を通過させ、エネルギー偏向器を通してスペクトル強度を検出するとともに、2次電子捕集器により2次電子を捕集し、2次電子強度を検出し、両信号強度の比を算出する手法により、x−y平面で1次ビームを移動させ、x−y平面における位置に対する信号強度比曲線を得て、ピーク位置を求めるとともに、試料をz方向に移動させ、z方向の位置に対する信号強度比の曲線を得て、ピーク位置を求め、x−y平面におけるピーク位置とz方向におけるピーク位置で定まる点を最適点とする。

概要

背景

従来より、エネルギー分析器を用い、試料電子ビーム等の1次ビーム照射し、発生する2次電子を検出することにより試料の表面状態等を分析することが行われている(特許文献1等)。エネルギー分析器(以下、分析器とも称する)を正しい状態で使うためには、試料に照射する1次ビームの軸と分析器の軸が試料上で合致していなければ最適な結果は得られない。分析者は、設計通りの性能が得られるように、両者の軸合わせを行おうとするが、通常、この軸合わせの作業は訓練と経験を積んだ者でも日常的に容易に実現できないのが実情である。十分に軸合わせをしたつもりでも試料を変えると、そのつど設定条件最適値からはずれているということは日常普通に経験している。従来、最適の軸合わせを行うには、よく整備された分析器を十分な暖気運転の後、よく定義された試料を使って初めて可能であった。

従来の最適化は、1次ビームと試料を3次元的に動かして信号強度が最大となる条件を求めることで行っていた。試料が均一ならばこの手法で特に大きな誤りは生じないが、試料が不均一で最適値の近傍に大きな信号強度を示す条件が存在すると、その点を最適としてしまう。また、最適点が見つからないときは、過去の条件に照らして統計的に妥当と思われる位置を設定しているのが現状であった。

概要

軸合わせの作業に訓練と経験を積んだ者でなくとも、容易にかつ精度良くエネルギー分析器の位置合わせを行うことができる技術を提供する。エネルギー偏向器を備えたエネルギー分析器の軸合わせを行う方法において、試料を3次元的に移動可能な試料ステージに載置し、エネルギー偏向器の直前スリットを備えた2次電子捕集器を設け、エネルギー偏向器に設けたスリットから特定の信号電子を通過させ、エネルギー偏向器を通してスペクトル強度を検出するとともに、2次電子捕集器により2次電子を捕集し、2次電子強度を検出し、両信号強度の比を算出する手法により、x−y平面で1次ビームを移動させ、x−y平面における位置に対する信号強度比曲線を得て、ピーク位置を求めるとともに、試料をz方向に移動させ、z方向の位置に対する信号強度比の曲線を得て、ピーク位置を求め、x−y平面におけるピーク位置とz方向におけるピーク位置で定まる点を最適点とする。

目的

本発明は、以上のような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、軸合わせの作業に未習熟な者でも、容易にかつ精度良くエネルギー分析器の軸合わせを行うことができる技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

エネルギー偏向器を備え、1次ビーム試料照射し発生する2次電子を検出することにより試料の観察を行うエネルギー分析器の軸と1次ビームの軸とを3次元的に軸合わせするための方法であって、試料を3次元的(x方向、y方向、z方向)に移動可能な試料ステージに載置し、エネルギー偏向器の直前スリットを備えた2次電子捕集器を設け、エネルギー偏向器に設けたスリットから特定の信号電子を通過させ、エネルギー偏向器を通してスペクトル強度Ispectrを検出するとともに、2次電子捕集器により2次電子を捕集し、2次電子強度Isを検出し、特定の信号電子のスペクトル強度Ispectrと2次電子の強度との比Ispectr/Isを算出し、x−y平面で1次ビームを移動させ、前記の算出法によりx−y平面における位置に対する強度比Ispectr/Isの曲線を得て、ピーク位置を求めるとともに、試料をz方向に移動させ、前記の算出法によりz方向の位置に対する強度比Ispectr/Isの曲線を得て、ピーク位置を求め、x−y平面における前記ピーク位置とz方向における前記ピーク位置を最適点とすることを特徴とするエネルギー分析器の軸合わせ方法。

請求項2

エネルギー偏向器を備え、1次ビームを試料に照射し発生する2次電子を検出することにより試料の観察を行うエネルギー分析器の軸と1次ビームの軸とを3次元的に軸合わせするための装置であって、試料を3次元的(x方向、y方向、z方向)に移動可能に載置する試料ステージと、エネルギー偏向器の直前に設けられたスリットを備えた2次電子捕集器と、エネルギー偏向器に設けたスリットから特定の信号電子を通過させ、エネルギー偏向器を通してスペクトル強度Ispectrを検出する検出器と、検出器で検出した特定の信号電子のスペクトル強度Ispectrと2次電子捕集器により2次電子を捕集して得られたスペクトル強度Isとの比Ispectr/Isを算出する割り算器と、x−y平面で1次ビームを移動させて得られ、前記割り算器で算出された、x−y平面における位置に対する強度比Ispectr/Isの曲線からピーク位置を求めるとともに、試料をz方向に移動させて得られ、前記割り算器で算出された、z方向の位置に対する強度比Ispectr/Isの曲線からピーク位置を求める、x−y平面における前記ピーク位置とz方向における前記ピーク位置を最適化位置として演算する演算手段とを備えることを特徴とするエネルギー分析器の軸合わせ装置。

技術分野

0001

本発明は、エネルギー偏向器を備え、電子ビーム等の1次プローブビーム(電子ビーム、イオンビーム光子ビーム、以下1次ビーム;電子ビームを例に挙げる)を試料照射し発生する2次電子を検出することにより試料の観察を行うエネルギー分析器の軸と1次ビームの軸とを3次元的に軸合わせするための方法及び装置に関するものである。

背景技術

0002

従来より、エネルギー分析器を用い、試料に電子ビーム等の1次ビームを照射し、発生する2次電子を検出することにより試料の表面状態等を分析することが行われている(特許文献1等)。エネルギー分析器(以下、分析器とも称する)を正しい状態で使うためには、試料に照射する1次ビームの軸と分析器の軸が試料上で合致していなければ最適な結果は得られない。分析者は、設計通りの性能が得られるように、両者の軸合わせを行おうとするが、通常、この軸合わせの作業は訓練と経験を積んだ者でも日常的に容易に実現できないのが実情である。十分に軸合わせをしたつもりでも試料を変えると、そのつど設定条件最適値からはずれているということは日常普通に経験している。従来、最適の軸合わせを行うには、よく整備された分析器を十分な暖気運転の後、よく定義された試料を使って初めて可能であった。

0003

従来の最適化は、1次ビームと試料を3次元的に動かして信号強度が最大となる条件を求めることで行っていた。試料が均一ならばこの手法で特に大きな誤りは生じないが、試料が不均一で最適値の近傍に大きな信号強度を示す条件が存在すると、その点を最適としてしまう。また、最適点が見つからないときは、過去の条件に照らして統計的に妥当と思われる位置を設定しているのが現状であった。

先行技術

0004

特開平6−242032号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、以上のような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、軸合わせの作業に未習熟な者でも、容易にかつ精度良くエネルギー分析器の軸合わせを行うことができる技術を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、上記課題を解決するため、エネルギー偏向器を備え、1次ビームを試料に照射し発生する2次電子を検出することにより試料の観察を行うエネルギー分析器の軸と1次ビームの軸とを3次元的に軸合わせするための方法であって、試料を3次元的(x方向、y方向、z方向)に移動可能な試料ステージに載置し、エネルギー偏向器の直前スリットを備えた2次電子捕集器を設け、エネルギー偏向器に設けたスリットから特定の信号電子を通過させ、エネルギー偏向器を通してスペクトル強度Ispectrを検出するとともに、2次電子捕集器により2次電子を捕集し強度Isを検出し、特定の信号電子のスペクトル強度Ispectrと2次電子の強度との比Ispectr/Isを算出し、x−y平面で1次ビームを移動させ、前記の算出法によりx−y平面における位置に対する信号強度比Ispectr/Isの曲線を得て、ピーク位置を求めるとともに、試料をz方向に移動させ、前記の算出法によりz方向の位置に対する強度比Ispectr/Isの曲線を得て、ピーク位置を求め、x−y平面における前記ピーク位置とz方向における前記ピーク位置で定まる点を最適点とすることを特徴とするエネルギー分析器の軸合わせ方法を提供する。

0007

また、本発明は、エネルギー偏向器を備え、1次ビームを試料に照射し発生する2次電子を検出することにより試料の観察を行うエネルギー分析器の軸と前記1次ビームの軸とを3次元的に軸合わせするための装置であって、試料を3次元的(x方向、y方向、z方向)に移動可能に載置する試料ステージとエネルギー偏向器の直前に設けられたスリットを備えた2次電子捕集器と、エネルギー偏向器に設けたスリットから特定の信号電子を通過させ、エネルギー偏向器を通してスペクトル強度Ispectorを検出する検出器と、検出器で検出した特定の電子のスペクトル強度Ispectrと2次電子捕集器により2次電子を捕集して得られたスペクトル強度Isとの比Ispectr/Isを算出する割り算器と、x−y平面で1次ビームを移動させて得られ、前記割り算器で算出された、x−y平面における位置に対するスペクトル強度比Ispectr/Isの曲線からピーク位置を求めるとともに、試料をz方向に移動させて得られ、前記割り算器で算出された、z方向の位置に対するスペクトル強度比Ispectr/Isの曲線からピーク位置を求める、x−y平面における前記ピーク位置とz方向における前記ピーク位置で定まる点を最適化位置として演算する演算手段とを備えることを特徴とするエネルギー分析器の軸合わせ装置を提供する。

発明の効果

0008

本発明によれば、前記技術的手法ないし技術的手段を採用したので、軸合わせの作業に訓練と経験を積んだ者でなくとも、容易にかつ精度良くエネルギー分析器の軸合わせを行うことが可能となる。

図面の簡単な説明

0009

本発明による軸合わせの原理を模式的に示した説明図である。
実際に軸合わせの最適化を行うために用いた同軸円筒鏡型エネルギー分析器(CMA)を模式的に示した説明図である。
軸合わせにおけるx−y方向(1次ビームの偏向器)の最適化のためのx−y方向位置に対するスペクトル強度比Ispectr/Isの曲線の例である。
軸合わせにおけるz方向の最適化のためのz方向位置に対するスペクトル強度比Ispectr/Isの曲線の例である。

実施例

0010

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

0011

本発明は、エネルギー偏向器を備えたエネルギー分析器を正しい状態で使用するため、電子ビーム等の1次ビームが試料に入射し、それによって試料から放射される特定の信号電子(オージェ電子、背面散乱反射電子、背面散乱非弾性電子、エネルギー損失電子、真の2次電子等)と2次電子(広義の意味で、放射されたすべての電子を含む)の強度比を取ってこれが最大強度になるように最適化して3次元的に軸を合わせようとするものである。この手法によれば、たとえ1次電子ビームが時間的に揺らいでいても強度比は一定であるので安定した最適化が可能になる。この比を取るということは一種規格化(Normalization)である。

0012

図1は、本発明による軸合わせの原理を模式的に示した説明図である。図中1は90度偏向型エネルギー分析器であり、エネルギー偏向器2を備えている。試料3はx方向、y方向、z方向の3次元方向に移動可能な試料ステージの上に載置されている。エネルギー偏向器2の直前にはスリット4が形成された2次電子捕集器5が配置されている。6は1次電子ビーム(x−y平面上に移動可能)、7は上記した特定の信号電子、8は2次電子である。エネルギー偏向器2の出口にはスリット9が設けられている。検出器10はスリット9を通過した集光された特定の信号電子7の信号強度を検出し、検出したスペクトル強度のデータIspectrを割り算器11に送る。割り算器11は2次電子捕集器5から捕集した電子の信号強度Isを受け取る。そして割り算器11は特定の信号電子7のスペクトル強度Ispectrと2次電子8のスペクトル強度Isの比Ispectr/Isを算出する。図中f0は1次電子ビーム6の試料3上の照射位置である。

0013

本発明では、まず、x−y平面で1次ビーム6を移動させてx−y平面における位置に対するスペクトル強度比Ispectr/Isを計測し最適点(最大値)を求める。次に試料3をz方向に上下させてz方向における位置に対するスペクトル強度比Ispectr/Isを同様に求める。図2に示す同軸円筒鏡型エネルギー分析器(CMA)のように、特定の信号電子28が大きく広がる機種では、z軸方向の最適化ではエネルギー偏向電圧スペクトルが最大となるように調整する必要がある。なおエネルギー偏向電圧の調整はx−y平面での最適化では狭い範囲なら通常特に必要ない。このようにして3次元的にそれぞれピーク位置となる1点を最適点とする。なお計測の順番は特に問わないが、ここで述べた順序が実際的である。この最適点の算出は例えばパーソナルコンピュータ等を用いて自動的に行うことができる。

0014

次に、実際にエネルギー分析器の軸合わせを行った例について述べる。ここでは、図2に示す同軸円筒鏡型エネルギー分析器(CMA)21を用いた。このCMA21は内筒外筒の2重の筒で形成されるエネルギー偏向器22を備える。エネルギー偏向器22には入射スリット23と出射スリット24が設けられている。試料25は、図1の場合と同様にx方向、y方向、z方向の3次元方向に移動可能な試料ステージの上に載置されている。エネルギー偏向器22の直前には入射スリット23が形成された2次電子捕集器26が配置されている。27は1次電子ビーム、28は上記した特定の信号電子、29は2次電子である。エネルギー偏向器22の出口には検出器30が配置され、この検出器30は出射スリット24を通過した集光された特定の信号電子28のスペクトル強度を検出し、検出したスペクトル強度のデータIspectrを割り算器31に送る。割り算器31は2次電子捕集器26から捕集した電子のスペクトル強度Isを受け取る。そして割り算器31は特定の信号電子28のスペクトル強度Ispectrと2次電子29の信号強度Isとの比Ispectr/Isを算出する。

0015

この同軸円筒鏡型エネルギー分析器(CMA)21の動作は、基本的に図1に示す場合と同様である。すなわち、検出器30で検出した特定の信号電子28のスペクトル強度Ispectrと2次電子捕集器26により2次電子29を捕集して得られた2次電子強度Isとの比Ispectr/Isを割り算器31で求める。そしてx−y平面で1次ビーム27を移動させて得られ、割り算器31で算出された、x−y平面における位置に対するスペクトル強度比Ispectr/Isの曲線からピーク位置を求めるとともに、試料23をz方向に移動させて得られ、割り算器31で算出された、z方向の位置に対するスペクトル強度比Ispectr/Isの曲線からピーク位置を求める、図示しないパーソナルコンピュータ等の演算手段により、x−y平面における前記ピーク位置とz方向における前記ピーク位置で定まる1点を最適点として特定する。

0016

この同軸円筒鏡型エネルギー分析器(CMA)21を用い、表面組成むらのある清浄化してないAl(111)について最適化を行った。1次電子ビーム27の加速電圧は2.5kV、電流は約1μAとした。

0017

図3にエネルギー偏向器22の最適化、すなわち1次ビーム27のx−y面での最適化を行うための試料位置とスペクトル強度比との関係をグラフで示す。スペクトル強度比Ispectr/Isのピーク位置が最適点である。

0018

また、図4に試料高さの最適化、すなわち試料25のz方向での最適化を行うための試料位置とスペクトル強度比との関係をグラフで示す。スペクトル強度比Ispectr/Isのピーク位置が最適点である。

0019

以上で求めたx−y面での最適点とz方向での最適点のデータに基づき、3次元的な最適点が1点だけ特定され、最適化された軸合わせを行うことができた。

0020

この実験で使用した割り算器31単独の実験では特定の信号電子28と2次電子29の狭い範囲、たとえば通常経験する10%の変動に対して割り算器31の出力(両者の比)は0.01%の変動に収まっており、大幅に性能が改善されていることがわかった。

0021

以上、本発明の実施形態を90度偏向型エネルギー分析器と同軸円筒鏡型エネルギー分析器(CMA)により説明してきたが、180度偏向型エネルギー分析器等のその他のタイプのエネルギー分析器に対しても本発明は適用可能である。

0022

また、上記実施形態では1次ビームとして電子ビームを用いたが、本発明においては光、X線、やイオン等のビーム線を用いることも可能である。

0023

1、21エネルギー分析器
2、22エネルギー偏向器
3、25試料
4、9、23、24スリット
5、262次電子捕集器
6、27 1次電子ビーム
7、28 特定の信号電子
8、29 2次電子
10、30検出器
11、31 割り算器

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