JP7457607B2 - Soft X-ray spectrometer and analysis method - Google Patents
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Description
本発明は、軟Ｘ線分光装置および分析方法に関する。 The present invention relates to a soft X-ray spectrometer and an analysis method.
試料の微細な構造を観察できる装置として、透過電子顕微鏡が知られている。透過電子顕微鏡では、半導体材料や、高分子膜、無機結晶などを、高分解能で観察することができる。そのため、透過電子顕微鏡では、試料の積層方向の構造の情報や、試料の面内の構造の情報を得ることができる。また、透過電子顕微鏡では、エネルギー分散型Ｘ線検出器や、波長分散型Ｘ線分光器などを用いることによって、元素分析も可能である（例えば、特許文献１参照）。 A transmission electron microscope is known as a device that can observe the fine structure of a sample. A transmission electron microscope can observe semiconductor materials, polymer films, inorganic crystals, etc. with high resolution. Therefore, with a transmission electron microscope, it is possible to obtain information on the structure of the sample in the stacking direction and information on the structure within the plane of the sample. Further, in a transmission electron microscope, elemental analysis is also possible by using an energy dispersive X-ray detector, a wavelength dispersive X-ray spectrometer, etc. (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、透過電子顕微鏡では、試料を薄片化しなければならない。そのため、試料の微細な構造を知るための測定を、試料を薄片化することなく、バルクの状態（塊状）で行うことができる装置が望まれている。 However, a transmission electron microscope requires the sample to be sliced. Therefore, there is a demand for a device that can perform measurements to determine the fine structure of a sample in its bulk state (lump) without having to slice the sample.
本発明に係る軟Ｘ線分光装置の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を変化させる可変機構と、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有し、
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する。
One aspect of the soft X-ray spectrometer according to the present invention is
an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum;
a variable mechanism that changes the oblique emission angle, which is the difference between the X-ray extraction angle and the inclination angle of the surface of the sample;
storage section and
a storage control unit that stores the X-ray spectrum in the storage unit;
including;
The sample stage has a rotation mechanism that rotates the sample about an axis perpendicular to the surface of the sample as a rotation axis while the surface of the sample is tilted with respect to the optical axis of the electron optical system.
The storage control unit stores the X-ray spectrum in the storage unit in association with information on the oblique emission angle when the X-ray spectrum was acquired.
斜出射角度は、Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向（試料の表面に垂直な方向）の位置に対応する。したがって、このような軟Ｘ線分光装置では、取得したＸ線スペクトルと、当該Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置とが関連づけられたデータを得ることができる。そのため、このような軟Ｘ線分光装置では、試料のｚ方向の解析を容易に行うことができる。 The oblique emission angle corresponds to the position in the z direction (direction perpendicular to the surface of the sample) of the analysis region where the X-ray spectrum was obtained. Therefore, such a soft X-ray spectrometer can obtain data in which the acquired X-ray spectrum is associated with the position in the z direction of the analysis region where the X-ray spectrum was acquired. Therefore, such a soft X-ray spectrometer can easily analyze the sample in the z direction.
さらに、このような軟Ｘ線分光装置では、試料で発生したＸ線を分光素子で分光し、分光されたＸ線をイメージセンサーで検出してＸ線スペクトルを取得するため、試料を薄片化する必要がなく、試料をバルクの状態で測定することができる。 Furthermore, in such a soft X-ray spectrometer, the X-rays generated in the sample are separated by a spectroscopic element, and the separated X-rays are detected by an image sensor to obtain an X-ray spectrum, so the sample is sliced into thin sections. There is no need for this, and the sample can be measured in bulk.
本発明に係る軟Ｘ線分光装置の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有し、
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記試料の回転角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する。
One aspect of the soft X-ray spectrometer according to the present invention is
an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum;
storage section and
a storage control unit that stores the X-ray spectrum in the storage unit;
including;
The sample stage has a rotation mechanism that rotates the sample about an axis perpendicular to the surface of the sample as a rotation axis while the surface of the sample is tilted with respect to the optical axis of the electron optical system .
The storage control unit stores the X-ray spectrum in the storage unit in association with information about the rotation angle of the sample at the time the X-ray spectrum was obtained.
試料の回転角度は、分析領域の観察方向（観察方位）に対応する。したがって、このような軟Ｘ線分光装置では、取得したＸ線スペクトルと、当該Ｘ線スペクトルが得られた分析領域の観察方向とが関連づけられたデータを得ることができる。そのため、このような軟Ｘ線分光装置では、試料のｘｙ面内の解析を容易に行うことができる。 The rotation angle of the sample corresponds to the observation direction (observation orientation) of the analysis area. Therefore, with such a soft X-ray spectrometer, it is possible to obtain data that associates the acquired X-ray spectrum with the observation direction of the analysis area from which the X-ray spectrum was obtained. Therefore, with such a soft X-ray spectrometer, it is easy to analyze the xy plane of the sample.
さらに、このような軟Ｘ線分光装置では、試料で発生したＸ線を分光素子で分光し、分光されたＸ線をイメージセンサーで検出してＸ線スペクトルを取得するため、試料を薄片化する必要がなく、試料をバルクの状態で測定することができる。 Furthermore, in such soft X-ray spectrometers, the X-rays generated in the sample are dispersed by a dispersing element, and the dispersed X-rays are detected by an image sensor to obtain an X-ray spectrum, so there is no need to slice the sample, and the sample can be measured in its bulk state.
本発明に係る分析方法の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有する軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を第１斜出射角度として、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記斜出射角度を前記第１斜出射角度とは異なる第２斜出射角度として、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における前記試料の情報を求める工程と、
を含む。
One aspect of the analysis method according to the present invention is
an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum ;
The sample stage is a soft An analysis method in a spectrometer, comprising:
obtaining a first X-ray spectrum by setting an oblique emission angle that is a difference between an X-ray extraction angle and an inclination angle of the surface of the sample as a first oblique emission angle;
obtaining a second X-ray spectrum by setting the oblique emission angle to a second oblique emission angle different from the first oblique emission angle;
obtaining information about the sample in a direction perpendicular to the surface of the sample based on the first X-ray spectrum and the second X-ray spectrum;
including.
このような分析方法では、試料のｚ方向の情報を得ることができる。また、このような分析方法では、試料を薄片化する必要がなく、試料をバルクの状態で測定することができる。 With such an analysis method, information in the z direction of the sample can be obtained. Further, in such an analysis method, there is no need to slice the sample, and the sample can be measured in a bulk state.
本発明に係る分析方法の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含む軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸とし、前記試料を第１回転角度に配置して、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させて、前記試料を、前記第１回転角度とは異なる第２回転角度に配置して、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に平行な前記試料の面内の前記試料の情報を求める工程と、
を含む。
One aspect of the analysis method according to the present invention is
an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
An analysis method in a soft X-ray spectrometer, including an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum,
With the surface of the sample tilted with respect to the optical axis of the electron optical system, the axis perpendicular to the surface of the sample is the axis of rotation, the sample is arranged at a first rotation angle, and a first X-ray spectrum is obtained. a step of obtaining
With the surface of the sample inclined with respect to the optical axis of the electron optical system, the sample is rotated about an axis perpendicular to the surface of the sample as a rotation axis, so that the sample is rotated at the first rotation angle. are arranged at different second rotation angles to obtain a second X-ray spectrum;
obtaining information about the sample in a plane of the sample parallel to the surface of the sample based on the first X-ray spectrum and the second X-ray spectrum;
including.
このような分析方法では、試料のｘｙ面内の情報を得ることができる。また、このような分析方法では、試料を薄片化する必要がなく、試料をバルクの状態で測定することができる。
本発明に係る軟Ｘ線分光装置の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を変化させる可変機構と、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記記憶制御部は、異なる前記斜出射角度で得られた複数の前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶し、
異なる前記斜出射角度で得られた複数の前記Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における分子の配向の情報を求める解析部を含む。
本発明に係る分析方法の一態様は、
電子線を試料に照射する電子光学系と、
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含む軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を第１斜出射角度として、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記斜出射角度を前記第１斜出射角度とは異なる第２斜出射角度として、第２Ｘ線スペ
クトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における前記試料の情報を求める工程と、
を含み、
前記試料の情報は、分子の配向の情報を含む。
With such an analysis method, information in the xy plane of the sample can be obtained. Furthermore, in such an analysis method, there is no need to slice the sample, and the sample can be measured in bulk.
One aspect of the soft X-ray spectrometer according to the present invention is
an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum;
a variable mechanism that changes the oblique emission angle, which is the difference between the X-ray extraction angle and the inclination angle of the surface of the sample;
storage section,
a storage control unit that stores the X-ray spectrum in the storage unit;
including;
The storage control unit stores the plurality of X-ray spectra obtained at different oblique emission angles in the storage unit in association with information on the oblique emission angle at which the X-ray spectra were acquired;
The analyzer includes an analysis unit that obtains information on the orientation of molecules in a direction perpendicular to the surface of the sample based on the plurality of X-ray spectra obtained at different oblique emission angles.
One aspect of the analysis method according to the present invention is
an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
An analysis method in a soft X-ray spectrometer, comprising: an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum,
obtaining a first X-ray spectrum by setting an oblique emission angle that is the difference between the X-ray extraction angle and the inclination angle of the surface of the sample as a first oblique emission angle;
The oblique emission angle is set as a second oblique emission angle different from the first oblique emission angle, and a second
a step of obtaining a vector;
obtaining information about the sample in a direction perpendicular to the surface of the sample based on the first X-ray spectrum and the second X-ray spectrum;
including;
The sample information includes information on molecular orientation.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail using the drawings. Note that the embodiments described below do not unduly limit the content of the present invention described in the claims. Furthermore, not all of the configurations described below are essential components of the present invention.
１． 第１実施形態
１．１． 軟Ｘ線分光装置
１．１．１． 軟Ｘ線分光装置の構成
まず、第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置１００の構成を示す図である。
1. First embodiment 1.1. Soft X-ray spectrometer 1.1.1. Configuration of Soft X-ray Spectrometer First, the soft X-ray spectrometer according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a soft X-ray spectrometer 100 according to the first embodiment.
軟Ｘ線分光装置１００は、図１に示すように、電子光学系１０と、試料ステージ２０と、Ｘ線スリット３０と、Ｘ線集光ミラー４０と、回折格子５０（分光素子の一例）と、イメージセンサー６０と、情報処理装置７０と、を含む。軟Ｘ線分光装置１００は、試料Ｓに電子線が照射されることによって発生する軟Ｘ線（以下、単に「Ｘ線」ともいう）を分光し、分光された軟Ｘ線を検出して軟Ｘ線スペクトル（以下、単に「Ｘ線スペクトル」ともいう）を取得する装置である。 As shown in FIG. 1, the soft X-ray spectrometer 100 includes an electron optical system 10, a sample stage 20, an X-ray slit 30, an X-ray focusing mirror 40, and a diffraction grating 50 (an example of a spectroscopic element). , an image sensor 60, and an information processing device 70. The soft X-ray spectrometer 100 spectrally spectra soft X-rays (hereinafter also simply referred to as "X-rays") generated when a sample S is irradiated with an electron beam, detects the spectroscopic soft X-rays, and performs soft X-ray analysis. This is a device that acquires an X-ray spectrum (hereinafter also simply referred to as an "X-ray spectrum").
電子光学系１０は、試料Ｓに電子線を照射する。電子光学系１０は、例えば、電子銃と、電子銃から放出された電子線を集束して試料Ｓに照射する照射レンズと、電子線を偏向させる偏向器と、を有している。電子光学系１０によって、試料Ｓの所望の位置に電子線を照射できる。 The electron optical system 10 irradiates the sample S with an electron beam. The electron optical system 10 has, for example, an electron gun, an irradiation lens that focuses the electron beam emitted from the electron gun and irradiates the sample S, and a deflector that deflects the electron beam. The electron optical system 10 can irradiate the electron beam at a desired position on the sample S.
試料ステージ２０は、試料Ｓを支持する。試料ステージ２０は、試料Ｓを傾斜させる傾斜機構および試料Ｓを回転させる回転機構を有している。試料ステージ２０の詳細については後述する「１．１．２． 試料ステージ」で説明する。 The sample stage 20 supports the sample S. The sample stage 20 has a tilting mechanism that tilts the sample S and a rotation mechanism that rotates the sample S. Details of the sample stage 20 will be explained in "1.1.2. Sample Stage" below.
Ｘ線スリット３０は、試料Ｓから放出されるＸ線を制限する。Ｘ線スリット３０は、試料ステージ２０とイメージセンサー６０との間に配置されている。Ｘ線スリット３０によって、Ｘ線の取り出し角を制限できる。これにより、Ｘ線を取り出す角度範囲を狭くできる。 The X-ray slit 30 limits X-rays emitted from the sample S. The X-ray slit 30 is arranged between the sample stage 20 and the image sensor 60. The X-ray slit 30 can limit the extraction angle of X-rays. This makes it possible to narrow the angle range from which X-rays are extracted.
Ｘ線集光ミラー４０は、試料Ｓから放出されたＸ線を集光して、回折格子５０に導く。Ｘ線集光ミラー４０でＸ線を集光することにより、回折格子５０に入射するＸ線の強度を増加させることができる。これにより、測定時間の短縮や、Ｘ線スペクトルのＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。 The X-ray focusing mirror 40 collects the X-rays emitted from the sample S and guides them to the diffraction grating 50 . By condensing the X-rays with the X-ray condensing mirror 40, the intensity of the X-rays incident on the diffraction grating 50 can be increased. Thereby, it is possible to shorten the measurement time and improve the S/N ratio of the X-ray spectrum.
Ｘ線集光ミラー４０は、例えば、互いに向かい合う２つのミラーを有している。２つのミラーの間隔は、Ｘ線が入射する試料Ｓ側が狭く、Ｘ線が射出される回折格子５０側が広くなっている。これにより、回折格子５０に入射するＸ線の強度を増加させることができる。 The X-ray condensing mirror 40 includes, for example, two mirrors facing each other. The interval between the two mirrors is narrower on the sample S side where X-rays are incident, and wider on the diffraction grating 50 side where X-rays are emitted. Thereby, the intensity of X-rays incident on the diffraction grating 50 can be increased.
回折格子５０は、試料Ｓに電子線が照射されることによって試料Ｓで発生したＸ線を分光する。回折格子５０にＸ線を特定の角度で入射させると、エネルギー（波長）ごとに分
光されたＸ線（回折Ｘ線）を得ることができる。回折格子５０は、例えば、収差補正のために不等間隔の溝が形成された不等間隔溝回折格子である。回折格子５０は、回折Ｘ線の焦点をローランド円上ではなく、イメージセンサー６０の受光面６２上に形成する。
The diffraction grating 50 spectrally spectra the X-rays generated in the sample S when the sample S is irradiated with an electron beam. When X-rays are incident on the diffraction grating 50 at a specific angle, X-rays separated by energy (wavelength) (diffraction X-rays) can be obtained. The diffraction grating 50 is, for example, an unevenly spaced groove diffraction grating in which grooves are formed at uneven intervals for aberration correction. The diffraction grating 50 focuses the diffracted X-rays not on the Rowland circle but on the light receiving surface 62 of the image sensor 60.
回折格子５０は、高いエネルギー分解能を有している。例えば、エネルギー範囲５０ｅＶ～２１０ｅＶ用の回折格子では、Ａｌ－Ｌのフェルミエッジ部７２ｅＶで０．３ｅＶ以下、３５０ｅＶ～７００ｅＶ用の回折格子では、Ｍｏ－Ｍｚの半値幅で１ｅＶ以下、５００ｅＶ～２３００ｅＶ用の回折格子では、Ｆｅ－Ｌａの半値幅で５ｅＶ以下の分解能を有している。 The diffraction grating 50 has a high energy resolution. For example, a diffraction grating for an energy range of 50 eV to 210 eV has a resolution of 0.3 eV or less at the Fermi edge of 72 eV for Al-L, a diffraction grating for 350 eV to 700 eV has a resolution of 1 eV or less at the half-width of Mo-Mz, and a diffraction grating for 500 eV to 2300 eV has a resolution of 5 eV or less at the half-width of Fe-La.
イメージセンサー６０は、回折格子５０で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得する。イメージセンサー６０は、軟Ｘ線に対する感度の高い撮像素子である。イメージセンサー６０は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサーや、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサー等である。イメージセンサー６０は、例えば、背面照射型のＣＣＤイメージセンサーである。 The image sensor 60 detects the X-rays dispersed by the diffraction grating 50 to obtain an X-ray spectrum. The image sensor 60 is an imaging element that is highly sensitive to soft X-rays. The image sensor 60 is, for example, a CCD (Charge-Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary MOS) image sensor. The image sensor 60 is, for example, a back-illuminated CCD image sensor.
Ｘ線スリット３０、Ｘ線集光ミラー４０、回折格子５０、およびイメージセンサー６０は、Ｘ線を分光し、分光されたＸ線を検出して、Ｘ線スペクトルを取得する検出器２を構成している。 The X-ray slit 30, the X-ray condensing mirror 40, the diffraction grating 50, and the image sensor 60 constitute a detector 2 that separates X-rays, detects the separated X-rays, and obtains an X-ray spectrum. ing.
情報処理装置７０は、設定された測定条件に基づいて、試料Ｓを測定するための処理を行う。また、情報処理装置７０は、イメージセンサー６０で取得されたＸ線スペクトルを記憶する処理や、Ｘ線スペクトルから試料Ｓの解析を行う処理などの処理を行う。また、情報処理装置７０は、軟Ｘ線分光装置１００の各部を制御する処理を行う。情報処理装置７０の詳細については、後述する「１．１．３． 情報処理装置」で説明する。 The information processing device 70 performs processing for measuring the sample S based on the set measurement conditions. The information processing device 70 also performs processing such as storing the X-ray spectrum acquired by the image sensor 60 and analyzing the sample S from the X-ray spectrum. The information processing device 70 also performs processing for controlling each part of the soft X-ray spectrometer 100. Details of the information processing device 70 will be described later in "1.1.3. Information processing device".
１．１．２． 試料ステージ
図２は、試料ステージ２０を模式的に示す図である。なお、図２では、便宜上、試料ステージ２０、および検出器２のみを図示している。また、図２では、検出器２を簡略化して図示している。図２には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。なお、Ｚ軸は、電子光学系１０の光軸に平行である。
1.1.2. Sample Stage FIG. 2 is a diagram schematically showing the sample stage 20. Note that in FIG. 2, only the sample stage 20 and the detector 2 are illustrated for convenience. Further, in FIG. 2, the detector 2 is illustrated in a simplified manner. FIG. 2 shows an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis as three mutually orthogonal axes. Note that the Z axis is parallel to the optical axis of the electron optical system 10.
試料ステージ２０は、図２に示すように、傾斜機構２２と、第１回転機構２４ａと、第２回転機構２４ｂと、Ｘ移動機構２６ａと、Ｙ移動機構２６ｂと、Ｚ移動機構２８と、を有している。試料ステージ２０では、Ｘ移動機構２６ａ、Ｙ移動機構２６ｂ、第１回転機構２４ａ、傾斜機構２２、第２回転機構２４ｂが、この順でＺ移動機構２８の上に配置されている。第２回転機構２４ｂは、試料Ｓの傾斜角度を一定に保ちながら、試料Ｓを回転させることができる。図示の例では、第２回転機構２４ｂ上に試料Ｓが配置されている。 As shown in FIG. 2, the sample stage 20 includes a tilting mechanism 22, a first rotation mechanism 24a, a second rotation mechanism 24b, an X movement mechanism 26a, a Y movement mechanism 26b, and a Z movement mechanism 28. have. In the sample stage 20, an X movement mechanism 26a, a Y movement mechanism 26b, a first rotation mechanism 24a, a tilting mechanism 22, and a second rotation mechanism 24b are arranged on the Z movement mechanism 28 in this order. The second rotation mechanism 24b can rotate the sample S while keeping the inclination angle of the sample S constant. In the illustrated example, the sample S is placed on the second rotation mechanism 24b.
傾斜機構２２は、試料Ｓを傾斜させる。傾斜機構２２が、試料Ｓを傾斜させることで、試料Ｓの表面の傾斜角度が変更される。この結果、斜出射角度が変更される。 The tilting mechanism 22 tilts the sample S. The tilting mechanism 22 tilts the sample S, thereby changing the tilt angle of the surface of the sample S. As a result, the oblique emission angle is changed.
図３は、斜出射角度θを説明するための図である。なお、図３では、便宜上、試料ステージ２０の傾斜機構２２と、検出器２のみを図示している。図３には、試料Ｓに固定された座標系を表す軸として、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を図示している。なお、ｚ軸は、試料Ｓの表面Ｆに垂直な軸Ｐに平行である。ｚ軸は、試料Ｓの表面Ｆに垂直な方向の位置を表す軸であり、ｘ軸およびｙ軸は、試料Ｓの表面Ｆに平行な面内の位置を表す軸である。すなわち、ｘ軸およびｙ軸は、試料Ｓの表面Ｆに平行であり、ｘｙ面は試料Ｓの表面Ｆに平行である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the oblique emission angle θ. Note that in FIG. 3, only the tilting mechanism 22 of the sample stage 20 and the detector 2 are illustrated for convenience. FIG. 3 shows an x-axis, a y-axis, and a z-axis as axes representing a coordinate system fixed to the sample S. Note that the z-axis is parallel to the axis P perpendicular to the surface F of the sample S. The z-axis is an axis that represents a position in a direction perpendicular to the surface F of the sample S, and the x-axis and y-axis are axes that represent positions in a plane parallel to the surface F of the sample S. That is, the x-axis and y-axis are parallel to the surface F of the sample S, and the xy plane is parallel to the surface F of the sample S.
斜出射角度θは、Ｘ線の取り出し角αと試料Ｓの表面Ｆの傾斜角度βとの差である。Ｘ線の取り出し角αは、試料Ｓの分析点と検出器２とを結ぶ直線の傾き（当該直線の水平面に対する傾き）である。傾斜角度βは、試料Ｓの表面Ｆの傾き（表面Ｆの水平面に対する傾き）である。軟Ｘ線分光装置１００では、図３に示すように、傾斜機構２２で試料Ｓを傾斜させることによって、傾斜角度βを変更できる。これにより、斜出射角度θを調整できる。 The oblique emission angle θ is the difference between the X-ray extraction angle α and the inclination angle β of the surface F of the sample S. The X-ray extraction angle α is the inclination of the straight line connecting the analysis point of the sample S and the detector 2 (the inclination of the straight line with respect to the horizontal plane). The inclination angle β is the inclination of the surface F of the sample S (the inclination of the surface F with respect to the horizontal plane). In the soft X-ray spectrometer 100, as shown in FIG. 3, the tilt angle β can be changed by tilting the sample S using the tilting mechanism 22. Thereby, the oblique emission angle θ can be adjusted.
斜出射角度θは、例えば、Ｘ線スリット３０によって制限できる。例えば、Ｘ線スリット３０の開口を小さくすることで、斜出射角度θの範囲を狭くできる。また、Ｘ線スリット３０の開口の大きさを可変にすることで、斜出射角度θの範囲を変更できる。これにより、例えば、積層膜の構造をさらに詳細に観察することができる。 The oblique emission angle θ can be limited by the X-ray slit 30, for example. For example, by making the opening of the X-ray slit 30 smaller, the range of the oblique emission angle θ can be narrowed. Further, by making the size of the opening of the X-ray slit 30 variable, the range of the oblique emission angle θ can be changed. Thereby, for example, the structure of the laminated film can be observed in more detail.
図２に示す第１回転機構２４ａおよび第２回転機構２４ｂは、試料Ｓを回転させる。第１回転機構２４ａは、例えば、電子光学系１０の光軸に平行な軸を回転軸として傾斜機構２２を回転させる。第２回転機構２４ｂは、試料Ｓの表面に垂直な軸を回転軸として試料Ｓを回転させる。第２回転機構２４ｂを用いることによって、試料Ｓの回転角度を調整できる。 The first rotation mechanism 24a and the second rotation mechanism 24b shown in FIG. 2 rotate the sample S. The first rotation mechanism 24a rotates the tilting mechanism 22, for example, with an axis parallel to the optical axis of the electron optical system 10 as the rotation axis. The second rotation mechanism 24b rotates the sample S using an axis perpendicular to the surface of the sample S as a rotation axis. By using the second rotation mechanism 24b, the rotation angle of the sample S can be adjusted.
図４は、試料Ｓの回転角度φを説明するための図である。なお、図４は、試料Ｓをｚ方向から見た図である。 FIG. 4 is a diagram for explaining the rotation angle φ of the sample S. Note that FIG. 4 is a diagram of the sample S viewed from the z direction.
回転角度φは、試料Ｓの表面Ｆに垂直な軸Ｐを回転軸として、試料Ｓを回転させたときの角度である。回転角度φの基準（φ＝０°）は、任意の位置に設定できる。試料ステージ２０では、試料Ｓを軸Ｐまわりに回転させることによって、回転角度φを変えることができる。試料ステージ２０では、第２回転機構２４ｂを有するため、斜出射角度θを変えることなく、回転角度φを変えることができる。すなわち、第２回転機構２４ｂで試料Ｓを回転させることによって、斜出射角度θを固定した状態で、回転角度φを変えることができる。 The rotation angle φ is the angle when the sample S is rotated around an axis P perpendicular to the surface F of the sample S. The reference for the rotation angle φ (φ = 0°) can be set to any position. In the sample stage 20, the rotation angle φ can be changed by rotating the sample S around the axis P. Since the sample stage 20 has the second rotation mechanism 24b, the rotation angle φ can be changed without changing the oblique exit angle θ. In other words, by rotating the sample S with the second rotation mechanism 24b, the rotation angle φ can be changed while keeping the oblique exit angle θ fixed.
Ｘ移動機構２６ａは、試料ＳをＸ軸に沿って移動させる。Ｙ移動機構２６ｂは、試料ＳをＹ軸に沿って移動させる。Ｚ移動機構２８は、試料ＳをＺ軸に沿って移動させる。 The X moving mechanism 26a moves the sample S along the X axis. The Y moving mechanism 26b moves the sample S along the Y axis. The Z moving mechanism 28 moves the sample S along the Z axis.
１．１．３． 情報処理装置
図５は、情報処理装置７０の構成を示す図である。情報処理装置７０は、処理部７１０と、操作部７２０と、表示部７３０と、記憶部７４０と、を含む。
1.1.3. Information Processing Device FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the information processing device 70. As shown in FIG. Information processing device 70 includes a processing section 710, an operation section 720, a display section 730, and a storage section 740.
操作部７２０は、ユーザーが操作情報を入力するためのものであり、入力された操作情報を処理部７１０に出力する。操作部７２０の機能は、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネル、タッチパッドなどのハードウェアにより実現することができる。 The operation unit 720 is for the user to input operation information, and outputs the input operation information to the processing unit 710. The functions of the operation unit 720 can be realized by hardware such as a keyboard, a mouse, buttons, a touch panel, and a touch pad.
表示部７３０は、処理部７１０によって生成された画像を表示する。表示部７３０の機能は、ＬＣＤ（liquid crystal display）、操作部７２０としても機能するタッチパネルなどにより実現できる。 The display unit 730 displays the image generated by the processing unit 710. The function of the display section 730 can be realized by an LCD (liquid crystal display), a touch panel that also functions as the operation section 720, or the like.
記憶部７４０は、処理部７１０の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラムや各種データを記憶している。また、記憶部７４０は、処理部７１０のワーク領域としても機能する。記憶部７４０の機能は、ハードディスク、およびＲＡＭ（Random Access Memory）などにより実現できる。 The storage unit 740 stores programs and various data for making the computer function as each part of the processing unit 710. The storage unit 740 also functions as a work area for the processing unit 710. The functions of the storage unit 740 can be realized by a hard disk, RAM (Random Access Memory), and the like.
処理部７１０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳ
Ｐ（digital signal processor）等）などのハードウェアで、プログラムを実行することにより実現できる。処理部７１０は、測定制御部７１２と、記憶制御部７１４と、解析部７１６と、表示制御部７１８と、を含む。
The functions of the processing unit 710 include various processors (CPU (Central Processing Unit) and DS
The processing unit 710 can be realized by executing a program using hardware such as a digital signal processor (P, etc.). The processing unit 710 includes a measurement control unit 712, a storage control unit 714, an analysis unit 716, and a display control unit 718.
測定制御部７１２は、あらかじめ設定された測定条件で測定が行われるように、軟Ｘ線分光装置１００の各部を制御する。 The measurement control section 712 controls each section of the soft X-ray spectrometer 100 so that measurement is performed under preset measurement conditions.
記憶制御部７１４は、測定の結果としてイメージセンサー６０から出力されたＸ線スペクトルを、当該Ｘ線スペクトルを取得したときの斜出射角度θの情報および当該Ｘ線スペクトルを取得したときの試料Ｓの回転角度φの情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する。 The storage control unit 714 stores the X-ray spectrum output from the image sensor 60 as a measurement result, the information of the oblique emission angle θ at the time the X-ray spectrum was acquired, and the information of the sample S at the time the X-ray spectrum was acquired. It is stored in the storage unit 740 in association with the information on the rotation angle φ.
例えば、記憶制御部７１４は、イメージセンサー６０から出力されたＸ線スペクトルを受け付けた場合、当該Ｘ線スペクトルを測定したときの、斜出射角度θの情報および試料Ｓの回転角度φの情報を取得する。そして、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、取得した斜出射角度θの情報および試料Ｓの回転角度φの情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する。 For example, when receiving the X-ray spectrum output from the image sensor 60, the storage control unit 714 acquires information on the oblique emission angle θ and information on the rotation angle φ of the sample S when the X-ray spectrum was measured. do. Then, the storage control unit 714 stores the X-ray spectrum in the storage unit 740 in association with the obtained information on the oblique emission angle θ and the information on the rotation angle φ of the sample S.
解析部７１６は、斜出射角度θの情報に基づいて、Ｘ線スペクトルが得られた試料Ｓの分析領域のｚ方向の位置情報を取得する。また、解析部７１６は、試料Ｓの回転角度φの情報に基づいて、Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｘｙ面内の情報を取得する。 The analysis unit 716 acquires position information in the z direction of the analysis region of the sample S from which the X-ray spectrum was obtained, based on the information on the oblique emission angle θ. Furthermore, the analysis unit 716 acquires information in the xy plane of the analysis region where the X-ray spectrum was obtained, based on the information on the rotation angle φ of the sample S.
解析部７１６は、Ｘ線スペクトルに基づく解析を行う。解析部７１６は、Ｘ線スペクトルに基づいて、組成分析や、化学結合状態の分析を行う。解析部７１６は、例えば、Ｘ線スペクトルのピークの位置から組成を特定する。また、解析部７１６は、例えば、Ｘ線スペクトルに対して波形分離計算を行い、化学結合状態を解析する。 The analysis unit 716 performs analysis based on the X-ray spectrum. The analysis unit 716 performs composition analysis and chemical bond state analysis based on the X-ray spectrum. The analysis unit 716 identifies the composition from the position of the peak in the X-ray spectrum, for example. Further, the analysis unit 716 performs waveform separation calculation on the X-ray spectrum to analyze the chemical bond state, for example.
解析部７１６は、分析領域の位置とＸ線スペクトルの解析結果から、試料Ｓのｚ方向の解析や、試料Ｓのｘｙ面内の解析、試料Ｓの３次元の解析を行う。 The analysis unit 716 performs an analysis of the sample S in the z direction, an analysis in the xy plane, and a three-dimensional analysis of the sample S, based on the position of the analysis region and the analysis result of the X-ray spectrum.
表示制御部７１８は、記憶部７４０に記憶されたＸ線スペクトルを表示部７３０に表示させる。また、表示制御部７１８は、解析部７１６における試料Ｓの解析結果を表示部７３０に表示させる。 Display control section 718 causes display section 730 to display the X-ray spectrum stored in storage section 740. Further, the display control unit 718 causes the display unit 730 to display the analysis result of the sample S in the analysis unit 716.
１．２． 分析方法
１．２．１． 原理
軟Ｘ線分光装置１００では、Ｘ線集光ミラー４０、回折格子５０、およびイメージセンサー６０によって、Ｘ線スペクトルを取得できる。このようにして得られたＸ線スペクトルを解析することで、試料Ｓの組成の分析だけでなく、化学結合状態の分析が可能である。例えば、Ｘ線スペクトルを解析することで、価電子情報や、内殻電子情報などの電子情報を得ることができる。
1.2. Analysis method 1.2.1. Principle In the soft X-ray spectrometer 100, an X-ray spectrum can be obtained by the X-ray condensing mirror 40, the diffraction grating 50, and the image sensor 60. By analyzing the X-ray spectrum obtained in this way, it is possible to analyze not only the composition of the sample S but also the chemical bonding state. For example, by analyzing an X-ray spectrum, electronic information such as valence electron information and core electron information can be obtained.
ここで、斜出射角度θを、試料Ｓで発生したＸ線が試料Ｓの表面Ｆで全反射する角度に設定する。すなわち、斜出射角度θを、試料Ｓで発生したＸ線の臨界角以下に設定する。これにより、試料Ｓの内部で発生したＸ線は、試料Ｓの表面Ｆと外部との境界で反射する。この結果、試料Ｓの内部のＸ線の強度を減少させることができ、試料Ｓの表面Ｆで発生したＸ線の強度を増加させることができる。 Here, the oblique exit angle θ is set to an angle at which the X-rays generated in the sample S are totally reflected on the surface F of the sample S. In other words, the oblique exit angle θ is set to be equal to or less than the critical angle of the X-rays generated in the sample S. This causes the X-rays generated inside the sample S to be reflected at the boundary between the surface F of the sample S and the outside. As a result, the intensity of the X-rays inside the sample S can be reduced, and the intensity of the X-rays generated on the surface F of the sample S can be increased.
図６は、斜出射角度θとＸ線スペクトルの関係を説明するための図である。図６に示すスペクトルＡ、スペクトルＢ、およびスペクトルＣは、軟Ｘ線分光装置１００でシリコン
上のカーボンを測定して得られたスペクトルである。
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the oblique emission angle θ and the X-ray spectrum. Spectrum A, spectrum B, and spectrum C shown in FIG. 6 are spectra obtained by measuring carbon on silicon with soft X-ray spectrometer 100.
斜出射角度θを臨界角よりも大きくした場合、スペクトルＡのように、試料表面のカーボンとともに、下地のシリコンが検出され、バックグラウンドの影響が大きい。ここで、斜出射角度θを極めて小さくすると、スペクトルＢに示すようにノイズのみが検出されるが、斜出射角度θを徐々に大きくして斜出射角度θがＸ線の臨界角となると、スペクトルＣのように下地のシリコンが検出されずに、試料表面のカーボンのみが検出される。 When the oblique emission angle θ is made larger than the critical angle, as in spectrum A, the underlying silicon is detected together with the carbon on the sample surface, and the influence of the background is large. Here, if the oblique emission angle θ is made extremely small, only noise is detected as shown in spectrum B, but if the oblique emission angle θ is gradually increased and the oblique emission angle θ becomes the critical angle for X-rays, the spectrum As in case C, the underlying silicon is not detected, but only the carbon on the sample surface is detected.
この現象を利用して、斜出射角度θを、試料Ｓで発生したＸ線の臨界角および臨界角の近傍とすることによって、試料Ｓの表面Ｆに敏感な測定ができる。以下、試料Ｓで発生したＸ線の臨界角および臨界角の近傍の角度を、斜出射条件を満たす角度ともいう。斜出射角度θを斜出射条件を満たす角度とすることによって、試料Ｓの表面Ｆに敏感な測定が可能である。 Utilizing this phenomenon, by setting the oblique emission angle θ to be at or near the critical angle of the X-rays generated in the sample S, sensitive measurements can be made on the surface F of the sample S. Hereinafter, the critical angle of the X-rays generated in the sample S and the angle near the critical angle will also be referred to as an angle that satisfies the oblique emission condition. By setting the oblique emission angle θ to an angle that satisfies the oblique emission condition, measurement that is sensitive to the surface F of the sample S is possible.
図７～図９は、斜出射角度θを斜出射条件を満たす角度にした場合の測定について説明するための図である。図７～図９には、測定対象の試料Ｓと、斜出射角度θを、斜出射条件を満たす角度とした場合に得られる、炭素のＫ吸収端領域のスペクトル（Ｃ－Ｋスペクトル）を示している。 7 to 9 are diagrams for explaining measurements when the oblique emission angle θ is set to an angle that satisfies the oblique emission condition. 7 to 9 show the spectra of the K absorption edge region of carbon (CK spectra) obtained when the sample S to be measured and the oblique emission angle θ are set to an angle that satisfies the oblique emission condition. ing.
図７に示す例では、斜出射角度θを、射出条件を満たす角度である角度θＡとすることによって、試料表面のＣ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。また、図８に示す例では、斜出射角度θを角度θＡとすることによって、試料表面のＣ－Ｎ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。また、図９に示す例では、斜出射角度θを角度θＡとすることによって、試料表面のＣ－Ｏ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。 In the example shown in FIG. 7, by setting the oblique emission angle θ to the angle θA , which is an angle that satisfies the emission conditions, an X-ray spectrum reflecting the CC bonds on the sample surface can be obtained. Further, in the example shown in FIG. 8, by setting the oblique emission angle θ to the angle θ A , an X-ray spectrum reflecting the CN bond on the sample surface can be obtained. Furthermore, in the example shown in FIG. 9, by setting the oblique emission angle θ to the angle θ A , an X-ray spectrum reflecting the C—O bonds on the sample surface can be obtained.
ここで、斜出射角度θを変えると、試料Ｓの分析領域がｚ方向に移動する。例えば、斜出射角度θが小さいと、分析領域は試料Ｓの表面のごく浅い領域となり、斜出射角度θが大きくなると、分析領域には試料Ｓのより深い領域が含まれる。 Here, when the oblique emission angle θ is changed, the analysis region of the sample S moves in the z direction. For example, if the oblique emission angle θ is small, the analysis region will be a very shallow region on the surface of the sample S, and if the oblique emission angle θ is large, the analysis region will include a deeper region of the sample S.
図１０～図１３は、斜出射角度θと試料Ｓの分析領域との関係を説明するための図である。図１０～図１２には、斜出射角度θを角度θＡから微小角度ずらした角度θＢにした場合に得られる、Ｃ－Ｋスペクトルを示している。また、図１３では、斜出射角度θを角度θＡから微小角度ずらした角度θＣにした場合に得られる、Ｃ－Ｋスペクトルを示している。 10 to 13 are diagrams for explaining the relationship between the oblique exit angle θ and the analysis area of the sample S. Fig. 10 to Fig. 12 show C-K spectra obtained when the oblique exit angle θ is set to angle θ B , which is a small angle shifted from angle θ A. Fig. 13 shows C-K spectra obtained when the oblique exit angle θ is set to angle θ C , which is a small angle shifted from angle θ A.
図１０に示す例では、斜出射角度θを角度θＢとすることによって、Ｃ－Ｃ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。また、図１１に示す例では、斜出射角度θを角度θＢとすることによって、Ｃ－Ｎ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。また、図１２に示す例では、斜出射角度θを角度θＢとすることによって、Ｃ－Ｏ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。図１３に示す例では、斜出射角度θを角度θＣとすることによって、Ｃ－Ｎ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。 In the example shown in FIG. 10, by setting the oblique emission angle θ to the angle θ B , an X-ray spectrum reflecting C--C--C bonds can be obtained. Further, in the example shown in FIG. 11, by setting the oblique emission angle θ to the angle θ B , an X-ray spectrum reflecting the CNC bond can be obtained. Further, in the example shown in FIG. 12, by setting the oblique emission angle θ to the angle θ B , an X-ray spectrum reflecting the C—O—C bond can be obtained. In the example shown in FIG. 13, by setting the oblique emission angle θ to the angle θ C , an X-ray spectrum reflecting the CNC bond can be obtained.
このように、斜出射角度θは、分析領域のｚ方向の位置に対応する。そのため、斜出射角度θを変更して、斜出射角度θごとにＸ線スペクトルを取得することによって、試料Ｓのｚ方向の情報が得られる。斜出射角度θを変更するときの角度ステップは、ｚ方向の位置分解能に対応する。角度ステップを小さくすることで、高い位置分解能が得られる。例えば、原子レベルの高い分解能を得る場合には、０．１°以上０．５°以下程度の角度ステップで、斜出射角度θを変更する。 Thus, the oblique emission angle θ corresponds to the position of the analysis region in the z direction. Therefore, information in the z direction of the sample S can be obtained by changing the oblique emission angle θ and acquiring an X-ray spectrum for each oblique emission angle θ. The angular step when changing the oblique emission angle θ corresponds to the position resolution in the z direction. By reducing the angular step, high positional resolution can be obtained. For example, when obtaining high resolution at the atomic level, the oblique emission angle θ is changed in angular steps of approximately 0.1° or more and 0.5° or less.
上述したように、斜出射角度θを、斜出射条件を満たす角度とすることによって、高い
位置分解能が得られる。例えば、斜出射条件を満たす角度とすることによって、ｚ方向において、原子レベルの構造の情報が得られる。
As described above, high positional resolution can be obtained by setting the oblique emission angle θ to an angle that satisfies the oblique emission condition. For example, by setting the angle to satisfy the oblique emission condition, information on the structure at the atomic level can be obtained in the z direction.
例えば、図７～図１３に示す各Ｃ－Ｋスペクトルに対して波形分離計算を行い、Ｃ－Ｃ、Ｃ＝Ｃ、Ｃ－Ｈ、Ｃ－Ｏなどの面積強度を求めることで、ｓｐ２σ、ｓｐ３σ、ｓｐ２σ、ｓｐ２πなどの電子軌道の差異が比較できる。したがって、試料Ｓのｚ方向の電子軌道の情報を得ることができる。 For example, by performing waveform separation calculations on each of the CK spectra shown in FIGS . , sp 3 σ, sp 2 σ, sp 2 π, etc. can be compared. Therefore, information on the electron trajectory of the sample S in the z direction can be obtained.
図１４は、試料Ｓの回転角度φと試料Ｓの分析領域との関係を説明するための図である。 FIG. 14 is a diagram for explaining the relationship between the rotation angle φ of the sample S and the analysis area of the sample S.
図１４に示すように、試料Ｓの回転角度φは、分析領域から見た検出器２の向き、すなわち、分析領域の観察方向（観察方位）に対応する。そのため、試料Ｓを回転角度φ＝φＡに配置して得られたＸ線スペクトルと、試料Ｓを回転角度φ＝φＢ（φＢ≠φＡ）に配置して得られたＸ線スペクトルでは、互いに異なる方向から見た試料Ｓの情報が得られる。 14, the rotation angle φ of the sample S corresponds to the orientation of the detector 2 as viewed from the analysis region, i.e., the observation direction (observation orientation) of the analysis region. Therefore, the X-ray spectrum obtained by positioning the sample S at a rotation angle φ= φA and the X-ray spectrum obtained by positioning the sample S at a rotation angle φ= φB ( φB ≠ φA ) provide information on the sample S viewed from different directions.
例えば、回転角度φを角度φＡとすることによって、Ｃ－Ｃ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。また、回転角度φを角度φＢとすることによって、Ｃ－Ｏ結合を反映したＸ線スペクトルが得られる。このように、試料Ｓの回転角度φを変更して、回転角度φごとにＸ線スペクトルを取得することによって、試料Ｓのｘｙ面内の情報が得られる。 For example, by setting the rotation angle φ to the angle φ A , an X-ray spectrum reflecting the CC bond can be obtained. Furthermore, by setting the rotation angle φ to the angle φ B , an X-ray spectrum reflecting the C—O bond can be obtained. In this way, information on the xy plane of the sample S can be obtained by changing the rotation angle φ of the sample S and acquiring an X-ray spectrum for each rotation angle φ.
上述したように、斜出射角度θを、斜出射条件を満たす角度とすることによって、高い位置分解能が得られる。例えば、斜出射角度θを、斜出射条件を満たす角度とすることによって、ｘｙ面内において、原子レベルの構造の情報が得られる。 As described above, high positional resolution can be obtained by setting the oblique emission angle θ to an angle that satisfies the oblique emission condition. For example, by setting the oblique emission angle θ to an angle that satisfies the oblique emission condition, information on the structure at the atomic level can be obtained in the xy plane.
１．２．２． 試料のｚ方向の分析
次に、試料Ｓのｚ方向の分析について説明する。図１５は、軟Ｘ線分光装置１００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
1.2.2. Analysis of the sample in the z direction Next, analysis of the sample S in the z direction will be described. FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of processing by the processing unit 710 of the soft X-ray spectrometer 100.
まず、ユーザーが操作部７２０を介して測定条件を入力すると、測定制御部７１２は、入力された測定条件を受け付ける（Ｓ１００）。測定条件は、例えば、取得するＸ線スペクトルの数ｎ、斜出射角度θを変更するときの角度ステップ、加速電圧などの条件を含む。 First, when the user inputs measurement conditions via the operation unit 720, the measurement control unit 712 receives the input measurement conditions (S100). The measurement conditions include, for example, the number n of X-ray spectra to be acquired, the angular step when changing the oblique emission angle θ, the acceleration voltage, and other conditions.
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θが斜出射条件を満たす角度となるように、試料Ｓの傾斜角度を設定する（Ｓ１０２）。 Next, the measurement control unit 712 sets the inclination angle of the sample S so that the oblique emission angle θ satisfies the oblique emission condition (S102).
例えば、測定制御部７１２は、イメージセンサー６０でＸ線の強度をモニターしながら、試料ステージ２０に試料Ｓの傾斜角度を変更させて、試料Ｓの表面Ｆで発生するＸ線の強度が最大となる試料Ｓの傾斜角度を探す。そして、このＸ線の強度が最大となる試料Ｓの傾斜角度を、斜出射角度θが斜出射条件を満たす角度となる傾斜角度として設定する。 For example, while monitoring the intensity of X-rays with the image sensor 60, the measurement control unit 712 causes the sample stage 20 to change the inclination angle of the sample S, so that the intensity of the X-rays generated on the surface F of the sample S is maximized. Find the inclination angle of the sample S. Then, the inclination angle of the sample S at which the intensity of this X-ray becomes maximum is set as the inclination angle at which the oblique emission angle θ satisfies the oblique emission condition.
なお、ここでは、イメージセンサー６０でＸ線の強度をモニターする場合について説明したが、エネルギー分散型Ｘ線検出器（ＥＤＳ検出器）でＸ線の強度をモニターしてもよい。例えば、ＥＤＳ検出器がイメージセンサー６０と同じＸ線の取り出し角となるように装着されていれば、ＥＤＳ検出器で試料Ｓの傾斜角度を決定した後に、回転機構２４で試料Ｓを回転させて、試料Ｓをイメージセンサー６０の方向に向ければよい。 Although the case where the intensity of X-rays is monitored by the image sensor 60 has been described here, the intensity of X-rays may be monitored by an energy dispersive X-ray detector (EDS detector). For example, if the EDS detector is installed so that the X-ray extraction angle is the same as that of the image sensor 60, after determining the inclination angle of the sample S with the EDS detector, the sample S is rotated with the rotation mechanism 24. , the sample S may be directed toward the image sensor 60.
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θを、処理Ｓ１０２で設定された斜出射角度（
第１斜出射角度θ１）として、Ｘ線スペクトル（第１Ｘ線スペクトル）を取得するための測定を行う（Ｓ１０４）。
Next, the measurement control unit 712 converts the oblique emission angle θ to the oblique emission angle (
Measurement is performed to obtain an X-ray spectrum (first X-ray spectrum) at the first oblique emission angle θ 1 ) (S104).
具体的には、測定制御部７１２は、設定された測定条件に従って、電子光学系１０に電子線を照射させる。これにより、電子線が照射されることによって試料Ｓで発生したＸ線が、Ｘ線集光ミラー４０で集光され、集光されたＸ線が回折格子５０で分光され、分光されたＸ線がイメージセンサー６０で検出される。イメージセンサー６０で取得された第１Ｘ線スペクトルは、情報処理装置７０に送られる。 Specifically, the measurement control unit 712 causes the electron optical system 10 to irradiate the electron beam according to the set measurement conditions. As a result, the X-rays generated in the sample S by being irradiated with the electron beam are focused by the X-ray condensing mirror 40, the focused X-rays are separated by the diffraction grating 50, and the separated X-rays are is detected by the image sensor 60. The first X-ray spectrum acquired by the image sensor 60 is sent to the information processing device 70.
記憶制御部７１４は、イメージセンサー６０から出力された第１Ｘ線スペクトルを、第１斜出射角度θ１の情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する（Ｓ１０５）。 The storage control unit 714 stores the first X-ray spectrum output from the image sensor 60 in the storage unit 740 in association with information about the first oblique emission angle θ 1 (S105).
次に、測定制御部７１２は、試料ステージ２０に試料Ｓを傾斜させて、斜出射角度θを測定条件で指定された角度ステップ分だけ変更する（Ｓ１０６）。これにより、斜出射角度θは、第１斜出射角度θ１から第２斜出射角度θ２に変更される。この状態で、測定制御部７１２は、Ｘ線スペクトル（第２Ｘ線スペクトル）を取得するための測定を行う（Ｓ１０８）。 Next, the measurement control unit 712 tilts the sample S on the sample stage 20 and changes the oblique emission angle θ by the angle step specified in the measurement conditions (S106). Thereby, the oblique emission angle θ is changed from the first oblique emission angle θ 1 to the second oblique emission angle θ 2 . In this state, the measurement control unit 712 performs measurement to obtain an X-ray spectrum (second X-ray spectrum) (S108).
記憶制御部７１４は、イメージセンサー６０から出力された第２Ｘ線スペクトルを、第２斜出射角度θ２の情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する（Ｓ１０９）。 The storage control unit 714 stores the second X-ray spectrum output from the image sensor 60 in the storage unit 740 in association with information on the second oblique emission angle θ 2 (S109).
斜出射角度θの変更（Ｓ１０６）、Ｘ線スペクトルの取得（Ｓ１０８）、Ｘ線スペクトルの記録（Ｓ１０９）を第ｎスペクトルが得られるまで繰り返す（Ｓ１１０）。これにより、第１～第ｎＸ線スペクトルが、第１～第ｎ斜出射角度に関連づけられて記憶部７４０に記憶される。 The process of changing the oblique exit angle θ (S106), acquiring the X-ray spectrum (S108), and recording the X-ray spectrum (S109) is repeated until the nth spectrum is obtained (S110). As a result, the first to nth X-ray spectra are stored in the memory unit 740 in association with the first to nth oblique exit angles.
次に、解析部７１６は、第１～第ｎＸ線スペクトルの各々が得られた試料Ｓの分析領域の位置を特定する（Ｓ１１２）。 Next, the analysis unit 716 specifies the position of the analysis region of the sample S from which each of the first to nth X-ray spectra was obtained (S112).
上述したように、斜出射角度θは、分析領域のｚ方向の位置に対応する。そのため、斜出射角度θに基づいて、Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置を特定できる。分析領域の位置は、各分析領域の相対的な位置関係であってもよい。 As described above, the oblique emission angle θ corresponds to the position of the analysis region in the z direction. Therefore, the position in the z direction of the analysis region where the X-ray spectrum was obtained can be specified based on the oblique emission angle θ. The position of the analysis area may be a relative positional relationship of each analysis area.
次に、解析部７１６は、第１～第ｎＸ線スペクトルに基づいて、試料Ｓの解析を行う（Ｓ１１４）。解析部７１６は、例えば、第１～第ｎＸ線スペクトルに対して、化学結合状態の解析、および定量分析を行う。解析部７１６は、例えば、第１～第ｎＸ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置と、第１～第ｎＸ線スペクトルの解析結果から、試料Ｓのｚ方向の局所的な化学結合状態の解析および定量分析を行う。 Next, the analysis unit 716 analyzes the sample S based on the first to nth X-ray spectra (S114). The analysis unit 716 performs chemical bond state analysis and quantitative analysis on the first to nth X-ray spectra, for example. For example, the analysis unit 716 determines local chemical bonds in the z-direction of the sample S based on the z-direction positions of the analysis regions where the first to n-th X-ray spectra were obtained and the analysis results of the first to n-th X-ray spectra. Perform condition analysis and quantitative analysis.
解析部７１６では、例えば、試料Ｓが結晶性を有する高分子膜である場合、分子の配向の情報を得ることができる。さらに、解析部７１６では、これらの分子の化学結合状態の解析を行うことができる。 For example, in the case where the sample S is a crystalline polymer film, the analysis unit 716 can obtain information on the orientation of molecules. Furthermore, the analysis unit 716 can analyze the chemical bonding states of these molecules.
図１６および図１７は、配向性グラファイトのＣ－Ｋスペクトルを示す図である。なお、図１６は、各スペクトルを相対強度で示しており、図１７は、各スペクトルを絶対強度で示している。図１６および図１７に示す５つのスペクトルは、斜出射角度θをＸ線の臨界角から０．５度ステップで変更して測定した。また、加速電圧は５ｋＶとした。 FIGS. 16 and 17 are diagrams showing CK spectra of oriented graphite. Note that FIG. 16 shows each spectrum in relative intensity, and FIG. 17 shows each spectrum in absolute intensity. The five spectra shown in FIGS. 16 and 17 were measured by changing the oblique emission angle θ from the X-ray critical angle in steps of 0.5 degrees. Further, the accelerating voltage was 5 kV.
図１６および図１７に示すように、配向性グラファイトの配向方向において、ｓｐ２σ軌道、ｓｐ３σ軌道、π軌道が変化する様子を捉えることができた。また、図１７に示す
各スペクトルを波形分離して、各軌道に対応するピーク強度を求めることで、電子状態の定量的な評価ができる。また、ピーク位置から、共有結合や、イオン結合などの状態がわかる。さらに、ピーク強度に基づいて、これらの結合の定量的な評価ができる。
As shown in FIGS. 16 and 17, it was possible to capture how the sp 2 σ orbit, sp 3 σ orbit, and π orbit change in the orientation direction of oriented graphite. Moreover, by waveform-separating each spectrum shown in FIG. 17 and determining the peak intensity corresponding to each orbit, it is possible to quantitatively evaluate the electronic state. Furthermore, the state of covalent bonds, ionic bonds, etc. can be determined from the peak positions. Furthermore, based on peak intensities, these bonds can be quantitatively evaluated.
１．２．３． 試料のｘｙ面内の分析
次に、試料Ｓのｘｙ面内の分析について説明する。図１８は、軟Ｘ線分光装置１００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
1.2.3. Analysis of the sample in the xy plane Next, analysis of the sample S in the xy plane will be described. FIG. 18 is a flowchart illustrating an example of processing by the processing unit 710 of the soft X-ray spectrometer 100.
まず、ユーザーが操作部７２０を介して測定条件を入力すると、測定制御部７１２は、入力された測定条件を受け付ける（Ｓ２００）。測定条件は、例えば、取得するＸ線スペクトルの数ｎ、試料Ｓの回転角度φを変更するときの角度ステップ、加速電圧などの条件を含む。 First, when the user inputs the measurement conditions via the operation unit 720, the measurement control unit 712 accepts the input measurement conditions (S200). The measurement conditions include, for example, the number n of X-ray spectra to be acquired, the angle step when changing the rotation angle φ of the sample S, the acceleration voltage, and other conditions.
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θが斜出射条件を満たす角度となるように、試料Ｓの傾斜角度を設定する（Ｓ２０２）。処理Ｓ２０２は、上述した図１５に示す処理Ｓ１０２と同様に行われる。 Next, the measurement control unit 712 sets the tilt angle of the sample S so that the oblique exit angle θ is an angle that satisfies the oblique exit condition (S202). Process S202 is performed in the same manner as process S102 shown in FIG. 15 described above.
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θを、処理Ｓ２０２で設定された斜出射角度として、Ｘ線スペクトル（第１Ｘ線スペクトル）を取得するための測定を行う（Ｓ２０４）。 Next, the measurement control unit 712 performs a measurement to obtain an X-ray spectrum (first X-ray spectrum) with the oblique exit angle θ set to the oblique exit angle set in step S202 (S204).
記憶制御部７１４は、イメージセンサー６０から出力された第１Ｘ線スペクトルを、第１回転角度φ１の情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する（Ｓ２０５）。 The storage control unit 714 stores the first X-ray spectrum output from the image sensor 60 in the storage unit 740 in association with information about the first rotation angle φ 1 (S205).
次に、測定制御部７１２は、試料ステージ２０に試料Ｓを回転させて、試料Ｓの回転角度φを測定条件で指定された角度ステップ分だけ変更する（Ｓ２０６）。これにより、試料Ｓは、第２回転角度φ２で配置される。具体的には、処理Ｓ２０２における試料Ｓの回転角度φである第１回転角度φ１から、数度程度回転させて、第２回転角度φ２とする。このとき、斜出射角度θは、処理Ｓ２０２で設定された角度とする。すなわち、処理Ｓ２０６では、斜出射角度θを変更せずに、試料Ｓの回転角度φのみを変更する。この状態で、測定制御部７１２は、Ｘ線スペクトル（第２Ｘ線スペクトル）を取得するための測定を行う（Ｓ２０８）。 Next, the measurement control unit 712 rotates the sample S on the sample stage 20 to change the rotation angle φ of the sample S by an angle step specified in the measurement conditions (S206). As a result, the sample S is positioned at a second rotation angle φ2 . Specifically, the sample S is rotated by several degrees from the first rotation angle φ1 , which is the rotation angle φ of the sample S in process S202, to the second rotation angle φ2 . At this time, the oblique exit angle θ is set to the angle set in process S202. That is, in process S206, only the rotation angle φ of the sample S is changed without changing the oblique exit angle θ. In this state, the measurement control unit 712 performs measurement to obtain an X-ray spectrum (second X-ray spectrum) (S208).
記憶制御部７１４は、イメージセンサー６０から出力された第２Ｘ線スペクトルを、第２回転角度φ２の情報に関連づけて記憶部７４０に記憶する（Ｓ２０９）。 The storage control unit 714 stores the second X-ray spectrum output from the image sensor 60 in the storage unit 740 in association with information on the second rotation angle φ 2 (S209).
試料Ｓの回転角度φの変更（Ｓ２０６）、Ｘ線スペクトルの取得（Ｓ２０８）、Ｘ線スペクトルの記録（Ｓ２０９）を、第ｎスペクトルが得られるまで繰り返す（Ｓ２１０）。これにより、第１～第ｎＸ線スペクトルが、第１～第ｎ回転角度に関連づけられて記憶部７４０に記憶される。 Changing the rotation angle φ of the sample S (S206), acquiring the X-ray spectrum (S208), and recording the X-ray spectrum (S209) are repeated until the nth spectrum is obtained (S210). As a result, the first to nth X-ray spectra are stored in the storage unit 740 in association with the first to nth rotation angles.
次に、解析部７１６は、第１～第ｎＸ線スペクトルの各々が得られた試料Ｓの分析領域の位置を特定する（Ｓ２１２）。上述したように、試料Ｓの回転角度φは、分析領域から見た検出器２の向きに対応する。 Next, the analysis unit 716 specifies the position of the analysis region of the sample S from which each of the first to nth X-ray spectra was obtained (S212). As described above, the rotation angle φ of the sample S corresponds to the orientation of the detector 2 viewed from the analysis region.
次に、解析部７１６は、第１～第ｎＸ線スペクトルに基づいて、試料Ｓの解析を行う（Ｓ２１４）。解析部７１６は、例えば、第１～第ｎＸ線スペクトルに対して、化学結合状態の解析、および定量分析を行う。解析部７１６は、例えば、第１～第ｎＸ線スペクトルを取得したときの観察方向と、第１～第ｎＸ線スペクトルの解析結果から、試料Ｓのｘｙ面内の局所的な化学結合状態の解析および定量分析を行う。 Next, the analysis unit 716 analyzes the sample S based on the first to nth X-ray spectra (S214). The analysis unit 716 performs chemical bond state analysis and quantitative analysis on the first to nth X-ray spectra, for example. For example, the analysis unit 716 analyzes the local chemical bond state in the xy plane of the sample S based on the observation direction when the first to nth X-ray spectra were acquired and the analysis results of the first to nth X-ray spectra. and perform quantitative analysis.
１．２．４． 試料の３次元の分析
次に、試料Ｓの３次元の分析について説明する。上述した試料Ｓのｚ方向の分析と試料Ｓのｘｙ面内の分析を組み合わせることで、試料Ｓの３次元分析ができる。図１９は、軟Ｘ線分光装置１００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
1.2.4. Three-dimensional analysis of sample Next, three-dimensional analysis of sample S will be explained. A three-dimensional analysis of the sample S can be performed by combining the analysis of the sample S in the z direction and the analysis of the sample S in the xy plane. FIG. 19 is a flowchart illustrating an example of processing by the processing unit 710 of the soft X-ray spectrometer 100.
まず、ユーザーが操作部７２０を介して測定条件を入力すると、測定制御部７１２は、入力された測定条件を受け付ける（Ｓ３００）。測定条件は、例えば、取得するＸ線スペクトルの数ｎ、斜出射角度θを変更するときの角度ステップ、試料Ｓの回転角度φを変更するときの角度ステップ、加速電圧などの条件を含む。 First, when the user inputs measurement conditions via the operation unit 720, the measurement control unit 712 receives the input measurement conditions (S300). The measurement conditions include, for example, the number n of X-ray spectra to be acquired, the angular step when changing the oblique emission angle θ, the angular step when changing the rotation angle φ of the sample S, and the acceleration voltage.
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θが斜出射条件を満たす角度となるように、試料Ｓの傾斜角度を設定する（Ｓ３０２）。処理Ｓ３０２は、上述した図１５に示す処理Ｓ１０２と同様に行われる。 Next, the measurement control unit 712 sets the inclination angle of the sample S so that the oblique emission angle θ satisfies the oblique emission condition (S302). Processing S302 is performed in the same manner as processing S102 shown in FIG. 15 described above.
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θを、処理Ｓ３０２で設定された斜出射角度として、試料Ｓのｘｙ面内の測定を行う（Ｓ３０４）。試料Ｓのｘｙ面内の測定は、図１８に示す処理Ｓ２０４、処理Ｓ２０５、処理Ｓ２０６、処理Ｓ２０８、処理Ｓ２０９、処理Ｓ２１０を行うことによって行われる。 Next, the measurement control unit 712 measures the sample S in the xy plane by setting the oblique emission angle θ as the oblique emission angle set in step S302 (S304). Measurement in the xy plane of the sample S is performed by performing processing S204, processing S205, processing S206, processing S208, processing S209, and processing S210 shown in FIG.
次に、測定制御部７１２は、試料ステージ２０に試料Ｓを傾斜させて、斜出射角度θを測定条件で指定された角度ステップ分だけ変更する（Ｓ３０６）。これにより、斜出射角度θは、第１斜出射角度θ１から第２斜出射角度θ２に変更される。この状態で、測定制御部７１２は、試料Ｓのｘｙ面内の測定を行う（Ｓ３０８）。これにより、第２斜出射角度θ２での試料Ｓのｘｙ面内の測定を行うことができる。 Next, the measurement control unit 712 tilts the sample S on the sample stage 20 and changes the oblique emission angle θ by the angle step specified by the measurement condition (S306). Thereby, the oblique emission angle θ is changed from the first oblique emission angle θ 1 to the second oblique emission angle θ 2 . In this state, the measurement control unit 712 measures the sample S in the xy plane (S308). Thereby, it is possible to measure the sample S in the xy plane at the second oblique emission angle θ 2 .
斜出射角度θの変更（Ｓ３０６）、試料Ｓのｘｙ面内の測定（Ｓ３０８）を第ｎ斜出射角度での試料Ｓのｘｙ面内での測定が行われるまで繰り返す（Ｓ３１０）。これにより、第１～第ｎ斜出射角度での試料Ｓのｘｙ面内の測定結果が得られる。 Changing the oblique emission angle θ (S306) and measuring the sample S in the xy plane (S308) are repeated until the measurement of the sample S in the xy plane at the nth oblique emission angle is performed (S310). As a result, measurement results of the sample S in the xy plane at the first to nth oblique emission angles are obtained.
次に、解析部７１６は、第１～第ｎ斜出射角度における試料Ｓのｘｙ面内の測定結果として得られた各Ｘ線スペクトルの分析領域および検出器２の向きを特定する（Ｓ３１２）。本処理Ｓ３１２は、上述した図１５に示す処理Ｓ１１２および図１８に示す処理Ｓ２１２と同様の手法で行われる。 Next, the analysis unit 716 identifies the analysis region and the orientation of the detector 2 for each X-ray spectrum obtained as a measurement result in the xy plane of the sample S at the first to nth oblique exit angles (S312). This process S312 is performed in the same manner as the process S112 shown in FIG. 15 and the process S212 shown in FIG. 18 described above.
次に、解析部７１６は、第１～第ｎ斜出射角度での試料Ｓのｘｙ面内の測定結果として得られた各Ｘ線スペクトルに基づいて、試料Ｓの解析を行う（Ｓ３１４）。本処理Ｓ３１４は、上述した図１５に示す処理Ｓ１１４および図１８に示す処理Ｓ２１４と同様の手法で行われる。この結果、試料Ｓの３次元の構造の情報を得ることができる。軟Ｘ線分光装置１００では、例えば、３次元フラッシュメモリなどの微細な３次元構造体について、３次元の構造の情報を容易に得ることができる。 Next, the analysis unit 716 analyzes the sample S based on each of the X-ray spectra obtained as the measurement results in the xy plane of the sample S at the first to nth oblique emission angles (S314). This process S314 is performed in the same manner as the process S114 shown in FIG. 15 and the process S214 shown in FIG. 18 described above. As a result, information on the three-dimensional structure of the sample S can be obtained. The soft X-ray spectrometer 100 can easily obtain three-dimensional structure information for a fine three-dimensional structure such as a three-dimensional flash memory, for example.
なお、上記では、斜出射角度θを変更するごとに、試料Ｓのｘｙ面内の測定を行う場合について説明したが、試料Ｓの回転角度φを変更するごとに、試料Ｓのｚ方向の測定を行ってもよい。 In addition, in the above, the case where the measurement in the xy plane of the sample S is performed every time the oblique emission angle θ is changed, but the measurement in the z direction of the sample S is performed every time the rotation angle φ of the sample S is changed. You may do so.
１．３． 作用効果
軟Ｘ線分光装置１００では、試料ステージ２０は、斜出射角度θが可変となるように試料Ｓを傾斜させる傾斜機構２２を有し、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、Ｘ線スペクトルを取得したときの斜出射角度θの情報に関連付けて記憶部７４０に記憶する。
1.3. Effects and Effects In the soft X-ray spectrometer 100, the sample stage 20 has a tilting mechanism 22 that tilts the sample S so that the oblique emission angle θ is variable, and the memory control unit 714 stores the X-ray spectrum in the memory unit 740 in association with information on the oblique emission angle θ when the X-ray spectrum was acquired.
斜出射角度θは、Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置に対応する。したがって、軟Ｘ線分光装置１００では、取得したＸ線スペクトルと、当該Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置とが関連づけられたデータを得ることができる。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓのｚ方向の解析を容易に行うことができる。 The oblique emission angle θ corresponds to the position in the z direction of the analysis region where the X-ray spectrum was obtained. Therefore, the soft X-ray spectrometer 100 can obtain data in which the acquired X-ray spectrum is associated with the position in the z direction of the analysis region where the X-ray spectrum was acquired. Therefore, the soft X-ray spectrometer 100 can easily analyze the sample S in the z direction.
軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓで発生したＸ線を回折格子５０で分光し、分光されたＸ線をイメージセンサー６０で検出してＸ線スペクトルを取得する。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓを薄片化する必要がなく、試料Ｓをバルクの状態で測定することができる。このように、軟Ｘ線分光装置１００では、バルクの試料Ｓであっても、透過電子顕微鏡と同様の高分解能の分析が可能である。 In the soft X-ray spectrometer 100, the X-rays generated in the sample S are separated into spectra by the diffraction grating 50, and the separated X-rays are detected by the image sensor 60 to obtain an X-ray spectrum. Therefore, in the soft X-ray spectrometer 100, there is no need to slice the sample S, and the sample S can be measured in a bulk state. In this way, the soft X-ray spectrometer 100 can perform high-resolution analysis similar to that of a transmission electron microscope, even on a bulk sample S.
また、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓで発生したＸ線を回折格子５０で分光し、分光されたＸ線をイメージセンサー６０で検出してＸ線スペクトルを取得する。そのため、短時間で、Ｘ線スペクトル全体を取得できる。したがって、軟Ｘ線分光装置１００では、例えば、微小領域の組成分析だけでなく、微小領域の化学結合状態の分析も可能である。 In addition, in the soft X-ray spectroscopy device 100, the X-rays generated in the sample S are dispersed by the diffraction grating 50, and the dispersed X-rays are detected by the image sensor 60 to obtain an X-ray spectrum. Therefore, the entire X-ray spectrum can be obtained in a short time. Therefore, in the soft X-ray spectroscopy device 100, for example, not only composition analysis of a micro-area, but also analysis of the chemical bond state of a micro-area is possible.
軟Ｘ線分光装置１００では、解析部７１６が斜出射角度θの情報に基づいて、Ｘ線スペクトルが得られた試料Ｓの分析領域のｚ方向の位置情報を取得する。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置を特定できる。 In the soft X-ray spectrometer 100, the analysis unit 716 acquires position information in the z direction of the analysis region of the sample S from which the X-ray spectrum was obtained, based on the information on the oblique emission angle θ. Therefore, in the soft X-ray spectrometer 100, the position in the z direction of the analysis region where the X-ray spectrum was obtained can be specified.
軟Ｘ線分光装置１００では、試料ステージ２０は、試料Ｓの表面Ｆに垂直な軸Ｐを回転軸として試料Ｓを回転させる第２回転機構２４ｂを有している。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓの回転角度φを変更できる。 In the soft X-ray spectrometer 100, the sample stage 20 has a second rotation mechanism 24b that rotates the sample S around an axis P perpendicular to the surface F of the sample S. Therefore, in the soft X-ray spectrometer 100, the rotation angle φ of the sample S can be changed.
軟Ｘ線分光装置１００では、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、Ｘ線スペクトルを取得したときの試料Ｓの回転角度φの情報に関連付けて記憶部７４０に記憶する。試料Ｓの回転角度φは、分析領域から見た検出器２の向き、すなわち、分析領域の観察方向（観察方位）に対応する。したがって、軟Ｘ線分光装置１００では、取得したＸ線スペクトルと、当該Ｘ線スペクトルが得られた分析領域の観察方向とが関連づけられたデータを得ることができる。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓのｘｙ面内の解析を容易に行うことができる。 In the soft X-ray spectrometer 100, the storage control unit 714 stores the X-ray spectrum in the storage unit 740 in association with information about the rotation angle φ of the sample S at the time the X-ray spectrum was acquired. The rotation angle φ of the sample S corresponds to the direction of the detector 2 viewed from the analysis region, that is, the observation direction (observation direction) of the analysis region. Therefore, the soft X-ray spectrometer 100 can obtain data in which the acquired X-ray spectrum is associated with the observation direction of the analysis region where the X-ray spectrum was acquired. Therefore, the soft X-ray spectrometer 100 can easily analyze the sample S in the xy plane.
軟Ｘ線分光装置１００では、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、Ｘ線スペクトルを取得したときの斜出射角度θの情報および試料Ｓの回転角度φの情報に関連付けて記憶部７４０に記憶する。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、取得したＸ線スペクトルと、当該Ｘ線スペクトルが得られた分析領域のｚ方向の位置および観察方向の情報と、が関連づけられたデータを得ることができる。そのため、軟Ｘ線分光装置１００では、試料Ｓの３次元の解析を容易に行うことができる。 In the soft X-ray spectrometer 100, the storage control unit 714 stores the X-ray spectrum in the storage unit 740 in association with information on the oblique emission angle θ and information on the rotation angle φ of the sample S when the X-ray spectrum was acquired. do. Therefore, the soft X-ray spectrometer 100 can obtain data in which an acquired X-ray spectrum is associated with information about the position in the z direction and observation direction of the analysis region where the X-ray spectrum was acquired. Therefore, the soft X-ray spectrometer 100 can easily perform three-dimensional analysis of the sample S.
軟Ｘ線分光装置１００における分析方法は、斜出射角度θを第１斜出射角度θ１として第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、斜出射角度θを第１斜出射角度θ１とは異なる第２斜出射角度θ２として第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、第１Ｘ線スペクトルおよび第２Ｘ線スペクトルに基づいて試料Ｓのｚ方向の情報を求める工程と、を含む。 The analysis method in the soft X-ray spectrometry device 100 includes the steps of acquiring a first X-ray spectrum by setting the oblique exit angle θ to a first oblique exit angle θ1 , acquiring a second X-ray spectrum by setting the oblique exit angle θ to a second oblique exit angle θ2 different from the first oblique exit angle θ1, and determining information in the z direction of the sample S based on the first X-ray spectrum and the second X-ray spectrum.
そのため、軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、試料Ｓのｚ方向の情報を得ることができる。また、軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、試料Ｓを薄片化する必要がなく、試料Ｓをバルクの状態で測定することができる。 Therefore, with the analysis method in the soft X-ray spectrometer 100, information on the z-direction of the sample S can be obtained. Further, in the analysis method in the soft X-ray spectrometer 100, there is no need to slice the sample S, and the sample S can be measured in a bulk state.
軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程にお
いて、第１斜出射角度θ１を、試料Ｓで発生したＸ線が試料Ｓの表面Ｆで全反射する角度とする。そのため、ｚ方向において高い位置分解能を得ることができる。
In the analysis method in the soft X-ray spectrometer 100, in the step of acquiring the first X-ray spectrum, the first oblique emission angle θ 1 is set as the angle at which the X-rays generated in the sample S are totally reflected on the surface F of the sample S. . Therefore, high positional resolution can be obtained in the z direction.
軟Ｘ線分光装置１００における分析方法は、試料Ｓの表面Ｆに垂直な軸Ｐを回転軸とし試料Ｓを第１回転角度φ１に配置して、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、試料Ｓを第１回転角度φ１とは異なる第２回転角度φ２に配置して、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、第１Ｘ線スペクトルおよび第２Ｘ線スペクトルに基づいて試料Ｓのｘｙ面内の情報を求める工程と、を含む。 The analysis method in the soft X-ray spectrometer 100 includes the steps of arranging the sample S at a first rotation angle φ 1 with the axis P perpendicular to the surface F of the sample S as the rotation axis to obtain a first X-ray spectrum; obtaining a second X-ray spectrum by arranging S at a second rotation angle φ 2 different from the first rotation angle φ 1 ; and a step of requesting information on the information.
そのため、軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、試料Ｓのｘｙ面内の情報を得ることができる。また、軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、試料Ｓを薄片化する必要がなく、試料Ｓをバルクの状態で測定することができる。 Therefore, the analysis method in the soft X-ray spectrometer 100 can obtain information in the xy plane of the sample S. Furthermore, the analysis method in the soft X-ray spectrometer 100 does not require the sample S to be sliced, and the sample S can be measured in a bulk state.
軟Ｘ線分光装置１００における分析方法では、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程および第２Ｘ線スペクトルを取得する工程において、斜出射角度θを、試料Ｓで発生したＸ線が試料Ｓの表面Ｆで全反射する角度に設定する。そのため、ｘｙ面内において高い位置分解能が得られる。 In the analysis method in the soft X-ray spectrometer 100, in the step of acquiring the first X-ray spectrum and the step of acquiring the second X-ray spectrum, the oblique emission angle θ is set so that the X-rays generated in the sample S reach the surface F of the sample S. Set the angle for total reflection. Therefore, high positional resolution can be obtained in the xy plane.
２． 第２実施形態
２．１． 軟Ｘ線分光装置
図２０は、第２実施形態に係る軟Ｘ線分光装置２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る軟Ｘ線分光装置２００において、第１実施形態に係る軟Ｘ線分光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
2. Second embodiment 2.1. Soft X-ray spectrometer FIG. 20 is a diagram showing the configuration of a soft X-ray spectrometer 200 according to the second embodiment. Hereinafter, in the soft X-ray spectrometer 200 according to the second embodiment, members having the same functions as the constituent members of the soft X-ray spectrometer 100 according to the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be given. The explanation will be omitted.
上述した図１に示す軟Ｘ線分光装置１００では、斜出射角度θを変化させる可変機構が、試料ステージ２０の傾斜機構２２であった。これに対して、第２実施形態に係る軟Ｘ線分光装置２００では、斜出射角度θを変化させる可変機構が、電子光学系１０の偏向器１２である。 In the soft X-ray spectrometer 100 shown in FIG. 1 described above, the variable mechanism for changing the oblique emission angle θ is the tilting mechanism 22 of the sample stage 20. In contrast, in the soft X-ray spectrometer 200 according to the second embodiment, the variable mechanism that changes the oblique emission angle θ is the deflector 12 of the electron optical system 10.
図２１は、軟Ｘ線分光装置２００において、斜出射角度θを変更する手法を説明するための図である。 FIG. 21 is a diagram for explaining a method of changing the oblique emission angle θ in the soft X-ray spectrometer 200.
軟Ｘ線分光装置２００では、図２１に示すように、試料Ｓに照射される電子線を偏向させることによって、斜出射角度θを変化させる。 In the soft X-ray spectrometer 200, as shown in FIG. 21, the oblique emission angle θ is changed by deflecting the electron beam irradiated onto the sample S.
なお、軟Ｘ線分光装置２００の構成は、上述した図１に示す軟Ｘ線分光装置１００と同様である。また、軟Ｘ線分光装置２００の情報処理装置７０の構成は、図５に示す軟Ｘ線分光装置１００の情報処理装置７０の構成と同様である。 Note that the configuration of the soft X-ray spectrometer 200 is similar to the soft X-ray spectrometer 100 shown in FIG. 1 described above. Further, the configuration of the information processing device 70 of the soft X-ray spectrometer 200 is similar to the configuration of the information processing device 70 of the soft X-ray spectrometer 100 shown in FIG.
２．２． 分析方法
２．２．１． 原理
図２２は、電子線を偏向させることで、斜出射角度θを変更する様子を説明するための図である。
2.2. Analysis method 2.2.1. Principle FIG. 22 is a diagram for explaining how the oblique emission angle θ is changed by deflecting the electron beam.
試料ステージ２０の傾斜を固定して、電子線を偏向させることによって、Ｘ線の取り出し角αを変化させることができる。これにより、斜出射角度θを変更できる。観察倍率を低くするほど、斜出射角度θを大きく変化させることができる。 By fixing the inclination of the sample stage 20 and deflecting the electron beam, the take-off angle α of the X-rays can be changed. This allows the oblique exit angle θ to be changed. The lower the observation magnification, the greater the change in the oblique exit angle θ can be.
試料ステージ２０の中心Ｏ（試料ステージ２０上において、電子光学系１０の光軸と交
わる点）からｋｍｍ（ｋは任意の整数）の位置における斜出射角度θｋは、次式で表される。
The oblique emission angle θk at a position km (k is any integer) from the center O of the sample stage 20 (the point on the sample stage 20 that intersects with the optical axis of the electron optical system 10) is expressed by the following equation.
θｋ＝αｎｋ－β
αｎｋ＝ａｒｃｔａｎ（ｋ×ｔａｎβ）＋Ｄ×ｓｉｎα／ｋ＋Ｄ×ｃｏｓα
ただし、αｎｋは、中心Ｏからｋｍｍの位置におけるＸ線の取り出し角であり、αは、中心ＯにおけるＸ線の取り出し角であり、βは、試料Ｓの表面Ｆの傾斜角度であり、Ｄは中心Ｏと検出器２との間の距離である。
θk=α nk −β
α nk = arctan(k×tanβ)+D×sinα/k+D×cosα
However, α nk is the X-ray extraction angle at a position km from the center O, α is the X-ray extraction angle at the center O, β is the inclination angle of the surface F of the sample S, and D is the distance between the center O and the detector 2.
２．２．２． ライン分析
軟Ｘ線分光装置２００において、試料Ｓ上で電子線を直線状に走査する（ライン分析）ことによって、斜出射角度θを微小な角度ステップで精度よく変化させることができる。
2.2.2. Line Analysis In the soft X-ray spectrometer 200, by linearly scanning the electron beam over the sample S (line analysis), the oblique emission angle θ can be changed with high precision in minute angular steps.
例えば、観察倍率５０倍で中心Ｏでの作動距離が１１ｍｍの場合、電子線を直線状に走査すると約２．４ｍｍの長さを走査することになる。傾斜角度βを３４度、観察倍率５０倍で２０点のデータを取得する場合、各分析点での斜出射角度θは、図２３に示す表のようになる。 For example, when the observation magnification is 50 times and the working distance at the center O is 11 mm, when the electron beam is scanned in a straight line, it will scan a length of about 2.4 mm. When acquiring data at 20 points with an inclination angle β of 34 degrees and an observation magnification of 50 times, the oblique emission angle θ at each analysis point is as shown in the table shown in FIG. 23.
このように、電子線を偏向して斜出射角度θを変化させることによって、試料ステージ２０を用いて斜出射角度θを変化させる場合と比べて、斜出射角度θを微小な角度ステップで精度よく変化させることができる。 In this way, by changing the oblique emission angle θ by deflecting the electron beam, the oblique emission angle θ can be changed with high accuracy in minute angular steps compared to the case where the oblique emission angle θ is changed using the sample stage 20. It can be changed.
２．２．３． マップ分析
上記では、ライン分析を行った場合について説明したが、試料Ｓの面内を走査するマップ分析を行ってもよい。マップ分析では、電子線で試料Ｓ上の分析対象領域を走査し、当該分析対象領域内の各分析点（ピクセル）におけるＸ線スペクトルを取得する（スペクトルマップ）。各分析点のＸ線スペクトルから、所望の元素のＸ線強度の情報を得ることができる。また、マップ分析では、各分析点における斜出射角度θを、互いに異ならせることができる。そのため、マップ分析で得られたマップから、斜出射角度θが互いに異なる複数のＸ線スペクトルを得ることができる。
2.2.3. Map analysis Although the above describes the case where line analysis is performed, map analysis may be performed to scan the surface of the sample S. In map analysis, an electron beam is used to scan an area to be analyzed on the sample S, and an X-ray spectrum is obtained at each analysis point (pixel) in the area to be analyzed (spectrum map). From the X-ray spectrum at each analysis point, information on the X-ray intensity of a desired element can be obtained. Furthermore, in map analysis, the oblique exit angle θ at each analysis point can be made different from one another. Therefore, from the map obtained by map analysis, multiple X-ray spectra with different oblique exit angles θ can be obtained.
図２４は、試料Ｓのマップ分析の結果を示す図である。図２４では、Ｓｉウエハ上に形成された約１０ｎｍの膜厚のＳｉ３Ｎ４膜を分析した結果である。なお、図２４に示す各マップの横方向は、検出器２を向く方向であり、縦方向は、検出器２を向く方向に対して垂直な方向である（図２７参照）。マップ分析の測定条件は、上述したライン分析の測定条件と同様である。 FIG. 24 is a diagram showing the results of map analysis of sample S. FIG. 24 shows the results of analyzing a Si 3 N 4 film with a thickness of about 10 nm formed on a Si wafer. Note that the horizontal direction of each map shown in FIG. 24 is a direction toward the detector 2, and the vertical direction is a direction perpendicular to the direction toward the detector 2 (see FIG. 27). The measurement conditions for the map analysis are similar to those for the line analysis described above.
図２４に示すＯ－Ｋマップは、酸素のＫ線の強度の分布を示し、Ｎ－Ｋマップは、窒素のＫ線の強度の分布を示し、Ｓｉ－Ｌは、シリコンのＬ線の強度の分布を示している。 The OK map shown in FIG. 24 shows the distribution of the K-line intensity of oxygen, the NK map shows the distribution of the K-line intensity of nitrogen, and the Si-L shows the distribution of the intensity of the L-line of silicon. It shows the distribution.
図２５は、図２４に示すＮ－Ｋマップから抽出したスペクトルを示す図である。図２５では、Ｎ－Ｋマップに示す横方向に並ぶ３点（Ｎｏ．１、Ｎｏ．２，Ｎｏ．３）のスペクトルを示している。 FIG. 25 is a diagram showing a spectrum extracted from the NK map shown in FIG. 24. FIG. 25 shows spectra of three points (No. 1, No. 2, No. 3) arranged in the horizontal direction on the NK map.
図２５に示すように、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に強度が下がっているが、この順で分解能が向上する。例えば、Ｎｏ．３のスペクトルでは、サブピーク（Ｎ＿ｂａｎｄ２）が明瞭に確認できる。これは、図２４に示すＮ－Ｋマップでは、左から右に行くほど斜出射角度θが大きくなるためである。具体的には、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に斜出射角度θが大きくなるため、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に、Ｓｉ３Ｎ４膜内を通過するＸ線の距離が短くなる。この結果、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に
、Ｘ線強度が下がる。さらに、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３の順に、ｚ方向（結晶成長方向）に敏感になり、分解能が向上する。
As shown in FIG. 1.No. 2.No. Although the intensity decreases in the order of 3, the resolution improves in this order. For example, No. In the spectrum of No. 3, the sub-peak (N_band2) can be clearly seen. This is because in the NK map shown in FIG. 24, the oblique emission angle θ increases from left to right. Specifically, No. 1.No. 2.No. Since the oblique emission angle θ increases in the order of No. 3, No. 1.No. 2.No. In the order of 3, the distance of X-rays passing through the Si 3 N 4 film becomes shorter. As a result, No. 1.No. 2.No. The X-ray intensity decreases in the order of 3. Furthermore, No. 1.No. 2.No. In the order of 3, the sensitivity becomes higher in the z direction (crystal growth direction) and the resolution improves.
図２６は、Ｎ－Ｋマップから抽出したスペクトルを示す図である。図２６では、Ｎ－Ｋマップの縦方向に並ぶ４点（Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ，６、Ｎｏ．７）のスペクトルを示している。 Figure 26 shows the spectrum extracted from the N-K map. Figure 26 shows the spectra of four points (No. 4, No. 5, No. 6, No. 7) lined up vertically in the N-K map.
Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ，６、Ｎｏ．７のスペクトルを比較すると、ピークのシフトが確認できる。このシフトは、試料Ｓの表面Ｆの高さの変化、すなわち、作動距離の変化を示している。このような作動距離の変化は、試料Ｓの表面Ｆが傾斜していることを示唆している。 No. 4.No. 5, No. 6, No. Comparing the spectra of No. 7, a shift in the peak can be confirmed. This shift indicates a change in the height of the surface F of the sample S, that is, a change in the working distance. Such a change in the working distance suggests that the surface F of the sample S is inclined.
このように、マップ分析を行い、マップの縦方向および横方向など、様々な方向について分析を行うことによって、その方向における結晶成長の傾向や、結晶構造の変化を知ることができる。また、試料Ｓの表面Ｆの傾斜によるスペクトルの変化を観察できる。 In this way, by performing map analysis in various directions such as the vertical and horizontal directions of the map, it is possible to know the tendency of crystal growth and changes in the crystal structure in those directions. Furthermore, changes in the spectrum due to the inclination of the surface F of the sample S can be observed.
図２７は、マップ分析の各分析点と検出器２の位置関係を示す図である。 Figure 27 shows the positional relationship between each analysis point in the map analysis and the detector 2.
図２４に示すマップの各分析点（ピクセル）の斜出射角度θは、試料Ｓの表面Ｆを表す式ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０と、検出器２の検出点（ｐ，ｑ，ｒ）と各分析点を含む平面ｅｘ＋ｆｙ＋ｊ＝０と、から算出できる。表面Ｆを表す式は、例えば、分析領域の４つの端点（Ｅ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｅ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｅ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、Ｅ４（ｘ４，ｙ４，ｚ４））から算出できる。 The oblique emission angle θ of each analysis point (pixel) on the map shown in FIG. It can be calculated from the containing plane ex+fy+j=0. The expression representing the surface F is, for example, the four end points of the analysis area (E1 (x 1 , y 1 , z 1 ), E2 (x 2 , y 2 , z 2 ), E3 (x 3 , y 3 , z 3 ), E4(x 4 , y 4 , z 4 )).
図２７では、任意の分析点Ｐ（Ｘｍ，Ｙｎ，Ｚｏ）でのＸ線の取り出し角αはαＸｍＹｎＺｏで表され、斜出射角度θはθＸｍＹｎＺｏで表され、Ｘ線強度ＩはＩαＸｍＹｎＺｏで表される。 In FIG. 27, the X-ray extraction angle α at any analysis point P (Xm, Yn, Zo) is represented by α XmYnZo , the oblique emission angle θ is represented by θ XmYnZo , and the X-ray intensity I is I αXmYnZo . expressed.
ここで、第１回転機構２４ａを用いて試料Ｓを回転させると、試料Ｓの表面Ｆにおける任意の分析点Ｐ（Ｘｍ，Ｙｎ，Ｚｏ）でのＸ線の取り出し角αおよび斜出射角度θが大きく変化する。これにより、図２６で示したようなピークのシフトがより明確になり、ピークのシフトの観察が容易になる。このピークのシフトは、第１回転機構２４ａを用いて試料Ｓを回転させることによって、試料Ｓの表面Ｆの高さ（すなわち作動距離）が変化することで生じる。例えば、第１回転機構２４ａによる試料Ｓの回転角度の変更と、マップ分析と、を繰り返すことで、回転角度ごとにマップを得ることができる。また、例えば、第１回転機構２４ａによる試料Ｓの回転角度の変更と、分析点Ｐでのスペクトルの取得と、を繰り返すことで、回転角度ごとに分析点Ｐにおけるスペクトルを取得してもよい。また、記憶制御部７１４は、Ｘ線スペクトルを、Ｘ線スペクトルを取得したときの試料Ｓの回転角度の情報に関連付けて記憶部７４０に記憶する。 Here, when the sample S is rotated using the first rotation mechanism 24a, the extraction angle α and the oblique emission angle θ of the X-ray at an arbitrary analysis point P (Xm, Yn, Zo) on the surface F of the sample S are Changes greatly. This makes the peak shift as shown in FIG. 26 more clear and makes it easier to observe the peak shift. This peak shift occurs because the height (that is, the working distance) of the surface F of the sample S changes by rotating the sample S using the first rotation mechanism 24a. For example, by repeating changing the rotation angle of the sample S by the first rotation mechanism 24a and map analysis, a map can be obtained for each rotation angle. Further, for example, by repeating changing the rotation angle of the sample S by the first rotation mechanism 24a and acquiring the spectrum at the analysis point P, a spectrum at the analysis point P may be acquired for each rotation angle. Furthermore, the storage control unit 714 stores the X-ray spectrum in the storage unit 740 in association with information about the rotation angle of the sample S at the time the X-ray spectrum was acquired.
２．２．４． 膜厚および質量吸収係数の解析
各分析点におけるＸ線強度Ｉは、標準試料のＸ線強度をＩ０、質量吸収係数をμ、密度ρ、膜厚ｔ（ｃｍ）、斜出射角度θとすると、次式（１）で表される。
2.2.4. Analysis of film thickness and mass absorption coefficient The X-ray intensity I at each analysis point is given by I 0 is the X-ray intensity of the standard sample, μ is the mass absorption coefficient, density ρ, film thickness t (cm), and oblique emission angle θ. , is expressed by the following equation (1).
Ｉ＝Ｉ０×ｅｘｐ（－μ／ρ）×ρ×ｔ×ｃｏｓｅｃθ ・・・（１） I=I 0 ×exp(-μ/ρ)×ρ×t×cosecθ...(1)
例えば、図２４に示すＳｉ－ＬマップのＸ線強度Ｉのデータおよび標準試料のＸ線強度Ｉ０から、上記式（１）で膜厚を算出すると、図２８に示す結果が得られる。図２８に示すＸ線強度Ｉは、図２４に示すＳｉ－Ｌマップの中心のＸ線強度と、中心から左側の１０点のＸ線強度である。なお、密度ρが不確かな場合には、面密度ρｔとして表してもよい
。
For example, if the film thickness is calculated using the above equation (1) from the data of the X-ray intensity I of the Si-L map shown in FIG. 24 and the X-ray intensity I 0 of the standard sample, the result shown in FIG. 28 is obtained. The X-ray intensity I shown in FIG. 28 is the X-ray intensity at the center of the Si-L map shown in FIG. 24 and the X-ray intensity at 10 points to the left of the center. Note that if the density ρ is uncertain, it may be expressed as a surface density ρt.
上記では、窒素のピーク全体の強度を用いて、膜厚を算出したが、各バンドのピークの強度を用いて、膜厚を算出してもよい。この場合、Ｎ＿ｂａｎｄ１、Ｎ＿ｂａｎｄ２、Ｎ＿ｂａｎｄ３の各々の膜厚を知ることができる。そのため、窒素のバンド（化学結合状態）ごとの膜厚の分布を知ることができる。 In the above, the film thickness was calculated using the intensity of the entire nitrogen peak, but the film thickness may be calculated using the intensity of the peak of each band. In this case, the film thicknesses of each of N_band1, N_band2, and N_band3 can be known. Therefore, it is possible to know the film thickness distribution for each nitrogen band (chemical bond state).
さらに、密度ρ、膜厚ｔなどが既知であれば、上記式（１）を用いて、質量吸収係数μの評価を行うことができる。 Furthermore, if the density ρ, film thickness t, etc. are known, the mass absorption coefficient μ can be evaluated using the above equation (1).
２．２．５． 薄膜の分析
図２９は、膜厚３ｎｍのカーボン薄膜上で電子線を走査して測定を行った結果を説明するための図である。図２９には、分析点Ｐ１、分析点Ｐ２、分析点Ｐ３における炭素のＫ吸収端領域のスペクトル（Ｃ－Ｋスペクトル）を示している。なお、分析点Ｐ１が最も斜出射角度θが小さく、分析点Ｐ３が最も斜出射角度θが大きい。
2.2.5. Analysis of Thin Film FIG. 29 is a diagram for explaining the results of measurements performed by scanning an electron beam on a carbon thin film with a thickness of 3 nm. FIG. 29 shows the spectrum (CK spectrum) of the K absorption edge region of carbon at analysis point P1, analysis point P2, and analysis point P3. Note that the analysis point P1 has the smallest oblique emission angle θ, and the analysis point P3 has the largest oblique emission angle θ.
分析点Ｐ１では、斜出射角度θが小さいため、Ｘ線が薄膜を通過する距離が長い。そのため、低エネルギーのσ結合が吸収される。そのため、分析点Ｐ１で得られたスペクトルでは、π結合を反映したピークが強く表れる。分析点Ｐ３では、斜出射角度θが大きいため、Ｘ線が薄膜を通過する距離が短い。そのため、分析点Ｐ３で得られたスペクトルでは、分析点Ｐ１で得られたスペクトルと比べて、σ結合を反映したピークが強く表れる。この効果は、膜厚が薄いほど大きい。したがって、得られたスペクトルにおいて、σ結合成分とπ結合成分の強度の割合から、膜厚を算出することができる。 At the analysis point P1, since the oblique emission angle θ is small, the distance that the X-rays pass through the thin film is long. Therefore, low energy σ bonds are absorbed. Therefore, in the spectrum obtained at the analysis point P1, a peak reflecting the π bond appears strongly. At the analysis point P3, since the oblique emission angle θ is large, the distance that the X-rays pass through the thin film is short. Therefore, in the spectrum obtained at the analysis point P3, a peak reflecting the σ bond appears more strongly than in the spectrum obtained at the analysis point P1. This effect is greater as the film thickness becomes thinner. Therefore, in the obtained spectrum, the film thickness can be calculated from the ratio of the intensities of the σ-coupled component and the π-coupled component.
図３０は、カーボン薄膜上で電子線を走査して測定を行って得られたスペクトルを示している。図３０に示すように、斜出射角度θが大きいほど、σ結合を反映したピークが強く表れる。また、斜出射角度θが大きいほど、Ｘ線強度が大きい。 FIG. 30 shows a spectrum obtained by scanning an electron beam on a carbon thin film. As shown in FIG. 30, the larger the oblique emission angle θ, the stronger the peak reflecting the σ coupling appears. Furthermore, the larger the oblique emission angle θ, the greater the X-ray intensity.
上記のように、電子線を走査して斜出射角度θを変化させることによって、斜出射角度θを変化させたときのＸ線の強度の変化や波形の変化を効率よく検出できる。これらの結果を用いて、膜厚や構造を特定することができる。 As described above, by scanning the electron beam and changing the oblique exit angle θ, the change in X-ray intensity and waveform when the oblique exit angle θ is changed can be efficiently detected. Using these results, the film thickness and structure can be identified.
なお、試料の結晶化度も、スペクトルの波形の変化量によって算出できる。例えば、試料がアモルファスの場合、斜出射角度θを変化させても波形は変化せず、同じ波形となる。 Note that the degree of crystallinity of the sample can also be calculated based on the amount of change in the waveform of the spectrum. For example, if the sample is amorphous, the waveform remains the same even if the oblique emission angle θ is changed.
２．２．６． バルク試料の分析
図３１は、バルクの高配向性熱分解グラファイト（Highly oriented pyrolytic graphite、ＨＯＰＧ）上で電子線を走査して測定を行って得られたスペクトルを示している。図３１には、分析点ｐ１、分析点ｐ２、分析点ｐ３で得られたスペクトルを含む。分析点ｐ１における斜出射角度をθｐ１とし、分析点ｐ２における斜出射角度をθｐ２とし、分析点ｐ３における斜出射角度をθｐ３とした場合、θｐ１＜θｐ２＜θｐ３の関係を有する。
2.2.6 Analysis of bulk samples Figure 31 shows a spectrum obtained by scanning an electron beam on bulk highly oriented pyrolytic graphite (HOPG). Figure 31 includes spectra obtained at analysis points p1, p2, and p3. If the oblique exit angle at analysis point p1 is θ p1, the oblique exit angle at analysis point p2 is θ p2 , and the oblique exit angle at analysis point p3 is θ p3 , then the relationship θ p1 < θ p2 < θ p3 holds.
図３１に示すように、バルク試料では、斜出射角度θが小さいほど、Ｘ線強度が強くなる。また、バルク試料では、斜出射角度θが大きいほど、吸収効果が小さくなって、ｚ方向の情報が顕著となる。図３１に示す例では、斜出射角度θが小さい分析点ｐ３では、Ｘ線強度が小さいがπ結合を反映したピークが強く表れている。 As shown in FIG. 31, in the bulk sample, the smaller the oblique emission angle θ, the stronger the X-ray intensity. Further, in a bulk sample, the larger the oblique emission angle θ, the smaller the absorption effect becomes, and the information in the z direction becomes more prominent. In the example shown in FIG. 31, at the analysis point p3 where the oblique emission angle θ is small, the X-ray intensity is small, but a peak reflecting the π bond appears strongly.
このように、バルク試料においても、薄膜試料と同様に、電子線を走査して斜出射角度
θを変化させることによって、斜出射角度θを変化させたときのＸ線の強度の変化や波形の変化を効率よく検出できる。これらの結果を用いて、試料Ｓの構造を特定することができる。
In this way, for bulk samples as well as for thin film samples, by scanning the electron beam and changing the oblique emission angle θ, changes in X-ray intensity and waveforms can be observed when the oblique emission angle θ is changed. Changes can be detected efficiently. Using these results, the structure of sample S can be specified.
また、バルク試料と薄膜試料とでは、斜出射角度θとＸ線強度の関係が異なる。そのため、斜出射角度θを変化させて得られた複数のＸ線スペクトルから、試料Ｓがバルク試料であるか薄膜試料であるのかを判断できる。 In addition, the relationship between the oblique exit angle θ and the X-ray intensity is different for bulk samples and thin film samples. Therefore, it is possible to determine whether the sample S is a bulk sample or a thin film sample from multiple X-ray spectra obtained by changing the oblique exit angle θ.
なお、バルク試料においても、薄膜試料の場合と同様に、質量吸収係数を求めることができる。バルク試料では、薄膜試料の場合と異なり、吸収効果を無視できない。そのため、Ｘ線強度Ｉは、次式（２）で表される。 Note that the mass absorption coefficient can also be determined for a bulk sample in the same way as for a thin film sample. In bulk samples, absorption effects cannot be ignored, unlike in thin film samples. Therefore, the X-ray intensity I is expressed by the following equation (2).
ただし、φはＸ線発生関数であり、ｄは厚さであり、ρｚは質量深さであり、（μ／ρ）Ａ Ａは、元素Ａの質量吸収係数である。 where φ is the X-ray emission function, d is the thickness, ρz is the mass depth, and (μ/ρ) A A is the mass absorption coefficient of element A.
膜厚は、バルク試料では、無限大であるが、有限ではρｔと置き換えることができる。吸収効果は、ｅｘｐ（－χＡρｚ）で表され、斜出射角度θが小さいほど、吸収は大きくなる。斜出射角度θを変化させることによって、吸収効果によりＸ線強度が敏感に変化するため、斜出射角度θを変化させてスペクトルを取得することによって、吸収効果を精度よく求めることができる。 Although the film thickness is infinite in a bulk sample, it can be replaced by ρt in a finite value. The absorption effect is expressed as exp(−χ A ρz), and the smaller the oblique emission angle θ, the greater the absorption. By changing the oblique emission angle θ, the X-ray intensity changes sensitively due to the absorption effect. Therefore, by changing the oblique emission angle θ and acquiring a spectrum, the absorption effect can be determined with high accuracy.
上記式（２）を用いて、バルク試料においても、薄膜試料の場合と同様に、膜厚ｔや、質量吸収係数を求めることができる。 Using the above equation (2), the film thickness t and mass absorption coefficient can be determined for the bulk sample as well as for the thin film sample.
２．２．７． 試料表面の均質性評価
図２４に示すマップは、斜出射角度θが６度以下で測定されている。ここで、Ｓｉ－Ｌのバンドのエネルギーは約９０ｅＶであり、全反射臨界角度は２３．６度である。そのため、本来、Ｓｉは検出されないはずであるが、図２４に示すＳｉ－Ｌのマップでは、Ｓｉが検出されている箇所が見られる。これは、この箇所では、斜出射角度θが全反射臨界角度２３．６度を越えていることを意味している。すなわち、この箇所は、膜の剥がれや、凹凸などがあることを示唆している。このように、図２４に示すマップから、試料表面の均質性の評価ができる。
2.2.7. Evaluation of homogeneity of sample surface The map shown in FIG. 24 was measured with an oblique exit angle θ of 6 degrees or less. Here, the energy of the Si-L band is about 90 eV, and the total reflection critical angle is 23.6 degrees. Therefore, Si should not be detected in reality, but in the Si-L map shown in FIG. 24, there are some places where Si is detected. This means that in these places, the oblique exit angle θ exceeds the total reflection critical angle of 23.6 degrees. In other words, this suggests that there is peeling of the film or unevenness in these places. In this way, the homogeneity of the sample surface can be evaluated from the map shown in FIG. 24.
２．３． 動作
次に、軟Ｘ線分光装置２００の動作を説明する。以下では、上述したマップ分析を行う場合の動作について説明する。図３２は、軟Ｘ線分光装置２００の処理部７１０の処理の一例を示すフローチャートである。
2.3. Operation Next, the operation of the soft X-ray spectrometer 200 will be explained. Below, the operation when performing the above-mentioned map analysis will be explained. FIG. 32 is a flowchart illustrating an example of processing by the processing section 710 of the soft X-ray spectrometer 200.
まず、ユーザーが操作部７２０を介して測定条件を入力すると、測定制御部７１２は、入力された測定条件を受け付ける（Ｓ４００）。測定条件は、例えば、分析領域の位置や大きさ、分析点の数、観察倍率、加速電圧などの条件を含む。 First, when the user inputs measurement conditions via the operation unit 720, the measurement control unit 712 receives the input measurement conditions (S400). The measurement conditions include, for example, the position and size of the analysis region, the number of analysis points, observation magnification, and accelerating voltage.
次に、測定制御部７１２は、斜出射角度θが斜出射条件を満たす角度となるように、試料Ｓの傾斜角度を設定する（Ｓ４０２）。処理Ｓ４０２は、上述した図１５に示す処理Ｓ１０２と同様に行われる。 Next, the measurement control unit 712 sets the inclination angle of the sample S so that the oblique emission angle θ satisfies the oblique emission condition (S402). Processing S402 is performed in the same manner as processing S102 shown in FIG. 15 described above.
次に、測定制御部７１２は、図２７に示すように、４つの端点（Ｅ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、Ｅ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｅ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、Ｅ４（ｘ４，ｙ４，ｚ４））の座標を取得する（Ｓ４０４）。 Next, the measurement control unit 712 acquires the coordinates of the four end points (E1 ( x1 , y1 , z1 ), E2 ( x2 , y2 , z2 ) , E3 ( x3 , y3, z3 ), E4 ( x4 , y4 , z4 )) as shown in FIG. 27 (S404).
４つの端点の座標の計測は、軟Ｘ線分光装置２００が備えた光学顕微鏡を用いて行われる。例えば、光学顕微鏡のオートフォーカス機能を用いて、４つの端点の座標を計測する。なお、試料Ｓが装着された試料ホルダーを外部の光学顕微鏡の試料ステージに装着し、当該光学顕微鏡を用いて４つの端点を計測し、計測結果を記憶部７４０に格納してもよい。この場合、測定制御部７１２は、記憶部７４０に格納された計測結果を読み出して、４つの端点の座標を取得する。 The coordinates of the four end points are measured using an optical microscope provided in the soft X-ray spectrometer 200. For example, the coordinates of the four end points are measured using the autofocus function of the optical microscope. Note that the sample holder on which the sample S is mounted may be mounted on the sample stage of an external optical microscope, and the four end points may be measured using the optical microscope, with the measurement results stored in the memory unit 740. In this case, the measurement control unit 712 reads out the measurement results stored in the memory unit 740 and obtains the coordinates of the four end points.
解析部７１６は、４つの端点の座標に基づいて、試料Ｓの傾斜角度βを算出する（Ｓ４０６）。 The analysis unit 716 calculates the inclination angle β of the sample S based on the coordinates of the four end points (S406).
測定制御部７１２は、電子光学系１０に、電子線で試料Ｓの分析の対象となる領域を走査させ、各分析点（ピクセル）におけるスペクトルを取得する（Ｓ４０８）。この結果、各分析点におけるスペクトルが記憶部７４０に記憶される。 The measurement control unit 712 causes the electron optical system 10 to scan the region to be analyzed of the sample S with an electron beam, and acquires a spectrum at each analysis point (pixel) (S408). As a result, the spectrum at each analysis point is stored in the storage unit 740.
解析部７１６は、４つの端点の座標および傾斜角度βに基づいて、各分析点の座標および各分析点の斜出射角度θを算出する（Ｓ４１０）。 The analysis unit 716 calculates the coordinates of each analysis point and the oblique emission angle θ of each analysis point based on the coordinates of the four end points and the inclination angle β (S410).
解析部７１６は、各分析点の斜出射角度θおよび各分析点でのＸ線強度から、薄膜の膜厚を算出し、構造の解析を行う（Ｓ４１２）。なお、解析部７１６は、各分析点において化学結合状態ごとにＸ線強度を取得して、化学結合状態ごとの膜厚を算出してもよい。また、解析部７１６は、質量吸収係数の算出や、結晶化度の評価、均質性の評価、バルク試料か薄膜試料かの判別など、上述した「２．２． 分析方法」で説明した各種解析を行ってもよい。また、解析部７１６は、指定された複数の分析点における複数のＸ線スペクトル（第１～第ｎＸ線スペクトル）を取得し、取得したＸ線スペクトル（第１～第ｎＸ線スペクトル）に基づいて、図１５に示す処理Ｓ１１４と同様に、試料Ｓの解析を行ってもよい。 The analysis unit 716 calculates the thickness of the thin film from the oblique emission angle θ of each analysis point and the X-ray intensity at each analysis point, and analyzes the structure (S412). Note that the analysis unit 716 may obtain the X-ray intensity for each chemical bond state at each analysis point and calculate the film thickness for each chemical bond state. The analysis unit 716 also performs various analyzes described in "2.2. Analysis method" above, such as calculation of mass absorption coefficient, evaluation of crystallinity, evaluation of homogeneity, and determination of whether the sample is a bulk sample or a thin film sample. You may do so. In addition, the analysis unit 716 acquires a plurality of X-ray spectra (first to nth X-ray spectra) at a plurality of specified analysis points, and based on the acquired X-ray spectra (first to nth X-ray spectra). , the sample S may be analyzed similarly to the process S114 shown in FIG.
なお、上記では、マップ分析を行う場合について説明したが、ライン分析も同様に行うことができる。また、上述した「１．２．４． 試料の３次元の分析」と同様に、試料Ｓの回転角度φを変更するごとに、マップ分析を行ってもよい。これにより、回転角度φごとに、マップを得ることができる。 Note that although the case where map analysis is performed has been described above, line analysis can also be performed in the same way. Further, similarly to "1.2.4. Three-dimensional analysis of sample" described above, map analysis may be performed every time the rotation angle φ of the sample S is changed. Thereby, a map can be obtained for each rotation angle φ.
２．４． 作用効果
軟Ｘ線分光装置２００では、電子光学系１０は、電子線を偏向させて、Ｘ線の取り出し角αを変更する偏向器１２を有し、偏向器１２を用いて斜出射角度θを変更する。そのため、軟Ｘ線分光装置２００では、例えば、試料ステージ２０の傾斜機構２２を用いて斜出射角度θを変更する場合と比べて、斜出射角度θを、微小な角度ステップで、精度よく変更できる。したがって、軟Ｘ線分光装置２００では、膜厚や、質量吸収係数、結晶構造などを精度よく求めることができる。例えば、上述したライン分析や、マップ分析を行うことで、臨界角近傍での波形変化を詳細に観察できる。
2.4. Effects In the soft X-ray spectrometer 200, the electron optical system 10 has a deflector 12 that deflects the electron beam to change the X-ray extraction angle α, and uses the deflector 12 to change the oblique emission angle θ. change. Therefore, in the soft X-ray spectrometer 200, the oblique emission angle θ can be changed with higher accuracy in minute angular steps, compared to, for example, changing the oblique emission angle θ using the tilting mechanism 22 of the sample stage 20. . Therefore, the soft X-ray spectrometer 200 can accurately determine the film thickness, mass absorption coefficient, crystal structure, and the like. For example, by performing the above-mentioned line analysis or map analysis, it is possible to observe waveform changes in detail near the critical angle.
なお、Ｘ線の全反射臨界角θＣ（°）は、次式で表すことができる。 The critical angle θ C (°) of total reflection of X-rays can be expressed by the following formula.
ここで、λはＸ線の波長（ｎｍ）であり、Ｚは原子番号であり、ρは密度（ｇ／ｃｍ３）であり、Ａは原子量である。 Here, λ is the wavelength (nm) of the X-ray, Z is the atomic number, ρ is the density (g/cm 3 ), and A is the atomic weight.
軟Ｘ線分光装置２００における分析方法は、電子線で試料Ｓの分析対象領域を走査して、分析対象領域内の各分析点において、Ｘ線スペクトルを取得する工程と、各分析点における斜出射角度θを求める工程と、を含む。また、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程では、第１斜出射角度θ１の分析点を選択して、第１Ｘ線スペクトルを取得し、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程では、第２斜出射角度θ２の分析点を選択して、第２Ｘ線スペクトルを取得する。このように、軟Ｘ線分光装置２００では、マップ分析を行い、得られたスペクトルマップから所望の分析点を選択してスペクトルを得ることができる。したがって、軟Ｘ線分光装置２００では、膜厚や、質量吸収係数、結晶構造などを精度よく求めることができる。 The analysis method in the soft X-ray spectrometer 200 includes the steps of scanning the analysis target region of the sample S with an electron beam and acquiring an X-ray spectrum at each analysis point within the analysis target region, and the process of obtaining an X-ray spectrum at each analysis point. and a step of determining the angle θ. In addition, in the step of acquiring the first X-ray spectrum, an analysis point at the first oblique emission angle θ 1 is selected to acquire the first X-ray spectrum, and in the step of acquiring the second X-ray spectrum, the analysis point at the first oblique emission angle θ 1 is selected. An analysis point at θ 2 is selected to obtain a second X-ray spectrum. In this way, the soft X-ray spectrometer 200 can perform map analysis, select desired analysis points from the obtained spectrum map, and obtain a spectrum. Therefore, the soft X-ray spectrometer 200 can accurately determine the film thickness, mass absorption coefficient, crystal structure, and the like.
３． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
3. Modifications The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
３．１． 第１変形例
上述した第１実施形態では、斜出射角度θを変更するために、試料Ｓの傾斜角度を変更し、第２実施形態では、電子線を偏向させたが、斜出射角度θを変更する手法はこれに限定されない。
3.1. First Modification In the first embodiment described above, the tilt angle of the sample S is changed in order to change the oblique exit angle θ, and in the second embodiment, the electron beam is deflected, but the method for changing the oblique exit angle θ is not limited to this.
図示はしないが、例えば、検出器２の角度を変えることによって、斜出射角度θを変更してもよい。 Although not shown, the oblique emission angle θ may be changed by changing the angle of the detector 2, for example.
上述した実施形態では、試料ステージ２０の動作によって試料Ｓの回転角度φを変更する場合について説明したが、試料Ｓの回転角度φを変更する手法はこれに限定されない。例えば、検出器２を、試料Ｓまわりに回転させることによって、試料Ｓの回転角度φを変更してもよい。また、複数の検出器２を試料Ｓまわりに配置して、各検出器２でＸ線スペクトルを取得することによって、試料Ｓの回転角度φの異なるＸ線スペクトルを得てもよい。これにより、試料ステージ２０の動作によって試料Ｓの回転角度φを変更する場合と同様の測定が可能である。 In the embodiment described above, a case has been described in which the rotation angle φ of the sample S is changed by the operation of the sample stage 20, but the method of changing the rotation angle φ of the sample S is not limited to this. For example, the rotation angle φ of the sample S may be changed by rotating the detector 2 around the sample S. Furthermore, by arranging a plurality of detectors 2 around the sample S and acquiring X-ray spectra with each detector 2, the X-ray spectra of the sample S with different rotation angles φ may be obtained. This allows measurement similar to the case where the rotation angle φ of the sample S is changed by the operation of the sample stage 20.
３．２． 第２変形例
上述した実施形態では、図１５に示すように試料Ｓのｚ方向の分析を軟Ｘ線分光装置１００が自動で行う場合について説明したが、図１５に示す処理の少なくとも一部を手動で行ってもよい。同様に、図１８に示す処理の少なくとも一部を手動で行ってもよいし、図１９に示す処理の少なくとも一部を手動で行ってもよい。
3.2. Second Modification In the embodiment described above, a case has been described in which the soft X-ray spectrometer 100 automatically analyzes the sample S in the z direction as shown in FIG. You can also do it manually. Similarly, at least a part of the process shown in FIG. 18 may be performed manually, and at least a part of the process shown in FIG. 19 may be performed manually.
３．３． 第３変形例
軟Ｘ線分光装置１００および軟Ｘ線分光装置２００において、電子線の加速電圧を変更することによって、試料Ｓの厚み方向の情報を得てもよい。
3.3. Third Modification In the soft X-ray spectrometer 100 and the soft X-ray spectrometer 200, information on the thickness direction of the sample S may be obtained by changing the acceleration voltage of the electron beam.
３．４． 第４変形例
第１実施形態および第２実施形態では、カーボン薄膜やＳｉ３Ｎ４膜などを分析する場合について説明したが、分析対象となる試料はこれに限定されず、積層膜、半導体薄膜、光学薄膜、有機薄膜、ＤＬＣ薄膜などであってもよい。また、分析対象となる試料は、薄膜試料に限定されず、バルク試料であってもよい。
3.4. Fourth Modified Example In the first and second embodiments, the case where carbon thin films, Si 3 N 4 films, etc. , an optical thin film, an organic thin film, a DLC thin film, etc. Furthermore, the sample to be analyzed is not limited to a thin film sample, but may be a bulk sample.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments. Substantially the same configurations are, for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purpose and effect. The present invention also includes configurations in which non-essential parts of the configurations described in the embodiments are replaced. The present invention also includes configurations that have the same effects as the configurations described in the embodiments, or that can achieve the same purpose. The present invention also includes configurations in which publicly known technology is added to the configurations described in the embodiments.
２…検出器、１０…電子光学系、１２…偏向器、２０…試料ステージ、２２…傾斜機構、２４ａ…第１回転機構、２４ｂ…第２回転機構、２６ａ…Ｘ移動機構、２６ｂ…Ｙ移動機構、２８…Ｚ移動機構、３０…Ｘ線スリット、４０…Ｘ線集光ミラー、５０…回折格子、６０…イメージセンサー、６２…受光面、７０…情報処理装置、１００…軟Ｘ線分光装置、２００…軟Ｘ線分光装置、７１０…処理部、７１２…測定制御部、７１４…記憶制御部、７１６…解析部、７１８…表示制御部、７２０…操作部、７３０…表示部、７４０…記憶部 2...Detector, 10...Electron optical system, 12...Deflector, 20...Sample stage, 22...Tilt mechanism, 24a...First rotation mechanism, 24b...Second rotation mechanism, 26a...X movement mechanism, 26b...Y movement Mechanism, 28...Z movement mechanism, 30...X-ray slit, 40...X-ray condensing mirror, 50...diffraction grating, 60...image sensor, 62...light receiving surface, 70...information processing device, 100...soft , 200...Soft X-ray spectrometer, 710...Processing section, 712...Measurement control section, 714...Storage control section, 716...Analysis section, 718...Display control section, 720...Operation section, 730...Display section, 740...Storage Department
Claims (20)
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を変化させる可変機構と、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有し、
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する、軟Ｘ線分光装置。 an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum;
a variable mechanism that changes the oblique emission angle, which is the difference between the X-ray extraction angle and the inclination angle of the surface of the sample;
storage section,
a storage control unit that stores the X-ray spectrum in the storage unit;
including;
The sample stage has a rotation mechanism that rotates the sample about an axis perpendicular to the surface of the sample as a rotation axis while the surface of the sample is tilted with respect to the optical axis of the electron optical system.
The storage control unit stores the X-ray spectrum in the storage unit in association with information on the oblique emission angle at which the X-ray spectrum was obtained.
前記斜出射角度の情報に基づいて、前記Ｘ線スペクトルが得られた前記試料の分析領域の位置情報を取得する解析部を含み、
前記位置情報は、前記試料の表面に垂直な方向の位置の情報である、軟Ｘ線分光装置。 In claim 1,
an analysis unit that acquires positional information of an analysis region of the sample from which the X-ray spectrum was obtained based on information on the oblique emission angle;
A soft X-ray spectrometer, wherein the positional information is positional information in a direction perpendicular to the surface of the sample.
前記試料ステージは、前記傾斜角度が可変となるように前記試料を傾斜させる傾斜機構を有する、軟Ｘ線分光装置。 In claim 1 or 2,
The sample stage has a tilt mechanism for tilting the sample so that the tilt angle is variable.
前記可変機構は、前記傾斜機構である、軟Ｘ線分光装置。 In claim 3,
The variable mechanism is a soft X-ray spectrometer, wherein the tilting mechanism is the tilting mechanism.
前記電子光学系は、前記電子線を偏向させて、前記Ｘ線の取り出し角を変更する偏向器を有し、
前記可変機構は、前記偏向器である、軟Ｘ線分光装置。 In any one of claims 1 to 3,
the electron optical system has a deflector that deflects the electron beam to change the take-off angle of the X-rays,
A soft X-ray spectrometer, wherein the variable mechanism is the deflector.
前記試料ステージは、前記電子光学系の光軸に平行な軸を回転軸として前記試料を回転させる他の回転機構を有している、軟Ｘ線分光装置。 In any one of claims 1 to 4 ,
A soft X-ray spectrometer , wherein the sample stage has another rotation mechanism that rotates the sample about an axis parallel to the optical axis of the electron optical system.
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記試料の回転角度の情報および前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する、軟Ｘ線分光装置。 In any one of claims 1 to 6 ,
The memory control unit stores the X-ray spectrum in the memory unit in association with information on the rotation angle of the sample and information on the oblique exit angle when the X-ray spectrum was acquired.
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有し、
前記記憶制御部は、前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記試料の回転角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶する、軟Ｘ線分光装置。 an electron optical system that irradiates an electron beam onto a sample;
A sample stage for supporting the sample;
a spectroscopic element for spectroscopically separating X-rays generated from the sample by irradiating the sample with the electron beam;
an image sensor that detects the X-rays dispersed by the spectroscopic element to obtain an X-ray spectrum;
A storage unit;
a storage control unit that stores the X-ray spectrum in the storage unit;
Including,
the sample stage has a rotation mechanism that rotates the sample about an axis perpendicular to the surface of the sample while the surface of the sample is tilted with respect to the optical axis of the electron optical system ;
The memory control unit stores the X-ray spectrum in the memory unit in association with information on a rotation angle of the sample when the X-ray spectrum was acquired.
前記試料の回転角度の情報に基づいて、前記試料の解析を行う解析部を含む、軟Ｘ線分光装置。 In claim 8 ,
A soft X-ray spectrometer including an analysis section that analyzes the sample based on information about the rotation angle of the sample.
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含み、
前記試料ステージは、前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させる回転機構を有する軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を第１斜出射角度として、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記斜出射角度を前記第１斜出射角度とは異なる第２斜出射角度として、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における前記試料の情報を求める工程と、
を含む、分析方法。 an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum ;
The sample stage is a soft An analysis method in a spectrometer, comprising:
obtaining a first X-ray spectrum by setting an oblique emission angle that is a difference between an X-ray extraction angle and an inclination angle of the surface of the sample as a first oblique emission angle;
obtaining a second X-ray spectrum by setting the oblique emission angle to a second oblique emission angle different from the first oblique emission angle;
obtaining information about the sample in a direction perpendicular to the surface of the sample based on the first X-ray spectrum and the second X-ray spectrum;
methods of analysis, including;
前記第１Ｘ線スペクトルを取得する工程では、前記第１斜出射角度を、前記試料で発生したＸ線が前記試料の表面で全反射する角度とする、分析方法。 In claim 10 ,
In the step of acquiring the first X-ray spectrum, the first oblique emission angle is an angle at which X-rays generated in the sample are totally reflected on the surface of the sample.
前記試料の情報は、分子の配向の情報を含む、分析方法。 In claim 10 or 11 ,
The analytical method, wherein the sample information includes molecular orientation information.
前記試料の情報は、前記試料の化学結合状態の情報を含む、分析方法。 In any one of claims 10 to 12 ,
An analysis method, wherein the information on the sample includes information on a chemical bond state of the sample.
前記斜出射角度を、前記試料を傾斜させることによって変更する、分析方法。 In any one of claims 10 to 13 ,
The method of analysis, wherein the oblique exit angle is changed by tilting the sample.
前記斜出射角度を、前記電子線を偏向させることによって変更する、分析方法。 In any one of claims 10 to 13 ,
An analysis method in which the oblique emission angle is changed by deflecting the electron beam.
前記電子線で前記試料の分析対象領域を走査して、前記分析対象領域内の各分析点において、Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
各前記分析点における前記斜出射角度を求める工程と、
を含み、
前記第１Ｘ線スペクトルを取得する工程では、前記第１斜出射角度の前記分析点を選択して、前記第１Ｘ線スペクトルを取得し、
前記第２Ｘ線スペクトルを取得する工程では、前記第２斜出射角度の前記分析点を選択して、前記第２Ｘ線スペクトルを取得する、分析方法。 In claim 15 ,
scanning an analysis target area of the sample with the electron beam to obtain an X-ray spectrum at each analysis point within the analysis target area;
determining the oblique exit angle at each of the analysis points;
Including,
In the step of acquiring the first X-ray spectrum, the analysis point at the first oblique exit angle is selected to acquire the first X-ray spectrum;
In the step of acquiring the second X-ray spectrum, the analysis point at the second oblique exit angle is selected to acquire the second X-ray spectrum.
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含む軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸とし、前記試料を第１回転角度に配置して、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記試料の表面を前記電子光学系の光軸に対して傾斜させた状態で、前記試料の表面に垂直な軸を回転軸として前記試料を回転させて、前記試料を、前記第１回転角度とは異なる第２回転角度に配置して、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に平行な前記試料の面内の前記試料の情報を求める工程と、
を含む、分析方法。 an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
An analysis method in a soft X-ray spectrometer, comprising: an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum,
With the surface of the sample tilted with respect to the optical axis of the electron optical system, the axis perpendicular to the surface of the sample is the axis of rotation, the sample is placed at a first rotation angle, and a first X-ray spectrum is obtained. a step of obtaining
With the surface of the sample tilted with respect to the optical axis of the electron optical system, the sample is rotated about an axis perpendicular to the surface of the sample as a rotation axis to rotate the sample at the first rotation angle. are arranged at different second rotation angles to obtain a second X-ray spectrum;
obtaining information about the sample in a plane of the sample parallel to the surface of the sample based on the first X-ray spectrum and the second X-ray spectrum;
methods of analysis, including;
前記第１Ｘ線スペクトルを取得する工程および前記第２Ｘ線スペクトルを取得する工程では、Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を、前記試料で発生したＸ線が前記試料の表面で全反射する角度に設定する、分析方法。 In claim 17 ,
In the step of acquiring the first X-ray spectrum and the step of acquiring the second X-ray spectrum, an oblique exit angle, which is the difference between an X-ray take-off angle and an inclination angle of the surface of the sample, is set to an angle at which the X-rays generated by the sample are totally reflected by the surface of the sample.
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を変化させる可変機構と、
記憶部と、
前記Ｘ線スペクトルを前記記憶部に記憶する記憶制御部と、
を含み、
前記記憶制御部は、異なる前記斜出射角度で得られた複数の前記Ｘ線スペクトルを、前記Ｘ線スペクトルを取得したときの前記斜出射角度の情報に関連付けて前記記憶部に記憶し、
異なる前記斜出射角度で得られた複数の前記Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における分子の配向の情報を求める解析部を含む、軟Ｘ線分光装置。 an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum;
a variable mechanism that changes the oblique emission angle, which is the difference between the X-ray extraction angle and the inclination angle of the surface of the sample;
storage section and
a storage control unit that stores the X-ray spectrum in the storage unit;
including;
The storage control unit stores the plurality of X-ray spectra obtained at different oblique emission angles in the storage unit in association with information on the oblique emission angle at which the X-ray spectra were acquired ;
A soft X-ray spectrometer including an analysis section that obtains information on the orientation of molecules in a direction perpendicular to the surface of the sample based on the plurality of X-ray spectra obtained at different oblique emission angles.
前記試料を支持する試料ステージと、
前記試料に前記電子線が照射されることによって前記試料で発生するＸ線を分光する分光素子と、
前記分光素子で分光されたＸ線を検出してＸ線スペクトルを取得するイメージセンサーと、を含む軟Ｘ線分光装置における分析方法であって、
Ｘ線の取り出し角と前記試料の表面の傾斜角度との差である斜出射角度を第１斜出射角度として、第１Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記斜出射角度を前記第１斜出射角度とは異なる第２斜出射角度として、第２Ｘ線スペクトルを取得する工程と、
前記第１Ｘ線スペクトルおよび前記第２Ｘ線スペクトルに基づいて、前記試料の表面に垂直な方向における前記試料の情報を求める工程と、
を含み、
前記試料の情報は、分子の配向の情報を含む、分析方法。 an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam;
a sample stage that supports the sample;
a spectroscopic element that spectrally spectra X-rays generated in the sample when the sample is irradiated with the electron beam;
An analysis method in a soft X-ray spectrometer, including an image sensor that detects X-rays separated by the spectroscopic element and obtains an X-ray spectrum,
obtaining a first X-ray spectrum by setting an oblique emission angle that is a difference between an X-ray extraction angle and an inclination angle of the surface of the sample as a first oblique emission angle;
obtaining a second X-ray spectrum by setting the oblique emission angle to a second oblique emission angle different from the first oblique emission angle;
obtaining information about the sample in a direction perpendicular to the surface of the sample based on the first X-ray spectrum and the second X-ray spectrum;
including;
An analysis method , wherein the sample information includes information on molecular orientation .
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