JP2793818B2 - 表面分析方法およびその装置 - Google Patents
表面分析方法およびその装置Info
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/227—Measuring photoelectric effect, e.g. photoelectron emission microscopy [PEEM]
- G01N23/2273—Measuring photoelectron spectrum, e.g. electron spectroscopy for chemical analysis [ESCA] or X-ray photoelectron spectroscopy [XPS]
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は表面および界面の分析技術に係り、特に非破
壊で高精度の深さ方向分析に好適な表面分析方法および
その装置に関する。
壊で高精度の深さ方向分析に好適な表面分析方法および
その装置に関する。
［従来の技術］ 半導体素子の微細化，薄膜化に伴ない、（微小部分析
と共に）深さ方向の分析が重要になりつつある。たとえ
ば、Si/SiO2界面の状態はMOSトランジスタの電気特性を
左右するし、polySi/SiO2やpolySi/Si3N4界面の状態は
キャパシタの電気特性に影響を与える。これら界面状態
（界面の急峻性や界面近傍での元素や化学結合状態の分
布や変化）を計測，分析し、その結果を製造プロセスに
反映することにより、トランジスタやキャパシタの電気
特性の向上をはかることができる。一方、光CVDプロセ
スでは、ＷやTiなど成膜金属の試料表面から試料内部へ
の分布が重要となる。
と共に）深さ方向の分析が重要になりつつある。たとえ
ば、Si/SiO2界面の状態はMOSトランジスタの電気特性を
左右するし、polySi/SiO2やpolySi/Si3N4界面の状態は
キャパシタの電気特性に影響を与える。これら界面状態
（界面の急峻性や界面近傍での元素や化学結合状態の分
布や変化）を計測，分析し、その結果を製造プロセスに
反映することにより、トランジスタやキャパシタの電気
特性の向上をはかることができる。一方、光CVDプロセ
スでは、ＷやTiなど成膜金属の試料表面から試料内部へ
の分布が重要となる。
上記界面や試料内部への元素分布が関与する領域は、
試料表面から数〜数10nmの深さに存在する。従って、こ
れらの計測、分析に必要な表面分析技術としては、試料
最表面から表面下数10nmの領域内部において、元素種や
化学結合状態、あるいは組成比の変化が分析できるもの
でなければならない。また、要求される深さ方向分解能
は、界面の急峻性等を考慮した場合、約0.1nmである。
もちろん、非破壊分析が要求されることは言うまでもな
い。
試料表面から数〜数10nmの深さに存在する。従って、こ
れらの計測、分析に必要な表面分析技術としては、試料
最表面から表面下数10nmの領域内部において、元素種や
化学結合状態、あるいは組成比の変化が分析できるもの
でなければならない。また、要求される深さ方向分解能
は、界面の急峻性等を考慮した場合、約0.1nmである。
もちろん、非破壊分析が要求されることは言うまでもな
い。
以上の要求に対し、現状の深さ方向分析技術としては
以下のものがある。その１つは、AES（オージェ電子分
光法）やSIMS（２次イオン質量分析法）に代表されるよ
うに、高運動エネルギーのイオン照射により試料表面を
スパッタリングして、表面もしくはスパッタリングされ
た粒子の分析により深さ方向の元素分析を行なう方法で
ある。また、EDX（エネルギー分散Ｘ線分析法）やPIXE
（粒子線励起Ｘ線放射分析法）に代表されるような、試
料表面に粒子線を照射し、放出される特性Ｘ線の試料内
部での吸収による強度減衰から、深さ方向の分析を行な
う方法もある。
以下のものがある。その１つは、AES（オージェ電子分
光法）やSIMS（２次イオン質量分析法）に代表されるよ
うに、高運動エネルギーのイオン照射により試料表面を
スパッタリングして、表面もしくはスパッタリングされ
た粒子の分析により深さ方向の元素分析を行なう方法で
ある。また、EDX（エネルギー分散Ｘ線分析法）やPIXE
（粒子線励起Ｘ線放射分析法）に代表されるような、試
料表面に粒子線を照射し、放出される特性Ｘ線の試料内
部での吸収による強度減衰から、深さ方向の分析を行な
う方法もある。
［発明が解決しようとする課題］ 先に述べた従来技術には以下に述べる問題点がある。
その１つは、イオン照射によるスパッタリングに見ら
れるカスケードミキシング効果である。この効果によ
り、イオン照射を受けた領域（照射面から１〜10nm深さ
の領域）内では元素の混ざり合いが起こり分析が均一化
するため、この領域内では深さ方向の元素分布は得られ
ない。このカスケードミキシング効果の他、イオン照射
スパッタリングには、元素種の違いによる選択スパッタ
リング効果や、イオンビームの不均一性に起因するクレ
ータエッヂ効果等分析精度を低下させる種々の要因があ
る。この結果、AESやSIMSの深さ方向分解能は1nmが限度
である（マギー，ホーニッヒ，サーフィス・アンド・イ
ンターフェイス・アナリシス，第４巻,35頁（1982
年）。C.W.Magee and R.E.Honig,Surf.Interface Anal.
４,35（1982））。さらに、AESやISMSには、化学結合状
態の分析がほとんど不可能，破壊分析であるという問題
点もある。
れるカスケードミキシング効果である。この効果によ
り、イオン照射を受けた領域（照射面から１〜10nm深さ
の領域）内では元素の混ざり合いが起こり分析が均一化
するため、この領域内では深さ方向の元素分布は得られ
ない。このカスケードミキシング効果の他、イオン照射
スパッタリングには、元素種の違いによる選択スパッタ
リング効果や、イオンビームの不均一性に起因するクレ
ータエッヂ効果等分析精度を低下させる種々の要因があ
る。この結果、AESやSIMSの深さ方向分解能は1nmが限度
である（マギー，ホーニッヒ，サーフィス・アンド・イ
ンターフェイス・アナリシス，第４巻,35頁（1982
年）。C.W.Magee and R.E.Honig,Surf.Interface Anal.
４,35（1982））。さらに、AESやISMSには、化学結合状
態の分析がほとんど不可能，破壊分析であるという問題
点もある。
一方、EDXやPIXEは、層状構造試料（層内の元素分布
は均一）の深さ方向分析を対象にした分析法であり、そ
の深さ方向分解能は5nm程度である。従って、低分解能
であるばかりでなく、その分布が連続的に変化する元素
の深さ方向分析は、EDXやPIXEでは不可能である。
は均一）の深さ方向分析を対象にした分析法であり、そ
の深さ方向分解能は5nm程度である。従って、低分解能
であるばかりでなく、その分布が連続的に変化する元素
の深さ方向分析は、EDXやPIXEでは不可能である。
以上述べたように、従来方法では深さ方向の分解能が
低く、元素の深さ方向分布の高精度測定ができない。ま
た、化学結合状態の分析も不可能という欠点がある。
低く、元素の深さ方向分布の高精度測定ができない。ま
た、化学結合状態の分析も不可能という欠点がある。
本発明の目的は、元素や化学結合状態の深さ方向の分
布を非破壊でかつ高精度に（深さ方向分解能0.1nm）
得ることのできる表面分析方法およびその装置を提供す
ることにある。
布を非破壊でかつ高精度に（深さ方向分解能0.1nm）
得ることのできる表面分析方法およびその装置を提供す
ることにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、表面分析技術としては、
XPS（Ｘ線励起光電子分析法）やUPS（真空紫外光電子分
光法）、すなわち光電子分光法を用いた。光電子分光法
では、試料表面に光（軟Ｘ線や真空紫外光など）を照射
して、試料表面から放出される電子のエネルギーを解析
することにより、元素種や化学結合状態に関する詳しい
情報が得られる。
XPS（Ｘ線励起光電子分析法）やUPS（真空紫外光電子分
光法）、すなわち光電子分光法を用いた。光電子分光法
では、試料表面に光（軟Ｘ線や真空紫外光など）を照射
して、試料表面から放出される電子のエネルギーを解析
することにより、元素種や化学結合状態に関する詳しい
情報が得られる。
この光電子分光法を用い、試料表面に入射する光のエ
ネルギーを変えながら、入射光エネルギーと放出電子の
エネルギーの差が常に一定となるように、放出電子の検
出を行なう。すなわち、入射光エネルギーの変化に同期
して、特定の結合エネルギーに対応する放出電子のみ検
出する。次に、この検出器からの出力信号に数学的変換
（積分変換）をほどこすことにより、目的とする元素の
深さ方法の分析を得ることができる。
ネルギーを変えながら、入射光エネルギーと放出電子の
エネルギーの差が常に一定となるように、放出電子の検
出を行なう。すなわち、入射光エネルギーの変化に同期
して、特定の結合エネルギーに対応する放出電子のみ検
出する。次に、この検出器からの出力信号に数学的変換
（積分変換）をほどこすことにより、目的とする元素の
深さ方法の分析を得ることができる。
［作用］ 先に述べたように、XPSやUPSでは光を試料表面に照射
して、放出された電子のエネルギーを解析することによ
り、元素種や化学結合状態の分析が可能である。イオン
スパツタリングのような方法を用いていないため、本分
析方法は本質的に非破壊分析である。
して、放出された電子のエネルギーを解析することによ
り、元素種や化学結合状態の分析が可能である。イオン
スパツタリングのような方法を用いていないため、本分
析方法は本質的に非破壊分析である。
次に、試料表面に入射する光のエネルギーを変えなが
ら、その変化に同期して特定の結合エネルギーに対応す
る放出電子のみ検出し、その検出信号を積分変換する方
法について述べる。
ら、その変化に同期して特定の結合エネルギーに対応す
る放出電子のみ検出し、その検出信号を積分変換する方
法について述べる。
XPSやUPSでは、結合エネルギーをEB入射光エネルギー
の変化に同期したエネルギー分析後の検出器からの出力
信号をＩ、試料表面への入射光のエネルギーをＥとする
と以下の関係が成り立つ。
の変化に同期したエネルギー分析後の検出器からの出力
信号をＩ、試料表面への入射光のエネルギーをＥとする
と以下の関係が成り立つ。
と表わされる。ここで、ｘは試料表面から試料内部に向
けて測った深さ、θは電子の射出方向を表わす角度であ
る。また、K,n,σ,f,λはそれぞれ定数、試料内での元
素密度、元素の光イオン化断面積、入射光強度、および
元素から射出された電子の試料内部での脱出深さ（平均
自由行程）を表わす。（１）式では、元素の面方向の分
布は一様と仮定した（後述するように、面方向分布が一
様でない場合に対しても本方法は有効である）。
けて測った深さ、θは電子の射出方向を表わす角度であ
る。また、K,n,σ,f,λはそれぞれ定数、試料内での元
素密度、元素の光イオン化断面積、入射光強度、および
元素から射出された電子の試料内部での脱出深さ（平均
自由行程）を表わす。（１）式では、元素の面方向の分
布は一様と仮定した（後述するように、面方向分布が一
様でない場合に対しても本方法は有効である）。
試料表面への入射光として、数10eV以上のエネルギー
を有する光を考えた場合、線吸収係数μの逆数μ-1は、
大部分の物質に対しμ-1＞100nmとなる（ヘンケ他、ア
トミック・データ・アンド・ニュークリア・データ・テ
ーブルズ、第27巻、１〜144頁（1982年）。B.L.Henke e
t al.,Atomic data and nuclear data tables 27,pp.1
−144（1982））。これに対し、λ（Ｅ−EB）を数10nm
以下に（入射光のエネルギーを調節して）制限すれば、
μ-1》λ（Ｅ−EB）と考えてよい。すなわち、この場
合、入射光の試料中での減衰は無視できることになり、
（１）式は と書き直すことができる。ここで Ｐ＝Ｐ（E,EB）＝1/［λ（Ｅ−EB）cosθ］ （３） である。
を有する光を考えた場合、線吸収係数μの逆数μ-1は、
大部分の物質に対しμ-1＞100nmとなる（ヘンケ他、ア
トミック・データ・アンド・ニュークリア・データ・テ
ーブルズ、第27巻、１〜144頁（1982年）。B.L.Henke e
t al.,Atomic data and nuclear data tables 27,pp.1
−144（1982））。これに対し、λ（Ｅ−EB）を数10nm
以下に（入射光のエネルギーを調節して）制限すれば、
μ-1》λ（Ｅ−EB）と考えてよい。すなわち、この場
合、入射光の試料中での減衰は無視できることになり、
（１）式は と書き直すことができる。ここで Ｐ＝Ｐ（E,EB）＝1/［λ（Ｅ−EB）cosθ］ （３） である。
（３）式において、λ（Ｅ−EB）は多くの物質につい
て と近似できることが知られており、定数A,Bが求められ
ている（シー，デンチ，サーフィス・アンド・インター
フェイス・アナリシス，第１巻,2頁（1979年）。M.P.Se
ah and W.A.Dench.Surf.Interface Anal.1,2（197
9））。また、Si,Au等多くの金属元素に対しては、Ｅ−
EBの関数としてλの値が詳しく測定されている（リンダ
ウ，スパイサー，ジャーナル・オブ・エレクトロン・ス
ペクトロスコピー・アンド・リレイテッド・フェノメ
ナ，第３巻,409頁（1974年）。I.Lindau and W.E.Spice
r.J.Elect.Spectrosc.Relat.Phenon.３,409（197
4））。従って、試料表面への入射光のエネルギーＥが
分かれば、文献値もしくは（３），（４）式からｐの値
を求めることができる。
て と近似できることが知られており、定数A,Bが求められ
ている（シー，デンチ，サーフィス・アンド・インター
フェイス・アナリシス，第１巻,2頁（1979年）。M.P.Se
ah and W.A.Dench.Surf.Interface Anal.1,2（197
9））。また、Si,Au等多くの金属元素に対しては、Ｅ−
EBの関数としてλの値が詳しく測定されている（リンダ
ウ，スパイサー，ジャーナル・オブ・エレクトロン・ス
ペクトロスコピー・アンド・リレイテッド・フェノメ
ナ，第３巻,409頁（1974年）。I.Lindau and W.E.Spice
r.J.Elect.Spectrosc.Relat.Phenon.３,409（197
4））。従って、試料表面への入射光のエネルギーＥが
分かれば、文献値もしくは（３），（４）式からｐの値
を求めることができる。
一方、（２）式中の検出器からの出力信号Ｉ（Ｅ）は
測定値であり、入射光強度ｆ（Ｅ）は実施例に述べるよ
うに測定可能である。また、元素の光イオン化断面積σ
（Ｅ）に対しては詳細なデータが存在する（イェー，リ
ンダウ，アトミツク・データ・アンド・ニュークリア・
データ・ティブルズ，第32巻,1〜155頁（1985年）。J.
J.Yeh and I.Lindau,Atomic data and nuclear data ta
bles 32,pp.1−155（1985））。以上述べたように、試
料表面への入射光のエネルギーＥを変化させることによ
り、種々のｐの値に対しＧ（ｐ）の値を求めることがで
きる。すなわちｐの関数としてＧ（ｐ）を得られる。
測定値であり、入射光強度ｆ（Ｅ）は実施例に述べるよ
うに測定可能である。また、元素の光イオン化断面積σ
（Ｅ）に対しては詳細なデータが存在する（イェー，リ
ンダウ，アトミツク・データ・アンド・ニュークリア・
データ・ティブルズ，第32巻,1〜155頁（1985年）。J.
J.Yeh and I.Lindau,Atomic data and nuclear data ta
bles 32,pp.1−155（1985））。以上述べたように、試
料表面への入射光のエネルギーＥを変化させることによ
り、種々のｐの値に対しＧ（ｐ）の値を求めることがで
きる。すなわちｐの関数としてＧ（ｐ）を得られる。
（２）式の積分は、Kn（ｘ）の積分変換の一種でラプ
ラス変換と呼ずれている。ラプラス変換には次式で表わ
される逆変換（以後、逆変換も単に積分変換と呼ぶ）が
存在する。
ラス変換と呼ずれている。ラプラス変換には次式で表わ
される逆変換（以後、逆変換も単に積分変換と呼ぶ）が
存在する。
（５）式に示されたごとく、先に求めたＧ（Ｐ）をＰ
によって収束するまで多数回数値微分することにより、
Kn（ｘ）、すなわち特定の総合エネルギーEBをも元素の
深さ方向分布ｎ（ｘ）を求めることができる（Ｋの値に
関しては、通常の光電子分子法で求めることが可能）。
この方法の深さ方向分解能は、（５），（３）式から明
らかなように、λの変化幅程度、すなわち0.1nm程度で
ある。
によって収束するまで多数回数値微分することにより、
Kn（ｘ）、すなわち特定の総合エネルギーEBをも元素の
深さ方向分布ｎ（ｘ）を求めることができる（Ｋの値に
関しては、通常の光電子分子法で求めることが可能）。
この方法の深さ方向分解能は、（５），（３）式から明
らかなように、λの変化幅程度、すなわち0.1nm程度で
ある。
以上述べたように、本発明では、試料表面に入射する
光のエネルギーを変えながら、その変化に同期して特定
の結合エネルギーに対応する電子のみ検出し、検出器か
らの出力信号を積分変換することにより、元素や化学結
合状態の分布を、分解能0.1nmで深さ分析することが
可能である。しかも、光を用いているため、分析は非破
壊である。
光のエネルギーを変えながら、その変化に同期して特定
の結合エネルギーに対応する電子のみ検出し、検出器か
らの出力信号を積分変換することにより、元素や化学結
合状態の分布を、分解能0.1nmで深さ分析することが
可能である。しかも、光を用いているため、分析は非破
壊である。
深さ方向だけでなく面方向にも元素等の分布変化が予
想される場合は、使用する光を集光して上に述べたと同
様の方法をとればよい。
想される場合は、使用する光を集光して上に述べたと同
様の方法をとればよい。
本発明では積分変換としてラプラス変換を例に説明し
たが、これ以外の積分変換の使用はもちろん可能であ
る。また、より厳密には、（１）〜（５）式において電
子放出の角度依存性等の補正項で入るが、これら補正項
はここで述べた議論に本質的影響は与えない（必要に応
じてこれら補正項はとり込めるものとする）。
たが、これ以外の積分変換の使用はもちろん可能であ
る。また、より厳密には、（１）〜（５）式において電
子放出の角度依存性等の補正項で入るが、これら補正項
はここで述べた議論に本質的影響は与えない（必要に応
じてこれら補正項はとり込めるものとする）。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
実施例1. 第１図において、分光器１からの光は試料２に照射さ
れる。この光照射により試料２表面から放出された電子
は、検出器３でエネルギー分析され検出される。分光器
１はコントローラ９で制御されており、これにより試料
２への入射光の波長スキャンが可能である。一方、検出
器３はコントローラ９と同期したコントロローラ５で制
御されている。この結果、試料２への入射光の波長（従
ってエネルギー）を変えながら、その変化に同期して特
定の結合エネルギーに対応した放出電子のみを検出する
ことが可能である。検出器３からの出力信号は演算装置
６に入力される。また、入力装置７からは、前節で述べ
た元素の光イオン化断面積σ（Ｅ）が演算装置６に入力
される（ここで、前節で述べた入射光強度ｆ（Ｅ）は測
定波長範囲でほぼ一定と仮定した。ｆ（Ｅ）が変化する
場合の実施例は実施例２で述べる）。以上のデータをも
とに、演算装置６で積分変換を行ない、演算結果（すな
わちｎ（ｘ））が出力装置８に出力される。ここで、演
算装置６は、積分変換に好都合なようにハードウェア的
に工夫した装置でもよいし、ソフトウエアによって制御
される高速の計算装置でもよい。
れる。この光照射により試料２表面から放出された電子
は、検出器３でエネルギー分析され検出される。分光器
１はコントローラ９で制御されており、これにより試料
２への入射光の波長スキャンが可能である。一方、検出
器３はコントローラ９と同期したコントロローラ５で制
御されている。この結果、試料２への入射光の波長（従
ってエネルギー）を変えながら、その変化に同期して特
定の結合エネルギーに対応した放出電子のみを検出する
ことが可能である。検出器３からの出力信号は演算装置
６に入力される。また、入力装置７からは、前節で述べ
た元素の光イオン化断面積σ（Ｅ）が演算装置６に入力
される（ここで、前節で述べた入射光強度ｆ（Ｅ）は測
定波長範囲でほぼ一定と仮定した。ｆ（Ｅ）が変化する
場合の実施例は実施例２で述べる）。以上のデータをも
とに、演算装置６で積分変換を行ない、演算結果（すな
わちｎ（ｘ））が出力装置８に出力される。ここで、演
算装置６は、積分変換に好都合なようにハードウェア的
に工夫した装置でもよいし、ソフトウエアによって制御
される高速の計算装置でもよい。
本実施例によれば、試料２への入射光の波長を変えな
がら、その変化に同期して特定の結合エネルギーに対応
した電子のみを検出し、その検出信号を積分変換するこ
とにより、特定の元素や化学結合状態の深さ方向分析を
非破壊で高精度（高深さ方向分解能）に分析できる。
がら、その変化に同期して特定の結合エネルギーに対応
した電子のみを検出し、その検出信号を積分変換するこ
とにより、特定の元素や化学結合状態の深さ方向分析を
非破壊で高精度（高深さ方向分解能）に分析できる。
実施例2. 実施例１では、ｆ（Ｅ）が測定波長範囲でほぼ一定と
仮定した。ここでは、ｆ（Ｅ）が測定波長範囲で変化す
る場合の実施例を説明する。
仮定した。ここでは、ｆ（Ｅ）が測定波長範囲で変化す
る場合の実施例を説明する。
第２図にその装置構成を示した。実施例１との違い
は、分光器１と試料２との間に入射光強度測定用のモニ
タ10を設けた点にある。分光器１からの光は、モニタ10
通過後試料２に入射する。モニタ10からの光強度信号
（たとえば、光照射による２次電子放出で生ずる電流信
号）は、演算装置11に入力される。演算装置11では、前
節で述べた演算過程に従って、試料２への入射光の強度
変化および光イオン化断面積の変化が補正されて、積分
変換が行なわれる。この演算結果は出力装置８に出力さ
れる。
は、分光器１と試料２との間に入射光強度測定用のモニ
タ10を設けた点にある。分光器１からの光は、モニタ10
通過後試料２に入射する。モニタ10からの光強度信号
（たとえば、光照射による２次電子放出で生ずる電流信
号）は、演算装置11に入力される。演算装置11では、前
節で述べた演算過程に従って、試料２への入射光の強度
変化および光イオン化断面積の変化が補正されて、積分
変換が行なわれる。この演算結果は出力装置８に出力さ
れる。
本実施例によれば、試料２への入射光強度が変化する
場合でもこの変化を補正しているため、正確な深さ方向
分布を求めることが可能である。
場合でもこの変化を補正しているため、正確な深さ方向
分布を求めることが可能である。
実施例3. これまでに述べた実施例では、試料２内での元素の面
方向分布は一様と仮定していた。しかし、試料によって
は面方向分布が一様でない場合もあり得る。この場合に
元素の深さ方向分布を求めるためには、試料２表面の微
小領域にのみ光を照射することが必要となる。
方向分布は一様と仮定していた。しかし、試料によって
は面方向分布が一様でない場合もあり得る。この場合に
元素の深さ方向分布を求めるためには、試料２表面の微
小領域にのみ光を照射することが必要となる。
第３図にその実施例を示した。分光器１からの光は、
光学系12によって集光され、試料２表面上の微小領域に
入射する。光照射により試料２表面から放出された電子
は、検出器３でエネルギー分析され検出される。その他
の部分は実施例１と同じである。
光学系12によって集光され、試料２表面上の微小領域に
入射する。光照射により試料２表面から放出された電子
は、検出器３でエネルギー分析され検出される。その他
の部分は実施例１と同じである。
ここで光学系12は、全反射を利用した反射型光学系で
あることが望ましい。XPSやUPSでは軟Ｘ線から真空紫外
領域の光が使用されるが、これらの光に対しては、透過
・回折型や反射型の光学系を用いて集光が可能である。
反射型光学系は波長により焦点距離等集光特性が変化し
ないものが多く、本発明に最適である。第３図には示さ
れていないが、焦点距離等の変化に対応する試料２の移
動機構、光学系12の微調機構を設ければ、透過・回折型
光学系の使用も可能である。
あることが望ましい。XPSやUPSでは軟Ｘ線から真空紫外
領域の光が使用されるが、これらの光に対しては、透過
・回折型や反射型の光学系を用いて集光が可能である。
反射型光学系は波長により焦点距離等集光特性が変化し
ないものが多く、本発明に最適である。第３図には示さ
れていないが、焦点距離等の変化に対応する試料２の移
動機構、光学系12の微調機構を設ければ、透過・回折型
光学系の使用も可能である。
本実施例によれば、光を微小領域に集光しているた
め、面方向分布を持つ試料に対しても、元素の正確な深
さ方向分布を得ることが可能である。
め、面方向分布を持つ試料に対しても、元素の正確な深
さ方向分布を得ることが可能である。
実施例4. 第４図は、元素や化学結合状態の３次元分布を得るた
めの装置構成の一例である。実施例３との最大の相違点
は、コントローラ13により試料台４が微小移動可能であ
ることにある。試料移動に関する信号は、コントローラ
13から演算装置14に入力され、試料２の面方向の情報と
して処理される。
めの装置構成の一例である。実施例３との最大の相違点
は、コントローラ13により試料台４が微小移動可能であ
ることにある。試料移動に関する信号は、コントローラ
13から演算装置14に入力され、試料２の面方向の情報と
して処理される。
本実施例では、入射光の波長変化と積分変換により深
さ方向分布が、試料の微小移動により面方向分布が得ら
れる。この両測定結果を合わせることにより、３次元分
布が得られる。
さ方向分布が、試料の微小移動により面方向分布が得ら
れる。この両測定結果を合わせることにより、３次元分
布が得られる。
実施例５ 実施例４では、試料台４（従って試料２）を微小移動
することで面方向分布を得ていた。しかし、これ以外の
方法でも面方向分布を得ることができる。第５図にその
一例を示した。
することで面方向分布を得ていた。しかし、これ以外の
方法でも面方向分布を得ることができる。第５図にその
一例を示した。
第５図では、集光途中に設置した反射鏡15により光を
反射している。この際、反射鏡15の設置された制御台16
をコントローラ17で微動させることにより、試料２表面
上で光ビームを走査することができる。制御台16の微動
に関する信号は、光ビームの走査信号として、コントロ
ーラ17から演算装置14に入力される。
反射している。この際、反射鏡15の設置された制御台16
をコントローラ17で微動させることにより、試料２表面
上で光ビームを走査することができる。制御台16の微動
に関する信号は、光ビームの走査信号として、コントロ
ーラ17から演算装置14に入力される。
本実施例によれば、反射鏡15で光ビームの走査を行う
ため、実施例４と同じく３次元分布を得ることができ
る。
ため、実施例４と同じく３次元分布を得ることができ
る。
実施例４および５の本質は、試料２表面上での光の照
射装置を変えることにある。ここに示した以外にも光の
照射位置を変化させ得る方法はある。それら他方法を用
いて３次元分布を得る方法も、本発明に含まれる。
射装置を変えることにある。ここに示した以外にも光の
照射位置を変化させ得る方法はある。それら他方法を用
いて３次元分布を得る方法も、本発明に含まれる。
以上述べた各実施例において、光の試料面への入射角
度、電子の検出角度（検出器３の試料面に対する角度）
を調節することによって、さらに深さ方向に高分解能で
分析することが可能である。発明の本質を明確にするた
め、これら角度調節機構は第１図から第５図において省
略した。これら角度調節機構は必要に応じて取付け可能
とする。
度、電子の検出角度（検出器３の試料面に対する角度）
を調節することによって、さらに深さ方向に高分解能で
分析することが可能である。発明の本質を明確にするた
め、これら角度調節機構は第１図から第５図において省
略した。これら角度調節機構は必要に応じて取付け可能
とする。
分光器１に対する光源については、広い波長範囲を有
する光源であることが必要である。たとえば、シンクロ
トロン放射光やＸ線管の制御輻射光が考えられる。
する光源であることが必要である。たとえば、シンクロ
トロン放射光やＸ線管の制御輻射光が考えられる。
［発明の効果］ 本発明によれば、試料表面への入射光のエネルギーを
変化させながら、その変化に同期して特定の結合エネル
ギーに対応する電子のみを検出し、その検出信号を積分
変換しているので、元素や化学結合状態の深さ方向分布
を非破壊で高精度に分析できる。また、光を試料表面上
に集光した場合、３次元分布を得ることもできる。
変化させながら、その変化に同期して特定の結合エネル
ギーに対応する電子のみを検出し、その検出信号を積分
変換しているので、元素や化学結合状態の深さ方向分布
を非破壊で高精度に分析できる。また、光を試料表面上
に集光した場合、３次元分布を得ることもできる。
第１図から第５図は本発明のそれぞれ異なる一実施例を
示す構成図である。 １……分光器、２……試料、３……検出器、４……試料
台、５……コントローラ、６……演算装置、７……入力
装置、８……出力装置、９……コントローラ、10……モ
ニタ、11……演算装置、12……光学系、13……コントロ
ーラ、14……演算装置、15……反射鏡、16……制御台、
17……コントローラ。
示す構成図である。 １……分光器、２……試料、３……検出器、４……試料
台、５……コントローラ、６……演算装置、７……入力
装置、８……出力装置、９……コントローラ、10……モ
ニタ、11……演算装置、12……光学系、13……コントロ
ーラ、14……演算装置、15……反射鏡、16……制御台、
17……コントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−119450（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−96544（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−1960（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−17845（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−50648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−220845（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−94637（ＪＰ，Ａ) 米国特許5028778（ＵＳ，Ａ) 欧州特許366096（ＥＰ，Ｂ１) 独国特許68916168（ＤＥ，Ｃ０) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 23/00 - 23/227 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (18)
- 【請求項１】試料表面へエネルギーを変化させながら光
を照射し、上記試料表面から放出される特定の結合エネ
ルギーに対応する電子を検出し、該検出信号を積分変換
する表面分析方法。 - 【請求項２】試料表面へエネルギーを変化させながら光
を照射し、上記試料表面から放出される電子のうち上記
照射光のエネルギーと一定の差を有するエネルギーを持
つ電子を検出し、該検出信号を積分変換する表面分析方
法。 - 【請求項３】上記積分変換がラプラス変換である請求項
１又は２記載の表面分析方法。 - 【請求項４】上記積分変換が、上記照射光のエネルギー
変化に伴なう元素の光イオン化断面積の変化、もしくは
上記照射光の強度変化、あるいはこれら両者の変化を補
正した積分変換である請求項１から３記載のうちいずれ
かの表面分析方法。 - 【請求項５】上記照射光が軟Ｘ線から真空紫外領域の光
である請求項４記載の表面分析方法。 - 【請求項６】上記照射光が上記試料表面上の特定領域に
集光された光である請求項１から５記載のうちいずれか
の表面分析方法。 - 【請求項７】上記照射光の集光を、反射型光学系もしく
は透過・回折型光学系、あるいはその両者を用いて行な
う請求項６記載の表面分析方法。 - 【請求項８】上記照射光の光軸に対し、上記試料表面を
その位置を制御しながら移動させる請求項６又は７記載
の表面分析方法。 - 【請求項９】上記試料表面上で上記照射光を走査する請
求項６又は７記載の表面分析方法。 - 【請求項１０】試料表面への光照射により上記試料表面
から放出される電子を観測する表面分析装置において、
上記照射光のエネルギーの変化手段、上記放出電子の上
記照射光のエネルギー変化に対応したエネルギー分析手
段、エネルギー分析後の上記放出電子の検出手段、およ
び該放出電子の検出信号を積分変換する手段を設けた表
面分析装置。 - 【請求項１１】上記積分変換する手段がラプラス変換を
行なう手段である請求項10記載の表面分析装置。 - 【請求項１２】上記積分変換する手段は、上記試料表面
への上記照射光のエネルギー変化に伴なう元素の光イオ
ン化断面積変化の入力手段、もしくは上記照射光のエネ
ルギー変化に伴なう上記照射光の強度変化のモニタ手段
と入力手段とを有する請求項10又は11記載の表面分析装
置。 - 【請求項１３】上記照射光が軟Ｘ線から真空紫外領域の
光である請求項12記載の表面分析装置。 - 【請求項１４】上記照射光を上記試料表面上の特定領域
に集光するための手段を設けた請求項10から13記載のう
ちいずれかの表面分析装置。 - 【請求項１５】上記集光するための手段が、反射型光学
系もしくは透過・回折型光学系、あるいはその両者より
構成される請求項14記載の表面分析装置。 - 【請求項１６】上記照射光の光軸に対し、上記試料表面
をその位置を制御しながら移動させる移動手段を設けた
請求項14又は15記載の表面分析装置。 - 【請求項１７】上記試料表面上での上記照射光の走査手
段を設けた請求項14又は15記載の表面分析装置。 - 【請求項１８】上記照射光の走査手段が鏡面での光の反
射を利用した走査手段である請求項17記載の表面分析装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63266037A JP2793818B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | 表面分析方法およびその装置 |
| US07/425,056 US5028778A (en) | 1988-10-24 | 1989-10-20 | Surface analysis method and a device therefor |
| DE68916168T DE68916168T2 (de) | 1988-10-24 | 1989-10-24 | Verfahren und Vorrichtung zur Analyse einer Oberfläche. |
| EP89119769A EP0366096B1 (en) | 1988-10-24 | 1989-10-24 | Surface analysis method and a device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63266037A JP2793818B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | 表面分析方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02114159A JPH02114159A (ja) | 1990-04-26 |
| JP2793818B2 true JP2793818B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=17425511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63266037A Expired - Lifetime JP2793818B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | 表面分析方法およびその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5028778A (ja) |
| EP (1) | EP0366096B1 (ja) |
| JP (1) | JP2793818B2 (ja) |
| DE (1) | DE68916168T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US5233191A (en) * | 1990-04-02 | 1993-08-03 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus of inspecting foreign matters during mass production start-up and mass production line in semiconductor production process |
| US5463459A (en) | 1991-04-02 | 1995-10-31 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for analyzing the state of generation of foreign particles in semiconductor fabrication process |
| US5198667A (en) * | 1991-12-20 | 1993-03-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and apparatus for performing scanning tunneling optical absorption spectroscopy |
| US5393980A (en) * | 1993-05-11 | 1995-02-28 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Quality monitor and monitoring technique employing optically stimulated electron emmission |
| IL137208A0 (en) * | 2000-07-06 | 2001-07-24 | Yeda Res & Dev | Method for depth profiling of a sample |
| DE10217513B4 (de) * | 2002-04-19 | 2004-06-17 | Gesellschaft zur Förderung der Spektrochemie und angewandten Spektroskopie e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von verdeckten, oberflächennahen Schichten mittels Photoelektronen-Spektrometrie |
| JP3519397B1 (ja) * | 2002-10-09 | 2004-04-12 | 沖電気工業株式会社 | 固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法 |
| DE10304852B4 (de) * | 2003-02-06 | 2007-10-11 | Siemens Ag | Röntgen-Monochromator für eine Röntgeneinrichtung |
| KR20050043257A (ko) * | 2003-11-05 | 2005-05-11 | 삼성전자주식회사 | 3차원 표면 분석 방법 |
| JP4410154B2 (ja) * | 2005-06-09 | 2010-02-03 | 株式会社東芝 | デコンボリューション解析装置、デコンボリューション解析プログラム及びデコンボリューション解析方法 |
| US8011830B2 (en) * | 2008-04-29 | 2011-09-06 | Revera Incorporated | Method and system for calibrating an X-ray photoelectron spectroscopy measurement |
| US7952073B2 (en) * | 2008-08-01 | 2011-05-31 | Direct Electron, Lp | Apparatus and method including a direct bombardment detector and a secondary detector for use in electron microscopy |
| US10302556B2 (en) | 2015-09-04 | 2019-05-28 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Optically stimulated electron emission measurement device and method for characterizing and comparing levels and species of surface contaminants |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4590376A (en) * | 1984-05-30 | 1986-05-20 | Photo Acoustic Technology, Inc. | Apparatus and technique for monitoring photoelectron emission from surfaces |
-
1988
- 1988-10-24 JP JP63266037A patent/JP2793818B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-10-20 US US07/425,056 patent/US5028778A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-24 EP EP89119769A patent/EP0366096B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-10-24 DE DE68916168T patent/DE68916168T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0366096A3 (en) | 1990-08-29 |
| US5028778A (en) | 1991-07-02 |
| EP0366096B1 (en) | 1994-06-15 |
| DE68916168D1 (de) | 1994-07-21 |
| JPH02114159A (ja) | 1990-04-26 |
| DE68916168T2 (de) | 1994-09-22 |
| EP0366096A2 (en) | 1990-05-02 |
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