JP2003004675A

JP2003004675A - 表面分析における帯電防止法

Info

Publication number: JP2003004675A
Application number: JP2001191101A
Authority: JP
Inventors: Naoko Hata; 直子畑; Norihito Fujiwara; 紀人藤原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁性の表面を有する試料の表面分析におい
て、正確なオージェ分光分析を可能とする。【解決手段】試料表面に導電膜を形成し、その上にメ
ッシュ状の開口部を有する導電性の薄板を被せたまま該
導電膜をエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オージェ電子分光
分析法や二次イオン質量分析法等の表面分析方法を用い
て、絶縁性が高い試料表面を正確に分析する方法に関す
る。より詳しくは、本発明は、絶縁性が高い表面を有す
る試料の表面分析をする際、照射する電子線の影響によ
り生じる電荷を速やかに緩和することにより、良好な表
面分析を行う方法を提供する。

【０００２】

【従来の技術】表面分析法のひとつであるオージェ電子
分光分析は、試料表面に電子線（以下入射ビームと称す
る）を照射し、試料との相互作用によって放出されるオ
ージェ電子を分光分析することにより、試料表面の元素
同定を行うものである。またスパッタエッチングによっ
て試料を掘り下げながら順次分析を行うことにより、深
さ方向の分析を行うことも可能である。

【０００３】しかしながら、試料表面の絶縁性が高い場
合には、入射ビームの影響で発生した電荷が試料表面に
溜まる帯電現象が発生し、その結果、試料表面の電位が
変化してしまうため正確な表面分析ができなくなる。こ
の問題を回避するために、試料表面に導電性メッシュを
被せる、あるいは試料表面に導電膜を形成するなどの処
理を施し、これらを電気的に接地することにより、試料
表面に蓄積した電荷を逃がして帯電を防止する手法が広
く知られている。

【０００４】前者の試料表面に導電性メッシュを被せる
手法は、図６に示すように、分析したい領域１が見える
ように試料２の表面に導電性メッシュ１３を被せて、導
電性メッシュ１３を電気的に接地し、入射ビームの影響
で試料表面に誘起された電荷を導電性メッシュ１３を介
して緩和するものである。これにより、正確な分析を行
うことが可能となる。

【０００５】後者の試料の表面に導電膜を形成する手法
は、図７に示すように、試料２の表面に金属などの導電
膜１１を形成した後、分析点１上の導電膜１１を除去
し、導電膜１１を電気的に接地し、入射ビームの影響で
試料表面に誘起された電荷を導電膜１１を介して緩和す
るものである。これにより、正確な分析を行うことが可
能となる。

【０００６】しかしながら、前者の試料表面に導電性メ
ッシュを被せる手法では、試料とメッシュとの密着性が
非常に重要であり、密着性の度合いによって分析結果が
左右されたり、密着性の悪い個所は除電効果がなかった
りすることが起っている。

【０００７】また、後者の試料表面に導電膜を形成する
手法では、導電膜を形成した後、分析したい領域の導電
膜を除去する必要があるが、膜を除去するため一般的に
よく用いられているスパッタエッチングでは、微小な領
域を均一にエッチングするのは困難である。エッチング
のためのビームを一点に集中して試料に照射すると、ビ
ームの形状を反映してエッチングされてしまうためであ
る。そこで、一般的に、ビームをある領域内で走査して
エッチングする手法が用いられている。

【０００８】スパッタエッチングで均一にエッチングす
るためには、ビームを走査する領域として数百μｍ平方
以上あることが必要である。すなわち、導電膜を除去す
るためにビームを走査してエッチングを行うと、分析領
域の範囲よりも広い範囲の導電膜が除去されることとな
る。しかしながら、広い範囲の導電膜を除去してしまう
と、分析領域から導電膜までの距離が長くなり、分析領
域に入射ビームを照射したときに発生した電荷が逃げに
くくなるため、導電膜を形成することによる帯電防止効
果が薄くなったり、効果がなくなったりすることが起こ
っていた。従って、試料表面の帯電を防止するために
は、導電膜を除去する領域はできる限り小さい方がよ
く、数〜数十μｍ平方程度に抑えることが望ましい。

【０００９】そこで、特開平１１−１４２３５３は、有
効な帯電防止効果が得られる広さの導電膜のみを除去す
る手法として、分析領域に金属箔を載置してから、蒸着
法により導電膜を形成し、その後、該金属箔を除去する
ことにより分析領域以外の領域に導電膜を形成する手法
を開示している。しかしながら、この手法では、微小な
領域に金属箔を載置することに技術的な困難が伴う。ま
た、深さ方向の分析においては、エッチングの均一性
は、分析の界面分解能に大きく影響するためにさらに重
要となるが、この手法により深さ方向の分析を行う際に
は、分析とエッチングを交互に繰り返し行う必要がある
ので従来技術と同様の困難が発生する。

【００１０】また、別の手法として、特開平６−２４９
８０５には、形成する導電膜をオージェ電子の脱出深さ
よりも薄くして、導電膜越しに分析する手法が開示され
ている。しかし、この手法では、分析対象物の信号が弱
まってしまう上、従来技術と同様に、深さ方向の分析を
行うことが困難である等の問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来、試料表面に帯電
した電荷を緩和するためには上記した方法が使用されて
いた。しかしながら、これらの従来の方法では、簡便
に、試料表面に生じた電荷を速やかに緩和することでき
なかった。かくして、本発明の目的は、これら問題点を
解決し、より正確な表面分析方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性の表面
を有する試料の表面を分析する方法であって、該試料の
表面に導電膜を形成し、１または複数の開口部が形成さ
れた導電性の薄板を少なくとも分析領域が見えるように
該導電膜上に被せ、該導電膜または該導電性の薄板のい
ずれか一方あるいは該導電膜および該導電性の薄板の両
方を電気的に接地し、次いで、該分析領域を含む領域で
あり、かつ、該導電性の薄板に形成された１または複数
の開口部から見える領域内の導電膜を除去処理した後、
該試料の表面に荷電粒子またはフォトンを入射し、入射
された荷電粒子またはフォトンと該試料との相互作用に
よって放出される粒子を検出することによる表面分析方
法を提供する。ここで、「絶縁性の表面」とは、表面分
析を行う際に試料表面に照射した荷電粒子またはフォト
ンの影響で発生した電荷が試料表面に帯電し、その結
果、試料表面の電位が変化して、正確な表面分析を行う
ことができない表面のことをいう。

【００１３】本発明の表面分析方法は、該除去処理がス
パッタエッチングによって行われ、ここに、該スパッタ
エッチングは、該導電性の薄板に形成された開口部のう
ち少なくとも１の開口部より広い領域にイオンビームを
走査して照射することを特徴とする。

【００１４】また、該導電性の薄板に形成された１また
は複数の開口部の形状が、円形、正六角形、正方形、正
三角形、長方形またはひし形であることを特徴とする。

【００１５】さらに、本発明の表面分析方法は、該複数
の開口部が形成された導電性の薄板として、同一形状の
開口部が繰返し形成された導電性メッシュを用いること
を特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の表面分析方法によれば、
帯電防止のために試料表面に設けた導電膜について、分
析領域上の導電膜を除去するためにスパッタエッチング
を行っても、導電性の薄板下には該導電性の薄板に形成
された１または複数の開口部以外の領域のパターンが転
写されて導電膜が残り、該導電膜を介して試料表面に誘
起された電荷を除去し、緩和することができるので、試
料表面が帯電することを防ぐことができる。また、本発
明において、導電性の薄板として、一般によく使われる
導電性のメッシュを用いることができるので、簡便に分
析を行うことが可能となる。

【００１７】以下、オージェ電子分光分析法によりガラ
ス基板上に付着した物質を分析する場合を例にして、本
発明の表面分析方法を説明する。

【００１８】本発明の第１の実施形態においては、図１
に示すごとく、導電性の薄板として、開口部が一つ形成
された金属板を用いる。開口部のサイズは、分析領域を
確認するために数μｍ平方以上の大きさが必要である
が、開口部が大きすぎると帯電防止効果がなくなるので
数百μｍ平方以下でなければならない。具体的には、開
口部のサイズは２０〜５００μｍ平方程度であることが
好ましい。また、該導電性の薄板に設けられた開口部の
形状としては、円形、正六角形、正方形、正三角形、長
方形およびひし形等とすることができる。

【００１９】まず、分析対象物が付着したガラス基板上
に、導電膜を蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の常法を
用いて形成する。導電膜の材質として、Ｐｔ、Ａｕ、Ａ
ｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ等の導電性物質およびそれらの合金
を用いることができる。前記の導電性物質の合金として
は、例えば、Ｐｔ−Ｐｄ合金またはＡｌ−Ｓｉ合金が挙
げられる。このときの導電膜の厚みは３〜１５ｎｍとす
ることが好ましい。導電膜の膜厚が３ｎｍ未満では、導
電性の薄板との接触が不十分となり、帯電した電荷を引
き出すことができない個所が生じ、一方、導電性の膜厚
が１５ｎｍより厚くなると、該導電膜を形成する時間が
長くなり、さらに、エッチングにも長時間要することと
なり、サンプル作製時間が長くなるからである。

【００２０】次に、開口部が１つ設けられた導電性の薄
板を分析対象物が観察できるように該ガラス基板上に被
せる。この導電性の薄板として、アルミ製、銅製等の金
属板またはメッシュを用いることができる。通常、エッ
チングのスピードを上げるため、エッチングビームは斜
めから照射するので、導電性の薄板の厚みが数ｍｍ以下
でないと、エッチングビームが分析対象物の付着してい
る基板に照射されないという問題が発生する。一方、導
電性の薄板の厚みが１０μｍより薄いと取扱いが困難で
ある。かくして、導電性の薄板の厚みは１０μｍ〜０．
７ｍｍが好ましい。

【００２１】次いで、この導電性の薄板を該ガラス基板
に被せたまま電気的に接地し、Ａｒイオンによるスパッ
タエッチング処理等の標準技術を用いて、分析対象物上
に蒸着された導電膜をエッチング処理する。このとき、
導電性の薄板は導電膜に接しているので、導電膜も同時
に電気的に接地されることとなる。このエッチング処理
において、該導電膜を均一にエッチングするためにエッ
チングのためのビームを、例えば１ｍｍ平方程度の領域
内で走査させる。ビームの走査領域は該導電性の薄板に
設けられた開口部よりも広いが、導電膜が除去される領
域は該導電性の薄板に設けられた開口部と同等になる。

【００２２】その後、該ガラス基板上に被せた導電性の
薄板を電気的に接地しながら、オージェ分光分析を行
う。これにより、入射ビームの照射により発生した表面
電荷は、該導電膜から該導電性の薄板を通じて緩和され
るので、試料表面に電荷が帯電することなく、良好の表
面分析を行うことが可能となる。

【００２３】本発明の第２の実施形態においては、図２
に示すごとく、導電性の薄板として、メッシュ板を用い
る以外は、第１の実施の形態で用いた条件により表面分
析を行う。

【００２４】本発明の第２の実施形態において用いられ
るメッシュ板は、Ｃｕ、Ｃｕ合金またはＡｌ合金等の導
電性の薄板に複数の開口部が繰返し形成されたものであ
る。このようなメッシュ板は一般的によく用いられてい
るものであるので、本発明の第１の実施例において用い
た微小な開口部を設けたアルミ板のような特別な導電性
の薄板を用意する必要がなくなる。

【００２５】図２には、正六角形の網目模様が形成され
たメッシュ板を図示するが、本発明の第２の実施形態に
おいて用いられるメッシュ板に形成された開口部の形状
は正六角形に限定されるものではない。図３に本発明の
第２の実施形態において用いることができるメッシュ模
様の例を示す。図３Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥには、それ
ぞれ、長方形、正方形、正三角形、正六角形およびひし
形の例を示す。これらのうちいずれの形状も適用するこ
とが可能である。これらメッシュ開口部の寸法は、一辺
または短辺または対角線が１００〜６００μｍでパター
ンを形成するつなぎの線幅は２０〜１００μｍ程度の長
さである。例えば、図３Ａに示した長方形の長辺は短辺
の２〜３倍に設定されている。長方形の短辺は１００〜
６００μｍ程度でパターンの線幅は１０〜６０μｍ程度
である。また、図３Ｄに示した正六角形のメッシュパタ
ーンの寸法は、正六角形の対角線の寸法として、１００
〜６００μｍ程度であり、また、正六角形を形作るパタ
−ンの線幅は２０〜１００μｍ程度である。また、図３
には図示しないが、本発明において、直径１００〜６０
０μｍ程度の円形のメッシュパターンを用いることがで
きる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。以
下の実施例は、本発明を例示するが、本発明を限定する
ものではない。

【００２７】（実施例１）図１に、本発明の第１の実施
形態によりガラス基板２上の分析対象物を分析する方法
を示す。まず、分析対象物（付着物１）が付着したガラ
ス基板２上に、プラズマ蒸着法によりＰｔ−Ｐｄ膜１１
を１０ｎｍの厚みで形成した。次に、５０μｍ平方の開
口部が一つ形成された５０ｍｍ厚のアルミ板１２を、そ
の開口部１２ａから付着物１が見えるようにしてガラス
基板２に被せ、これを電気的に接地した。ここで、Ｐｔ
−Ｐｄ膜１１はアルミ板１２に接触しているので同時に
電気的に接地される。

【００２８】次に、Ａｒイオンによるスパッタエッチン
グ処理により、付着物１上の１ｍｍ平方の領域２１をＰ
ｔ−Ｐｄ膜１１から除去した。その後、オージェ電子分
光分析を行った。得られた分析結果を図４に示す。本発
明による導電性の薄板を適用せずにオージェ電子分光分
析を行った場合、入射ビームにより発生した電荷が表面
が帯電するため、出力される信号が無意味であり、スペ
クトルを得ることができなかったが、本発明のアルミ板
１２を用いて分析を行った場合には、明確なピークを持
ったスペクトルが得られた。例えば、運動エネルギーが
７６ｅＶにてＳｉ（元素Ａ）が検出された。同様に、運
動エネルギーが２１５ｅＶ、２７２ｅＶおよび５０３ｅ
Ｖにて、それぞれ、Ａｒ（元素Ｂ）、Ｃ（元素Ｃ）およ
びＯ（元素Ｄ）が検出された。これはガラス表面に発生
した電荷が、Ｐｔ−Ｐｄ膜１１およびアルミ板１２を介
してグランドに流れ緩和されたためである。

【００２９】従来のように、ガラス基板２上に導電膜Ｐ
ｔ−Ｐｄ膜１１を形成し、分析領域上のＰｔ−Ｐｄ膜１
１のエッチングを行うと（図１に示す１ｍｍ平方程度の
領域２１をエッチングする場合）、図１に示すように広
い領域２１のＰｔ−Ｐｄ膜１１が除去されてしまうた
め、入射ビームによって発生した電荷が速やかに緩和さ
れず、正確な分析ができなかった。しかし実施例１のよ
うにアルミ板１２を設けることで正確な分析が可能とな
った。

【００３０】（実施例２）図２に、本発明の第２の実施
形態によりガラス基板２上の分析対象物を分析する方法
を示す。この実施例においては、導電性の薄板として正
六角形の繰返しパターンを有するメッシュ板を用いた。
このメッシュ板としては、一般的によく用いられている
Ａｌ製のメッシュ板を使用した。正六角形のメッシュパ
ターンの寸法は、正六角形の対角線の寸法として１００
μｍであり、また、正六角形を形作るパタ−ンの線幅は
２０μｍである。

【００３１】実施例１と同様に、ガラス基板２上に、蒸
着法によりＰｔ−Ｐｄ膜１１を１０ｎｍの厚みで形成し
た。次に、正六角形のメッシュパターンを有する５０ｍ
ｍ厚のＡｌ製のメッシュ板１３を付着物１が見えるよう
にしてガラス基板２に被せ、これを電気的に接地した。
ここで、Ｐｔ−Ｐｄ膜１１はメッシュ板１３に接触して
いるので同時に電気的に接地される。

【００３２】次に、ガラス基板２上にメッシュ板１３を
被せたまま、Ａｒイオンによるスパッタエッチング処理
により、付着物１周辺の１ｍｍ平方の領域２１をＰｔ−
Ｐｄ膜１１から除去した。その後、オージェ電子分光分
析を行ったところ、実施例１と同様に良好な分析結果が
得られた。

【００３３】図２Ｂに分析実施後の試料からメッシュ板
１３を取り除いた後の試料の表面状態を示す。エッチン
グを行った領域２１内でも、Ｐｔ−Ｐｄ膜１１にはメッ
シュ板１３に形成された開口部以外の形状が転写されて
おり、ガラス基板１２の表面に誘起された電荷はこれを
介して速やかに緩和されていたことが分かる。

【００３４】(実施例３)図５に、試料の深さ方向の分析
として、ガラス基板２上に形成された絶縁膜について、
本発明による表面分析方法を用いて深さ方向の分析を行
った実施例を示す。試料として、ガラス基板２上にＳｉ
Ｎ膜３を形成し、その上にＳｉＯ_２膜４を形成した。

【００３５】まず、試料表面に、蒸着法によりＰｔ−Ｐ
ｄ膜１１を１０ｎｍの厚みで形成した。その上に、Ａｌ
製のメッシュ板１３を被せ、これを電気的に接地した。
ここで、Ｐｔ−Ｐｄ膜１１はメッシュ板１３に接触して
いるので同時に電気的に接地される。

【００３６】次に、分析領域上のＰｔ−Ｐｄ膜１１を除
去するために、メッシュ板１３を被せたまま、１ｍｍ平
方の領域２１をＡｒイオンによるスパッタエッチング処
理した。その後、オージェ分析を行い、得られたスペク
トルのピーク強度に基づき、元素組成比を算出する。さ
らに、エッチングと分析とを交互に繰り返し、深さ方向
の元素組成比の変化を調べ、図５に示した。図５のグラ
フの横軸はエッチングの累積時間を表し、縦軸は各分析
において算出されたＳｉ、ＯおよびＮｉの組成比を表し
ている。

【００３７】図５から分かるように、特定のエッチング
時間、すなわちある深さにおいて、ＳｉＯ_２からＳｉＮ
に組成が変化したことが明確に示され、良好な分析結果
が得られた。深さ方向の分析では、所望の深さまでエッ
チングを繰返して行う必要があるが、本発明による方法
では、エッチングされる領域内でも、メッシュ板１３下
のＰｔ−Ｐｄ膜１１が除去されないので、試料表面の導
電性を保つことができ、良好な分析が可能となる。

【００３８】本発明による表面分析方法をオージェ電子
分光分析を例にして説明したが、本発明の方法は、二次
イオン質量分析法など他の表面分析法であっても、入射
ビームの影響で試料表面が帯電する現象が発生し、分析
が困難となる場合に適用することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明により、絶縁性の表面を有する試
料の表面分析において、入射ビームの照射により試料表
面に発生する電荷を速やかに緩和することが可能とな
り、良好な分析を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による表面分析方法
を示す概略図。

【図２】本発明の第２の実施形態による表面分析方法
示す概略図。

【図３】本発明の第２の実施形態において使用する導
電性の薄板に形成される開口部の形状。

【図４】本発明の表面分析方法により得られたオージ
ェスペクトル。

【図５】本発明の表面分析方法により得られた深さ方
向の分析結果を示すグラフ。

【図６】従来の表面分析方法を示す概略図。

【図７】従来の別の表面分析方法を示す概略図。

【符号の説明】

１付着物２ガラス基板３ＳｉＮ４ＳｉＯ_２１１導電膜Ｐｔ−Ｐｄ１２アルミ板１２ａアルミ板に設けた開口部１３アルミ製メッシュ２１エッチングする領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G001 AA03 BA07 BA09 CA03 GA01 GA06 GA12 JA12 KA01 RA04 RA08 RA20 SA01 5C001 AA01 BB07 CC05 CC08 5C033 RR03 RR08 RR09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性の表面を有する試料の表面を分析
する方法であって、該試料の表面に導電膜を形成し、１
または複数の開口部が形成された導電性の薄板を少なく
とも分析領域が見えるように該導電膜上に被せ、該導電
膜または該導電性の薄板のいずれか一方あるいは該導電
膜および該導電性の薄板の両方を電気的に接地し、次い
で、該分析領域を含む領域であり、かつ、該導電性の薄
板に形成された１または複数の開口部から見える領域内
の導電膜を除去処理した後、該試料の表面に荷電粒子ま
たはフォトンを入射し、入射された荷電粒子またはフォ
トンと該試料との相互作用によって放出される粒子を検
出することによる表面分析方法。
【請求項２】該除去処理がスパッタエッチングによっ
て行われ、ここに、該スパッタエッチングは、該導電性
の薄板に形成された開口部のうち少なくとも１の開口部
より広い領域にイオンビームを走査して照射することを
特徴とする請求項１記載の表面分析方法。
【請求項３】該導電性の薄板に形成された１または複
数の開口部の形状が円形、正六角形、正方形、正三角
形、長方形またはひし形であることを特徴とする請求項
１または２に記載の表面分析方法。
【請求項４】該複数の開口部が形成された導電性の薄
板として、同一形状の開口部が繰返し形成された導電性
メッシュを用いることを特徴とする請求項１ないし３い
ずれかに記載の表面分析方法。