JP3303916B2 - Sample surface mapping device using the principle of electron beam microanalyzer - Google Patents
Sample surface mapping device using the principle of electron beam microanalyzerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は電子線マイクロアナライザに関するもので、
特にステージ走査によって試料面の2次元分析を行う所
謂高速マッピング装置に関するものである。
(従来技術)
電子線マイクロアナライザは、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、その時発
生する特性X線等の二次放射線を測定することによって
成分元素の分布等を測定するものであるが、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
認などのために光学顕微鏡が付属装備されており、また
試料室には試料をXYZ方向にμm程度の精度で微動でき
る試料ステージが組み込まれている。
近年大形の試料がミクロ領域で分析される傾向があ
り、それに対応して上記試料ステージをXY方向に自動走
査することにより、広い面積のマッピング(面分析)を
行うことのできる高速マッピング装置が開発されてい
る。
(発明が解決しようとする問題点)
ところで従来は、マッピングが狭い領域で行われてい
たために、試料面の傾きや平坦度は分析精度にあまり大
きな影響を及ぼさなかった。しかし上記のような大型試
料のマッピングの際には試料面のうねりや凹凸の影響が
無視できないから、予め試料面を平坦に仕上げ、マッピ
ング装置へ試料をセットする際の傾きも注意して水平に
セットするようにしなければならず、測定準備が面倒な
上に、試料面を平坦仕上げできない場合もあって平坦度
が分析精度に大きく影響を及ぼすという問題がある。
上記試料面の傾きについては、試料をセットする際に
傾斜角を調節できるような簡単な補正機構を試料ステー
ジに装備することによって解決することができるが、平
坦度については今のところ、試料面に仕上げ加工を行う
以外には適当な解決手段がなく、従って表面にうねりの
ある試料については、高速マッピング装置による精度の
高い分析ができないという欠点があった。
本発明は上記の点に鑑み、表面にうねりのある試料に
ついても精度の高い分析ができ、しかもステージ走査の
高速性に影響を及ぼす虞れのない高速マッピング装置を
提供することを目的とするものである。
(問題点を解決するための手段)
上記の目的を達成するために本発明による電子線マイ
クロアナライザの原理を用いた試料面マッピング装置
は、電子ビーム照射装置1と、二次放射線検出装置2
と、試料ステージ3をXY方向に自動走査するXYステージ
制御装置4を備えると共に、試料面を監視する光学顕微
鏡5を付属した電子線マイクロアナライザにおいて、上
記光学顕微鏡5の所定焦点位置を挟んで互いに光軸上の
反対側に前後して二つの撮像素子を配置し、各撮像素子
により得られる映像信号に基づいて合焦度合いを演算す
る自動焦点装置6を装備し、試料面走査中該自動焦点装
置6の出力により試料面が常時所定高さに位置するよう
に試料ステージ昇降装置7を制御する制御回路8を備え
ることを特徴とする。
(作用)
上記の構成によれば、電子ビームの結像位置と試料面
とのずれが光学的に検出され、その出力によって試料ス
テージが自動的に昇降制御されるので、試料面にうねり
があっても分析精度を低下させることなく、全測定域に
亙って自動高速マッピングを行うことが可能であり、ま
た電子線マイクロアナライザに通常付属している光学顕
微鏡を有効に利用して自動焦点装置を構成できるので、
構造も簡単で安価に提供できる。
(実施例)
第1図は本発明の一実施例を示したもので、電子ビー
ム照射装置1は電子銃、電子レンズなどで構成され、試
料Aの表面に電子ビームB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Bによって試料面から
発生した特性X線が特性X線検出装置2に検出される。
試料AのXY方向の走査は、XYステージ制御装置4で試料
ステージ3を高速制御することによって行われる。試料
面は光学顕微鏡5を介して自動焦点装置6により監視さ
れており、制御回路8では自動焦点装置6からの出力を
受けて試料ステージ昇降装置7を制御している。
第2図は自動焦点装置6の具体構成例を示したもの
で、イメージセンサ9が光学顕微鏡5の接眼レンズに対
向して設置され、接眼レンズは接眼レンズ駆動回路10に
よって常時振動的に駆動されている。映像信号解析回路
11ではイメージセンサ9の出力信号をフーリエ変換し、
最も高周波成分の多い時点を合焦点時として検出し、処
理回路12では、その時点における接眼レンズの位置から
試料ステージ3の駆動量を演算して、演算結果を制御回
路8へ送出する。
あるいはまた、光学顕微鏡の所定焦点位置を挟んで互
いに光軸の反対側に前後して二つの撮像素子を配置し、
各撮像素子により得られる映像信号につき合焦度合いを
演算する。試料面が正しい高さにあるとき、二つの映像
信号の合焦度合いは等しく、試料面の高さがその位置よ
り少し上下すると、いずれか一方の映像信号の合焦度合
いが増加し、他方がより減少するので、試料面が高過ぎ
るか低過ぎるか検知できる。従って二つの映像信号の合
焦度合いが等しくなるように試料ステージの上下位置を
制御すればよい。
これらの構成によれば、合焦点位置の検出のために慣
性の大きい試料ステージ昇降装置7を試行錯誤的に駆動
しなくてもよいので、試料面の上下変動に対する応答性
は極めて良好である。
第3図は本発明装置の動作を示したもので、通常の平
坦な試料の場合にはa→b→c→d→aのループを通っ
てデータの収集を行う。すなわちaにおいて試料ステー
ジ3をXY方向に駆動することにより1画素分走査し、そ
の状態で焦点が合っていれば直ちに特性X線の検出を行
う。もし試料面にうねりがありbで焦点が合わなけれ
ば、e→f→e→fのループで試料ステージを昇降させ
て焦点を合わせたのち、cでデータの収集を行うのであ
る。
ところで高速マッピング装置においては、1画素分
(例えば1μm)移動させるのに約1mSの時間をかけて
いる。これは特性X線を検出するための制約であるが、
通常オートフォーカス装置を用いれば1μmの誤差を補
正するのに数μSで充分であり、また試料面の水平方向
の1μmに対して高さ方向の補正量は1μm以下である
から、本発明によれば従来のマッピング装置の高速性能
に殆ど影響を与えることなく、試料ステージを昇降制御
することができるのである。
(発明の効果)
上述のように本発明は、光学顕微鏡の所定焦点位置を
挟んで互いに光軸上の反対側に前後して二つの撮像素子
を配置し、各撮像素子により得られる映像信号に基づい
て合焦度合いを演算する自動焦点装置を装備し、試料面
走査中にその自動焦点装置の出力により試料面が常時所
定高さに位置するように試料ステージ昇降装置を制御す
る制御回路を備えるから、試料面が確実に所定高さ位置
になるよう制御され、かつ、その自動焦点機能の働きが
正確かつ迅速であるので、試料面に凹凸やうねりがあっ
ても分析精度が低下しないという利点があり、光学系と
して電子線マイクロアナライザに通常付属している光学
顕微鏡が利用できるので、構造が簡単で且つ低コストで
提供できるという利点があり、また高速マッピング装置
の速度性能は特性X線検出のための制約によって比較的
遅いので、本発明による分析精度向上のために分析速度
が殆ど低下しないという利点がある。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electron beam micro analyzer.
In particular, the present invention relates to a so-called high-speed mapping apparatus that performs two-dimensional analysis of a sample surface by scanning a stage. (Prior art) An electron beam microanalyzer scans a sample surface two-dimensionally with an electron beam, ionizes the atoms of the sample, and measures secondary radiation such as characteristic X-rays generated at that time, thereby distributing component elements. It is usually equipped with an optical microscope for adjustment between the electron optical system and the X-ray optical system, confirmation of the analysis position on the sample surface, etc. A sample stage that can finely move the XYZ directions with an accuracy of about μm is incorporated. In recent years, large samples have tended to be analyzed in the micro area, and a high-speed mapping device that can perform wide area mapping (plane analysis) by automatically scanning the sample stage in the XY direction in response to this tendency. Is being developed. (Problems to be Solved by the Invention) In the past, since mapping was performed in a narrow area, the inclination and flatness of the sample surface did not significantly affect the analysis accuracy. However, when mapping large samples as described above, the effects of undulations and irregularities on the sample surface cannot be ignored, so finish the sample surface in advance and pay attention to the inclination when setting the sample on the mapping device. It must be set, and the preparation of the measurement is troublesome, and there is a problem that the flatness greatly affects the analysis accuracy because the sample surface may not be finished flat. The tilt of the sample surface can be solved by equipping the sample stage with a simple correction mechanism that can adjust the tilt angle when setting the sample. There is no suitable solution except for the finishing work, and therefore, there is a drawback that a sample having an undulating surface cannot be analyzed with high accuracy by a high-speed mapping apparatus. In view of the above, it is an object of the present invention to provide a high-speed mapping apparatus that can perform highly accurate analysis even on a sample having an undulating surface and that does not affect the high-speed stage scanning. It is. (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, a sample surface mapping apparatus using the principle of an electron beam microanalyzer according to the present invention includes an electron beam irradiation apparatus 1 and a secondary radiation detection apparatus 2
And an electron beam microanalyzer equipped with an XY stage controller 4 for automatically scanning the sample stage 3 in the XY direction and having an optical microscope 5 for monitoring the sample surface, with a predetermined focal position of the optical microscope 5 interposed therebetween. Two image sensors are arranged before and after on the opposite side on the optical axis, and an auto focus device 6 for calculating a degree of focusing based on a video signal obtained by each image sensor is provided. A control circuit 8 for controlling the sample stage elevating device 7 so that the sample surface is always at a predetermined height by the output of the device 6 is provided. (Operation) According to the above configuration, the shift between the image forming position of the electron beam and the sample surface is optically detected and the output of the sample stage is automatically controlled to raise and lower the sample stage. However, it is possible to perform automatic high-speed mapping over the entire measurement range without deteriorating the analysis accuracy, and to effectively use an optical microscope normally attached to an electron beam microanalyzer to automatically focus an image. Can be configured,
The structure is simple and inexpensive. (Embodiment) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. An electron beam irradiation apparatus 1 is constituted by an electron gun, an electron lens, etc., and forms an irradiation spot of an electron beam B on the surface of a sample A. The characteristic X-rays generated from the sample surface by the electron beam B are detected by the characteristic X-ray detector 2.
Scanning of the sample A in the XY direction is performed by controlling the sample stage 3 at a high speed by the XY stage controller 4. The sample surface is monitored by the automatic focusing device 6 via the optical microscope 5, and the control circuit 8 receives the output from the automatic focusing device 6 and controls the sample stage elevating device 7. FIG. 2 shows a specific configuration example of the automatic focusing device 6, in which an image sensor 9 is installed so as to face an eyepiece of the optical microscope 5, and the eyepiece is always driven in an oscillatory manner by an eyepiece driving circuit 10. ing. Video signal analysis circuit
At 11, the output signal of the image sensor 9 is Fourier-transformed,
The point of time where the highest frequency component is the largest is detected as the focal point, and the processing circuit 12 calculates the drive amount of the sample stage 3 from the position of the eyepiece lens at that point and sends the calculation result to the control circuit 8. Alternatively, two image sensors are arranged before and after each other on the opposite side of the optical axis across a predetermined focal position of the optical microscope,
The degree of focus is calculated for a video signal obtained by each image sensor. When the sample surface is at the correct height, the degree of focus of the two video signals is equal, and when the height of the sample surface is slightly higher or lower than that position, the degree of focus of one of the video signals increases, and Since it decreases, it can be detected whether the sample surface is too high or too low. Therefore, the vertical position of the sample stage may be controlled so that the two video signals have the same degree of focus. According to these configurations, it is not necessary to drive the sample stage elevating / lowering device 7 having a large inertia for trial and error detection for detecting the focal point position, so that the response to the vertical fluctuation of the sample surface is extremely good. FIG. 3 shows the operation of the apparatus of the present invention. In the case of an ordinary flat sample, data is collected through a loop of a → b → c → d → a. That is, by scanning the sample stage 3 in the XY direction at a, scanning is performed for one pixel, and if focus is achieved in that state, characteristic X-rays are immediately detected. If the sample surface has undulation and is not focused in b, the sample stage is moved up and down in a loop of e → f → e → f to focus, and then data is collected in c. In the high-speed mapping apparatus, it takes about 1 ms to move one pixel (for example, 1 μm). This is a restriction for detecting characteristic X-rays,
Normally, if an autofocusing device is used, several μS is enough to correct an error of 1 μm, and the correction amount in the height direction is 1 μm or less for 1 μm in the horizontal direction of the sample surface. For example, it is possible to control the elevation of the sample stage without substantially affecting the high-speed performance of the conventional mapping apparatus. (Effects of the Invention) As described above, the present invention arranges two image sensors before and after each other on the optical axis with a predetermined focal position of the optical microscope interposed therebetween, and applies a video signal obtained by each image sensor to each other. Equipped with an automatic focusing device for calculating the degree of focusing based on the output of the automatic focusing device during scanning of the sample surface, and a control circuit for controlling the sample stage elevating device so that the sample surface is always at a predetermined height by the output of the automatic focusing device. Therefore, the sample surface is controlled so as to be at a predetermined height position, and the function of the automatic focusing function is accurate and quick, so that even if there is unevenness or undulation on the sample surface, the analysis accuracy does not decrease. Since the optical microscope that is usually attached to the electron beam microanalyzer can be used as the optical system, there is an advantage that the structure can be provided simply and at a low cost. Since the power performance is relatively slow due to the restriction for characteristic X-ray detection, there is an advantage that the analysis speed is hardly reduced to improve the analysis accuracy according to the present invention.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一実施例を示すブロック図、第2
図は同上の自動焦点装置の具体構成を示すブロック図、
第3図は同上の動作を示すフローチャートである。
1……電子ビーム照射装置、2……特性X線検出装置、
3……試料ステージ、4……XYステージ制御装置、5…
…光学顕微鏡、6……自動焦点装置、7……試料ステー
ジ昇降装置、8……制御回路、A……試料、B……電子
ビーム。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the apparatus of the present invention, FIG.
The figure is a block diagram showing the specific configuration of the automatic focusing device,
FIG. 3 is a flowchart showing the above operation. 1 ... Electron beam irradiation device, 2 ... Characteristic X-ray detection device,
3 ... Sample stage, 4 ... XY stage controller, 5 ...
... Optical microscope, 6... Automatic focusing device, 7... Sample stage elevating device, 8... Control circuit, A... Sample, B.
Claims (1)
料ステージをXY方向に自動走査するXYステージ制御装置
を備えると共に、試料面を監視する光学顕微鏡を付属し
た電子線マイクロアナライザの原理を用いた試料面マッ
ピング装置において、上記光学顕微鏡の所定焦点位置を
挟んで互いに光軸上の反対側に前後して二つの撮像素子
を配置し、各撮像素子により得られる映像信号に基づい
て合焦度合いを演算する自動焦点装置を装備し、試料面
走査中該自動焦点装置の出力により試料面が常時所定高
さに位置するように試料ステージ昇降装置を制御する制
御回路を備えることを特徴とする電子線マイクロアナラ
イザの原理を用いた試料面マッピング装置。(57) [Claims] A sample using the principle of an electron beam microanalyzer equipped with an electron beam irradiation device, a secondary radiation detector, and an XY stage controller that automatically scans the sample stage in the XY direction, and with an optical microscope that monitors the sample surface. In the plane mapping device, two image sensors are arranged before and after each other on the optical axis with a predetermined focal position of the optical microscope interposed therebetween, and a degree of focus is calculated based on a video signal obtained by each image sensor. An electron beam micro-controller for controlling the sample stage elevating device so that the sample surface is always at a predetermined height by the output of the auto-focus device during scanning of the sample surface. Sample surface mapping device using the principle of analyzer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30398587A JP3303916B2 (en) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | Sample surface mapping device using the principle of electron beam microanalyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30398587A JP3303916B2 (en) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | Sample surface mapping device using the principle of electron beam microanalyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01144553A JPH01144553A (en) | 1989-06-06 |
| JP3303916B2 true JP3303916B2 (en) | 2002-07-22 |
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ID=17927652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP30398587A Expired - Fee Related JP3303916B2 (en) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | Sample surface mapping device using the principle of electron beam microanalyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303916B2 (en) |
Families Citing this family (1)
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6126921Y2 (en) * | 1977-08-25 | 1986-08-12 | ||
| JPS6064238A (en) * | 1983-09-20 | 1985-04-12 | Seiko Instr & Electronics Ltd | X-ray analyzing apparatus using electron beam |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP30398587A patent/JP3303916B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01144553A (en) | 1989-06-06 |
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