JP2010190595A - レーザー分光分析装置およびそれを用いたレーザー分光分析方法 - Google Patents

Abstract

【目的】微小で凹凸のある分析箇所の位置を高精度に特定して分光分析できるレーザー分光分析装置およびそれを用いたレーザー分光分析方法を提供する。
【解決手段】試料ステージ１１に載せた試料１には、電子銃２から発せられた走査電子線が偏向コイル３によって向きを調整されて照射され、発生した二次電子を二次電子検出器４によって捕獲する。同時に、レーザー光源５から発したレーザー光１３が試料１に照射され、そこから発生した各種波長のレーザー光よりストークスラマン光のみをアイリス７、フィルタ８によって選択的に分光器９に入射し、光電子倍増管１０によって計測する。本発明の顕微ラマン分光分析装置は走査電子顕微鏡の機能を有しているので分析箇所の特定を高精度に行なうことができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、面積が微小で凹凸の大きな分析箇所でも、分析箇所の位置を高精度に特定して分析できる顕微ラマン分光分析装置などのレーザー分光分析装置およびそれを用いたレーザー分光分析方法に関する。

レーザー分光分析装置の一つである顕微ラマン分光分析装置は、物質の構造解析や半導体素子の故障解析などに多用させる分光分析装置である。顕微ラマン分光分析装置はμｍオーダーの大きさの分析箇所の分析を行なうことが出来る。
図３は、顕微ラマン分光分析装置の要部構成図である。この顕微ラマン分光分析装置は、試料ステージ５１、対物レンズ５３、ビームスプリッタ５４、レーザー光源５５、ハーフミラー５７、遮光フィルタ５８、分光器５９、ネオンランプ６０、レンズ６１および可視光光源６３を格納したＴＶカメラ６２で構成される。

試料ステージ５１に試料５２を載せ、ＴＶカメラ６２に格納された可視光光源６３からレンズ６１、ハーフミラー５７、ビームスプリッタ５４、対物レンズ５３を通して試料５２に可視光を照射し、その反射光を対物レンズ５３、ビームスプリッタ５４、ハーフミラー５７およびレンズ６１を通してＴＶカメラ６２で受け、対物レンズ５３で試料５２に照射される可視光の焦点を合わせた後、試料ステージ５１を移動して試料５２の分析箇所（分析対象となる異物などがある箇所）の位置を特定する。可視光の光軸とレーザー光の光軸は合致しており、試料面に対して共に垂直な方向にある。そのため、可視光で分析箇所を特定すれば、レーザー光でも分析箇所が特定される。

つぎに、レーザー光源５５からレーザー光５６をビームスプリッタ５４、対物レンズ５３を通して試料５２の分析箇所に照射し、試料５２からの反射光（ラマン散乱光）を対物レンズ５３、ビームスプリッタ５４、ハーフミラー５７および遮光フィルタ５８を通して分光器５９に入力し、ラマン分光分析を行なう。
尚、ＴＶカメラ６２に格納された可視光光源６３、レンズ６１、ハーフミラー５７、ビームスプリッタ５４および対物レンズ５３で光学顕微鏡による観測系が構成される。

特許文献１および特許文献２には、ラマン分光分析機能を組み込んだ電子顕微鏡が記載されており、同一試料で電子線による解析とレーザー光によるラマン分光分析が行なえることが開示されている。
また、特許文献３において、試料を動かさずに試料を走査して分光分析し、２次元または３次元の分析マップを作ることができる装置および方法が開示されている。

特表２００２−５１４７４７号公報 特表２００４−５３８４７０号公報 特表２００４−５２６９６２号公報

図３に示す顕微ラマン分光分析装置は、レーザー光の照射箇所の位置の特定を光学顕微鏡によって行なうため、分析箇所が微小で凹凸が大きい場合には、光学顕微鏡の分解能や焦点深度の浅さなどによって、分析箇所の位置を精度良く特定してレーザー光を分析箇所に照射することが困難であった。
また、特許文献１、特許文献２および特許文献３では、電子顕微鏡を用いて、分析箇所を特定して分光分析することについては触れられていない。

この発明の目的は、前記の課題を解決して、微小で凹凸のある分析箇所の位置を高精度に特定して分光分析できるレーザー分光分析装置およびそれを用いたレーザー分光分析方法を提供することである。

前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１の発明によれば、１つの試料ステージに対し、電子銃および二次電子検出器と、出力を可変できるレーザー光源および分光器の両方を備えたレーザー分光分析装置において、高出力の前記レーザー光で前記電子銃から出射される電子線と前記レーザー光の焦点を一致させるためのマーキングを試料の分析箇所から離れた箇所に形成し、低出力の前記レーザー光で前記分析箇所の分光分析を行うレーザー分光分析装置とする。

また、特許請求項の範囲の請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、前記レーザー光源および前記分光器の位置を、これらの周囲に配したピエゾ素子によって移動させるとよい。
また、特許請求範囲の請求項３の発明によれば、１つの試料ステージに対し、電子銃および二次電子検出器と、出力を可変できるレーザー光源および分光器の両方を備えたレーザー分光分析装置を用いた分光分析方法において、前記レーザー光の出力を上げて試料の分析箇所から離れた箇所に溶融痕を付けてマーキングを形成する工程と、前記電子銃から出射された電子線の焦点を前記マーキングに合わせて、前記電子線の焦点と前記レーザー光の焦点を一致させる工程と、前記電子線の焦点を前記分析箇所に合わせる工程と、前記レーザー光の出力を小さくして該レーザー光を前記分析箇所に照射してレーザー分光分析を行う工程と、を含むレーザー分光分析方法とする。

この発明によれば、面積が微小で凹凸の大きな分析箇所から離れた箇所にレーザー光を照射して溶融痕でマーキングし、このマーキング位置に走査電子顕微鏡の焦点を合わせ、その後で、分析箇所を走査型電子顕微鏡で特定することで、走査電子顕微鏡の分解能でレーザー照射位置を高精度に特定して分光分析することができるレーザー分光分析装置およびそれを用いたレーザー分光分析方法を提供できる。

この発明の一実施例のレーザー分光分析装置の要部構成図である。 本発明の顕微ラマン分光分析装置を用いた分光分析方法であり、（ａ）〜（ｅ）は工程順に示した分析方法の工程図である。 顕微ラマン分光分析装置の要部構成図である。

本発明のレーザー分光分析装置は、レーザー分析装置としての機能のほかに、分析箇所の位置を高精度に特定するための走査電子顕微鏡としての機能も合わせて具備している。
実施の形態を以下の実施例で説明する。

図１は、この発明の一実施例のレーザー分光分析装置の要部構成図である。ここではレーザー分光分析装置として顕微ラマン分光分析装置を例に取り上げて説明する。
この顕微ラマン分光分析装置は、試料ステージ１１、電子銃２、偏向コイル３、二次電子検出器４、レーザー光源５、レーザー光源５を微動させるピエゾ素子６、レーザー光１３を絞るアイリス７（光学絞り）、フィルタ８、分光器９および光電子倍増管１０で構成される。図１に示すように電子線１２の線軸１４とレーザー光１３の光軸１５は一致していない。これらの線軸１４、光軸１５は試料面に対して斜めになっている。

試料ステージ１１に載せた試料１には、電子銃２から発せられた走査電子線が偏向コイル３によって向きを調整されて照射され、発生した二次電子を二次電子検出器４によって捕獲する。
同時に、レーザー光源５から発したレーザー光１３が試料１に照射され、そこから発生した各種波長のレーザー光よりストークスラマン光のみをアイリス７、フィルタ８によって選択的に分光器９に入射し、光電子倍増管１０によって計測する。レーザー光源５および分光器９は周囲に配したピエゾ素子６によって位置の調整が行なわれる。本発明の顕微ラマン分光分析装置は分析箇所の特定を高精度に行なえるように走査電子顕微鏡の機能を具備している。

図２は、本発明の顕微ラマン分光分析装置を用いた分光分析方法であり、同図（ａ）〜同図（ｅ）は工程順に示した分析方法の工程図である。
先ず、同図（ａ）において、試料１の分析箇所２１と離れた箇所にレーザー光１３の焦点１６がくるように、レーザー光源５をピエゾ素子６で移動させる。
つぎに、同図（ｂ）において、レーザー光源５の出力を上げて、試料に高パワーのレーザー光１３ａを照射して溶融痕を付けることでマーキング１７をする。このマーキング１７は試料１を取り替える都度に行なう。

つぎに、同図（ｃ）において、走査電子顕微鏡の電子銃２から出射される電子線１２の焦点１８の位置とマーキング１７の位置のズレを把握する。このズレの把握は、例えば、マーキング１７の位置情報と電子線１２の焦点１６の位置情報を図示しないコンピュータに入力して試料１の表面に座標軸を設定し数値化する。
つぎに、同図（ｄ）において、この数値化されたズレに基づいて、電子銃２から出射される電子線１２の線軸１４を偏向コイル３により移動させて、マーキング１７の位置に電子線１２の焦点１８を合わせる。

つぎに、同図（ｅ）において、電子線１２の焦点１６とレーザー光１３の焦点１８（集光された照射点）が合った状態で、図示しない試料ステージ１１を移動させて試料１の分析箇所２１を走査電子顕微鏡で特定し、レーザー光源５の出力を低く設定した後、分析箇所２１に低パワーのレーザー光１３を照射してラマン分光分析を行なう。尚、図２では説明上、電子線１２の線軸１４が試料１の表面に対して斜めに描かれているが実際は殆ど垂直である。

この顕微ラマン分光分析では、走査電子顕微鏡像で分析箇所２１の位置を特定するため、サブミクロンの微小な面積で段差が数μｍある大きな凹凸の分析箇所２１であっても、焦点深度の深い電子顕微鏡を用いるために、その分析箇所２１の位置を精度良く特定できる。
そのため、分析箇所２１にレーザー光１３が精度良く照射されることになり、精度の高いラマン分光分析ができる。また、走査電子顕微鏡像により、レーザー光１３の照射前後での分析箇所２１の形状変化などの分析も付随的に可能となる。

尚、本発明は、顕微ラマン分光分析装置の他に、第２高調波を用いて分光分析する第２高調波分光分析装置、周波数の異なる光源を２本試料に同時に照射して分光分析する和周波分光分析装置および光路長差を用いて分光分析する時間分解分光分析装置などのレーザー分光分析装置にも適用できる。その具体的な分光分析装置と分析方法についてはここでは説明を省略する。

１ 試料
２ 電子銃
３ 偏向コイル
４ 二次電子検出器
５ レーザー光源
６ ピエゾ素子
７ アイリス
８ フィルタ
９ 分光器
１０ 光電子倍増管
１１ 試料ステージ
１２ 電子線
１３ レーザー光（低パワー）
１３ａ レーザー光（高パワー）
１４ 線軸
１５ 光軸
１６、１８ 焦点
１７ マーキング
２１ 分析箇所

Claims (3)

1. １つの試料ステージに対し、電子銃および二次電子検出器と、出力を可変できるレーザー光源および分光器の両方を備えたレーザー分光分析装置において、
   高出力の前記レーザー光で前記電子銃から出射される電子線と前記レーザー光の焦点を一致させるためのマーキングを試料の分析箇所から離れた箇所に形成し、低出力の前記レーザー光で前記分析箇所の分光分析を行うことを特徴としたレーザー分光分析装置。
2. 前記レーザー光源および前記分光器の位置を、これらの周囲に配したピエゾ素子によって移動させることを特徴とした請求項１に記載のレーザー分光分析装置。
3. １つの試料ステージに対し、電子銃および二次電子検出器と、出力を可変できるレーザー光源および分光器の両方を備えたレーザー分光分析装置を用いた分光分析方法において、
   前記レーザー光の出力を上げて試料の分析箇所から離れた箇所に溶融痕を付けてマーキングを形成する工程と、
   前記電子銃から出射された電子線の焦点を前記マーキングに合わせて、前記電子線の焦点と前記レーザー光の焦点を一致させる工程と、
   前記電子線の焦点を前記分析箇所に合わせる工程と、
   前記レーザー光の出力を小さくして該レーザー光を前記分析箇所に照射してレーザー分光分析を行う工程と、
   を含むことを特徴とするレーザー分光分析方法。
   

Images