JPH08152418A

JPH08152418A - 光電子分光計測装置

Info

Publication number: JPH08152418A
Application number: JP6294774A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakamura; 浩中村; Tetsuo Abe; 哲男安部
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】試料を破壊することなく深さ方向分析や３次
元分析を行うことができる装置を提供する。【構成】光電子計測装置として、試料ＴＰに対してＸ
線を照射する照射手段２，３と、試料ＴＰから発生した
光電子の運動エネルギーに相関した物理量を検出する検
出手段７とを設ける。照射手段２，３は、複数の異なる
エネルギーのＸ線を試料ＴＰに対して照射可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物質の深さ方向分析や
３次元分析を行なう装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜の界面拡散、研磨面の表面変質層等
の解析に用いるため、極表面領域（深さ１０ｎｍ程度）
の深さ方向分析や３次元分析が可能な分析装置が、半導
体、複合材料、薄膜、精密加工などの広い分野において
求められている。この種の装置として、従来は、分析装
置にイオンビームスパッタ装置を組み合わせ、試料をイ
オンビームでエッチングして表面分析を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、イオンビー
ムにより表面をエッチングする方法では、元素によって
スパッタレートが異なるために、選択的にある元素が分
析領域から取り除かれたり、イオンビームの照射による
ミキシングによって組成および化学状態が照射前と比べ
て変化する現象などが起こり、試料へのダメージが大き
な問題になっている。試料の表面を非破壊で分析する方
法として、試料にＸ線を照射したときに発生する光電子
の運動エネルギーを検出し、検出結果から試料の元素を
同定するＸ線光電子分光法が知られている。ところが、
従来のＸ線光電子分光装置は電子線励起によって得られ
た単色Ｘ線を試料に照射しているため、試料の計測対象
領域の深さが一定で、試料を深さ方向に分析することは
不可能であった。

【０００４】本発明は、試料を破壊することなく深さ方
向分析や３次元分析を行うことができる装置および方法
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、請求項１の発明は、試料ＴＰに対
してＸ線を照射する照射手段２，３と、試料ＴＰから発
生した光電子の運動エネルギーに相関した物理量を検出
する検出手段７とを備え、照射手段２，３が複数の異な
るエネルギーのＸ線を試料ＴＰに対して照射可能とされ
た光電子分光計測装置により上述した目的を達成する。
請求項２の発明では、連続Ｘ線を発生する連続Ｘ線源２
と、連続Ｘ線を分光して特定のエネルギーのみを出射さ
せる分光手段３とを上記照射手段として設けた。請求項
３の発明では、連続Ｘ線源２としてレーザープラズマＸ
線源を用いた。請求項４の発明では、照射手段２，３か
ら出射されるＸ線を試料ＴＰに対して集光する集光手段
２０（図６参照）を設けた。請求項５の発明では、試料
ＴＰに対するＸ線の入射位置を試料ＴＰの表面と平行な
方向に変化させる走査手段２１（図６参照）を設けた。
請求項６の発明では、検出手段７が検出したデータをＸ
線のエネルギー毎に相互に比較して試料ＴＰの深さ方向
の元素分布に関連した情報を出力する解析手段８を設け
た。請求項７の発明は、複数の異なるエネルギーのＸ線
を試料ＴＰに順次照射し、Ｘ線の照射に対して試料ＴＰ
から発生した光電子の運動エネルギーに相関する物理量
を検出し、検出されたＸ線のエネルギー毎のデータを相
互に比較して試料ＴＰを深さ方向に分析する光電子分光
分析方法により上述した目的を達成する。

【０００６】

【作用】物質にＸ線を照射すると、元素およびその化学
状態を反映したエネルギーを持つ光電子が発生する。こ
の光電子の運動エネルギーは下式（１）で表される。

【数１】Ｅ_K＝ｈν−Ｅ_B−φ ……（１）ここで、Ｅ_Kは発生した光電子の運動エネルギー、ｈν
は入射したＸ線のエネルギー、Ｅ_Bは電子の結合（束
縛）エネルギー、φは装置の仕事関数である。Ｘ線のエ
ネルギーｈνおよび仕事関数φは、使用する光電子分光
装置に固有の値として既知なので、発生した光電子の運
動エネルギーＥ_Kを検出すれば、その値から電子の結合
エネルギーＥ_Bを求めて物質を構成する元素の組成およ
び各元素の化学状態を明らかにすることができる。以上
が光電子分光法の原理である。

【０００７】Ｘ線を照射したときに発生する光電子の脱
出深さ（平均自由行程）は、図７に示すように運動エネ
ルギーＥ_Kによって変化する。また、（１）式から明ら
かなように光電子の運動エネルギーＥ_Kは物質に照射す
るＸ線のエネルギーｈνによって決まる。従って、同一
物質に対して複数の異なるエネルギーのＸ線を照射すれ
ば光電子の脱出深さを変化させることができる。光電子
の脱出深さが変化すれば、物質の検出対象範囲が深さ方
向に変化することになる。例えば、図８（ａ）に示すよ
うに目的の元素の結合エネルギーＥ_Xよりも５０ｅＶ程
度高いエネルギーのＸ線を試料に照射したときには、物
質の表面から深さｔ1（ほぼ１ｎｍ）までの範囲に存在
する目的の元素からの光電子が物質外に脱出してそれら
の運動エネルギーが検出される。また、図８（ｂ）に示
すように、結合エネルギーＥ_Xより１ｋｅＶ程度高いエ
ネルギーのＸ線を照射したときには、物質の表面から深
さｔ２（ほぼ２ｎｍ）までの範囲の光電子が物質外に脱
出してそれらの運動エネルギーが検出される。

【０００８】ここで、図８（ａ）または図８（ｂ）のデ
ータ単独では、光電子の検出対象範囲が深さ方向の増減
しているだけで、それらの検出対象範囲内の特定領域
（例えば深さｔ１〜ｔ２の範囲）のみの光電子の運動エ
ネルギーに関するデータは得られない。ところが、図８
（ｂ）のデータから図８（ａ）のデータを差し引けば、
図８（ｃ）に示すように表面から深さｔ１〜ｔ２の範囲
から脱出した光電子のみに対応したデータが得られる。
深さｔ１，ｔ２は照射するＸ線のエネルギーに応じて変
更でき、深さｔ１〜ｔ２の幅は照射するＸ線のエネルギ
ーの変化幅により任意に設定できる。複数の元素につい
て分析を行う場合には、Ｘ線のエネルギーを順次変化さ
せてデータを取り込み、計測後データの解析を行うこと
によって複数の元素の同時測定の場合でも深さ方向の分
析が可能になる。

【０００９】本発明は以上の原理に基づくものである。
請求項１の発明では、照射手段２，３により複数の異な
るエネルギーのＸ線を試料ＴＰに照射できるので、照射
エネルギー毎に光電子の運動エネルギーに相関した物理
量を検出手段７で検出すれば、得られた複数のデータを
相互に比較して試料ＴＰを深さ方向に分析できる。請求
項２の発明では、連続Ｘ線源２から出射された連続Ｘ線
が分光手段３にて分光されて特定のエネルギーのみが出
射されるので、分光手段３から取り出すエネルギーの設
定を変更することで、所望のエネルギーのＸ線を得るこ
とができる。請求項３の発明では、レーザープラズマＸ
線源２により連続Ｘ線が容易に得られる。請求項４の発
明では、集光手段２０にて集光されてＸ線により試料Ｔ
Ｐの微小領域に関して深さ方向分析が行なえる。集光に
伴ってＸ線の強度が高まる。請求項５の発明では、走査
手段２１により試料ＴＰに対するＸ線の入射位置を変更
することで、試料ＴＰの３次元分析が行なえる。請求項
６の発明では、Ｘ線のエネルギーを変化させる毎に検出
手段７で得られたデータが解析手段８にて相互に比較さ
れ、試料の深さ方向の元素分布に関連した情報が出力さ
れるので、試料ＴＰの深さ方向の分析データが容易に得
られる。請求項７の発明では、複数の異なるエネルギー
のＸ線を試料に照射し、Ｘ線のエネルギー毎の運動エネ
ルギーに関連するデータを相互に比較するので、試料を
深さ方向に分析できる。

【００１０】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を参照したが、これにより本発
明が実施例に限定されるものではない。

【００１１】

【実施例】

−第１実施例− 図１は本発明の第１実施例の計測装置を示す図である。
図において符号１は第１のＸ線源、２は第２のＸ線源で
ある。第１のＸ線源１は単色Ｘ線Ｒ１を出射するもの
で、例えばアルミニウム（Ａｌ）をターゲットとする電
子線励起型Ｘ線源が用いられる。Ａｌがターゲットの場
合、出射される単色Ｘ線のエネルギーは１４８６．６ｅ
Ｖである。第２のＸ線源２は連続Ｘ線を出射するもの
で、例えばタングステン（Ｗ）をターゲットとするレー
ザープラズマＸ線源が用いられる。第２のＸ線源２から
の連続Ｘ線は分光器３に導かれる。分光器３は連続Ｘ線
を分光して特定のエネルギー（波長）のＸ線のみを出射
する。分光器３から出射されるＸ線Ｒ２のエネルギーは
例えば１ｋｅＶ以下で１ｅＶ刻みに変更可能とする。出
射するエネルギーはＣＰＵ４により指定される。ＣＰＵ
４については後述する。

【００１２】第１のＸ線源１からのＸ線Ｒ１の光軸と、
分光器３からのＸ線Ｒ２の光軸とは略直交し、それらの
交差部分に多層膜ミラー５が配置されている。多層膜ミ
ラー５はアクチュエータ６により図示の実線位置と点線
位置との間で駆動される。多層膜ミラー５が図示の実線
位置にあるときは第１のＸ線源１からのＸ線Ｒ１が試料
ＴＰに導かれる。多層膜ミラー５が図示の点線位置にあ
るときは分光器３からのＸ線Ｒ２が試料ＴＰに導かれ
る。試料ＴＰから脱出した光電子ＰＥの運動エネルギー
は検出器７にて検出され、その検出データが解析装置８
に入力される。検出器７には例えば静電半球分析器を用
いる。

【００１３】解析装置８は入力されたデータを蓄積する
メモリ８ａと、与えられたデータに基づいて所定の演算
を行なう演算部８ｂと、メモリ８ａのデータや演算部８
ｂの演算結果を出力する出力部８ｃとを備えている。演
算部８ｂでの処理は後述する。出力部８ｃにはＣＲＴ、
プリンタなど周知の出力手段を用いてよい。ＣＰＵ４お
よび解析装置８には、装置各部１〜８の動作や測定条
件、解析条件等をオペレータが指示するための入力装置
９が接続されている。入力装置９には例えばキーボード
を用いることができる。ＣＰＵ４、解析装置８および入
力装置９以外の構成要素は真空チャンバ１０内に格納さ
れている。測定開始に先立って真空チャンバ１０は真空
排気される。

【００１４】ＣＰＵ４は、入力装置９からの指示に従っ
てＸ線源１，２、分光器３、アクチュエータ６、検出器
７および解析装置８の動作を制御する。特に、試料ＴＰ
の計測手順として、ＣＰＵ４は第１のＸ線源１を使用し
た従来と同様の計測手順と、第２のＸ線源２を使用した
本発明の計測手順とを選択的に実行する。いずれの手順
で計測を行なうかは入力装置９を介してオペレータによ
り選択される。

【００１５】第１のＸ線源１による計測が選択されたと
きは、多層膜ミラー５が図の実線位置までミラーアップ
駆動され、第１のＸ線源１から単色Ｘ線Ｒ１が試料ＴＰ
に照射される。このとき試料ＴＰにて発生した光電子Ｐ
Ｅの運動エネルギーが検出器７にて検出され、検出され
たデータが解析装置８のメモリ８ａに蓄積される。解析
装置８では、メモリ８ａに蓄積された光電子の運動エネ
ルギーのデータと、予め判明している第１のＸ線源から
のＸ線Ｒ１のエネルギーとに基づいて、演算部８ｂによ
り上記（１）式から電子の結合エネルギーＥ_Bが算出さ
れ、その結果が出力部８ｃから出力される。

【００１６】一方、第２のＸ線源２による計測が入力装
置９から指示されると、ＣＰＵ４は図２に示す手順に従
って運動エネルギーの検出を行なう。ステップＳ１では
入力装置９から計測条件が入力されたか否かを判定し、
入力されていればステップＳ２へ、そうでなければ計測
条件の入力を待つ。計測条件には、試料ＴＰに照射する
Ｘ線Ｒ２のエネルギーの最大値ｈνmax、最小値ｈνmi
n、およびエネルギーの変化幅Δｈνが含まれる。ステ
ップＳ２では多層膜ミラー５を図１の点線位置までミラ
ーダウン駆動する。ステップＳ３では変数ｎとして初期
値１をセットし、ステップＳ４では次式（２）によりＸ
線の照射エネルギーｈνを決定し、その値に分光器３の
出射エネルギーをセットする。

【数２】ｈν＝ｈνmax−（ｎ−１）・Δｈν ……（２）

【００１７】ステップＳ５では第２のＸ線源２を起動し
て連続Ｘ線を発生させる。これにより試料ＴＰにエネル
ギーｈνｎのＸ線Ｒ２が照射される。Ｘ線Ｒ２の照射に
よって試料ＴＰから光電子ＰＥが発生し、その運動エネ
ルギーＥ_Kが検出器７にて検出されるので、ＣＰＵ４は
ステップＳ６にて検出した運動エネルギＥ_KをＸ線のエ
ネルギーｈνと対応付けて解析装置８のメモリ８ａに記
憶させる。続くステップＳ７では、Ｘ線のエネルギーｈ
νが最小エネルギーｈνminに一致するか否か判定す
る。一致しなければステップＳ８へ進んで変数ｎに１を
加算し、一致すれば検出を終了する。以上により、試料
ＴＰに照射されるＸ線のエネルギーｈνが最大エネルギ
ーｈνmaxから最小エネルギーｈνminまでΔｈν刻みで
変化し、Ｘ線のエネルギーが変化する毎に運動エネルギ
ーＥ_Kが検出されて解析装置８のメモリ８ａに記憶され
る。

【００１８】運動エネルギーＥ_Kの検出が終了した後
は、解析装置８の演算部８ｂにより深さ分析が行なわれ
る。その手順は、まず、メモリ８ａに記憶されたＸ線の
エネルギーｈνとそれに対応する運動エネルギーＥ_Kと
に基づいて、（１）式によりＸ線のエネルギーｈν毎に
結合エネルギーＥ_Bが算出される。算出された結合エネ
ルギーＥ_Bのデータはメモリ８ａの空き領域にＸ線のエ
ネルギーｈνと対応付けて記憶され、必要に応じて出力
部８ｃから出力される。次に、メモリ８ａに記憶された
結合エネルギーＥ_Bのデータ群から、Ｘ線のエネルギー
ｈνが最小変化幅（Δｈν）だけ相違する二つのデータ
が取り出され、それらの差分が演算部８ｂで演算されて
演算結果がメモリ８ａに記憶される。最小エネルギーｈ
νminのときの結合エネルギーＥ_Bのデータから最大エネ
ルギーｈνmaxのときの結合エネルギーＥ_Bのデータに至
るまで上記の差分を求める処理が繰り返される。以上に
より試料ＴＰの深さ方向に関する結合エネルギーＥ_Bの
分布が求められる。なお、上記ではＸ線のエネルギーｈ
νが最小変化幅（Δｈν）だけ相違する二つのデータの
差分を求めたが、試料の任意の深さｔ１，ｔ２に対応す
る二つのデータを取り出して差分を求めれば、深さｔ１
〜ｔ２の間の領域の電子の結合エネルギーを特定でき
る。

【００１９】次に、図３〜図５を参照して本実施例の計
測装置を用いた深さ方向分析の例を説明する。図３は試
料ＴＰの断面図である。この試料ＴＰは、シリコンウエ
ハ１１の表面にイオンビームスパッタ装置により窒化シ
リコン膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）１２およびシリコン膜１３をそれ
ぞれ３ｎｍずつ成膜したものである。この試料ＴＰのシ
リコン膜１３から発生する光電子を計測してシリコン膜
１３の状態を分析した。シリコン単体（２ｐ）の結合エ
ネルギーＥ_Bは９９．６ｅＶであるが、ＳｉＯ₂を構成す
るシリコン（２ｐ）では１０３．４ｅＶ、Ｓｉ₃Ｎ₄を構
成するシリコン（２ｐ）では１０２ｅＶに結合エネルギ
ーが変化する。従って、（１）式から明らかなように、
Ｘ線のエネルギーｈνが一定のときに検出される光電子
の運動エネルギーは、シリコンが単体か、酸化あるいは
窒化されているかによって変化する。

【００２０】深さ方向の分析を行う前に、第１のＸ線源
１からのＸ線Ｒ１（エネルギー１４８６．６ｅＶ）によ
りシリコン膜１３内の不純物の有無を確認した結果、重
元素等の不純物は検出されなかった。次に、第２のＸ線
源２からのＸ線Ｒ２によりＸ線のエネルギーｈνを１０
０ｅＶから１７０ｅＶまで１ｅＶ刻みで変化させて光電
子の運動エネルギーを検出し、その後、解析装置８によ
り結合エネルギーを算出した。結果の一例を図４に示
す。なお、図４（ａ）〜（ｃ）の横軸はいずれも電子の
結合エネルギー（ｅＶ）、縦軸は光電子の検出数の割合
を示す。

【００２１】図４（ａ）は、ｈν＝１５０ｅＶのときの
結合エネルギーの算出結果である。このときの計測深さ
はシリコン膜１３の表面から約０．５ｎｍである。この
結果から、シリコン膜１３の極表面は酸化してＳｉＯ_X
になっていることが判る。図４（ｂ）はｈν＝１１５ｅ
Ｖときの結合エネルギーの算出結果であり、計測深さは
シリコン膜１３の表面から約２ｎｍである。このデータ
では、図４（ａ）のデータでは小さかったシリコン単体
のピークが大きくなっている。また、ＳｉＯ_Xのピーク
も若干大きくなっており、シリコン膜１３の表面の酸化
膜の厚さが０．５ｎｍ以上であることを示している。図
４（ｃ）はｈν＝１１０ｅＶのときの結合エネルギーの
算出結果であり、計測深さはシリコン膜１３の表面から
約３ｎｍである。このデータでは、図４（ｂ）のデータ
と比べて新たにＳｉ₃Ｎ₄のピークが現れており、シリコ
ン膜１３と窒化シリコン膜１２との界面で拡散が起こっ
ているのではないかと考えられる。以上データからシリ
コンＳｉの三つの結合状態による結合エネルギーのシフ
トの状態がよくわかる。

【００２２】以上のようにして得られた結合エネルギー
のデータ群から、Ｘ線のエネルギーが最小変化幅（１ｅ
Ｖ）だけ相違する二つのデータを取り出してそれらの差
を求める操作を全データに関して繰り返し、シリコン膜
１３の表面からシリコン窒化膜１２との境界面までの結
合エネルギーＥ_Bの深さ方向の分布を求めた。得られた
深さ方向の分布データから元素を同定して元素毎の分布
濃度を求めた結果を図５に示す。図５のデータによれ
ば、試料ＴＰの表面の酸化層の厚さはほぼ１ｎｍで、シ
リコン膜１３とシリコン窒化膜１２の界面では若干拡散
が起きていることがわかる。

【００２３】−第２実施例− 図６は本発明の第２実施例の計測装置を示す図である。
図１と共通する部分には同一符号を付してある。図６か
ら明らかなように、本実施例の特徴は、試料ＴＰに照射
されるＸ線をマイクロビーム状に集光する集光器２０が
設けられた点、および試料ＴＰが試料ステージ２１によ
りｘ−ｙ−ｚの３軸方向に移動可能な点にある。なお、
ｚ軸は試料ＴＰに照射されるＸ線の光軸と平行な方向、
ｘ軸はｚ軸と直交する方向、ｙ軸はｘ−ｚ軸の双方と直
交する方向であり、図ではｙ軸が紙面と直交する。

【００２４】集光器２０は、Ｘ線の集光作用を有する光
学素子を単独で使用し、または複数組み合わせて構成さ
れる。ここで使用する光学素子としては、非球面反射鏡
（楕円鏡、ガイドチューブ等）、非球面を組み合わせた
反射鏡（ウォルター鏡等）、球面を組み合わせた反射鏡
（カークパトリック・ベッツ鏡、シュバルツシルド鏡
等）、回折を利用したゾーンプレート等を用いる。反射
鏡上には、単層もしくは多層の反射増加膜を形成しても
良い。好ましくは、Ｘ線のエネルギーが変化してもマイ
クロビームの集光位置が変化しない全反射を利用した反
射鏡、例えばウォルタ鏡を用いる。Ｘ線のエネルギーを
変化させても集光器２０などのアラインメントを再調整
する必要がなくなるからである。集光器２０として倍率
１００倍のウォルタ鏡を単独で使用した場合、試料ＴＰ
の表面で直径０．１μｍまでＸ線を集光できる。この場
合、試料ステージ２１により試料ＴＰをｚ軸方向に移動
させて例えば１．０μｍ〜０．１μｍの範囲でビーム径
を任意に選択できる。

【００２５】Ｘ線の集光を必要としない場合を考慮し
て、集光器２０はＸ線の光路から取り外し可能とされて
いる。試料ステージ２１の近傍には、試料ＴＰの表面を
観察する光学顕微鏡２２が配置されている。なお、本実
施例では、検出器７として円筒鏡型分析器を用いてい
る。ＣＰＵ２４は、第１実施例のＣＰＵ４と同様に、入
力装置９からの指示に従ってＸ線源１，２、分光器３、
検出器７および解析装置８の動作を制御する。試料ステ
ージ２１の動作もＣＰＵ２４にて制御される。

【００２６】以上の構成によれば、集光器２０をＸ線の
光路から外した状態で第２のＸ線源２から連続Ｘ線を発
生させることにより第１実施例と同様の深さ分析が行な
える。第１のＸ線源１からの単色Ｘ線Ｒ１のみによる分
析も可能である。これらの分析を行なう際のＣＰＵ２４
の計測手順は第１実施例と全く同一である。集光器２０
をＸ線の光路に取り込めば、マイクロビーム状に集光さ
れたＸ線により点分析、すなわち試料ＴＰの微小領域に
関する分析を行なうことができる。

【００２７】上記の点分析を行なうときは、Ｘ線の照射
に先立ってまず光学顕微鏡２２により試料ＴＰのアライ
メントおよび分析箇所の特定を行なう。このとき第２の
Ｘ線源２として設けたレーザープラズマＸ線源で発生し
た可視光を試料ＴＰに導くと観察が容易である。次い
で、Ｘ線を集光器２０にて集光し、試料ステージ２１を
ｚ軸方向に昇降させてビーム径を所定の値に調整する。
この後、試料ＴＰを載置して光電子の運動エネルギーの
計測と、必要なデータ解析を行なう。なお、この点分析
には、第１のＸ線源１および第２のＸ線源２のいずれも
使用できる。第２のＸ線源２を用いたときは微小領域に
関する深さ分析を行なえる。ＣＰＵ２４による光電子の
運動エネルギーの計測手順そのものは第１実施例と同様
である。

【００２８】第２のＸ線源２を用いた点分析に試料ステ
ージ２１のｘ−ｙ軸方向への２次元移動を加えることに
より試料ＴＰの３次元分析を行なうこともできる。この
場合、エネルギーの異なるＸ線を照射するのに先立って
第１のＸ線源１からのＸ線Ｒ１を集光器２０で集光して
試料ＴＰに照射しつつ、試料ステージ２１をｘ−ｙ軸方
向に駆動して分析対象範囲内の全元素を分析する。この
後、計測したい特定の元素に合わせて計測条件（Ｘ線の
エネルギーおよび検出器７の検出感度）を設定し、その
後、分光器３から取り出すＸ線のエネルギーの変化と試
料ステージ２１のｘ−ｙ軸方向の移動とを組み合わせて
３次元分析を行なう。この場合、試料ＴＰの分析対象範
囲を多数の微小領域に分割し、各微小領域毎にＸ線のエ
ネルギーを第１実施例と同様に変化させて深さ方向のデ
ータを解析装置８のメモリ８ａに蓄積し、その後、各微
小領域の深さ分析データを組み合わせて３次元データを
作成する。分光器３からのＸ線のエネルギーを変化させ
る毎に試料ステージ２１をｘ−ｙ軸方向にＸ線のビーム
径に等しいピッチずつ移動させて分析対象範囲全体の２
次元データをメモリ８ａに蓄積し、その後、Ｘ線のエネ
ルギー毎の２次元データを組み合わせて３次元データを
作成してもよい。

【００２９】以上の実施例では、第２のＸ線源２および
分光器３が照射手段を、検出器７が検出手段を、第２の
Ｘ線源２が連続Ｘ線源を、分光器３が分光手段を、集光
器２０が集光手段を、試料ステージ２１が走査手段を、
解析装置８が解析手段をそれぞれ構成する。なお、照射
手段として、電子線励起型Ｘ線源を用いることも可能で
ある。この場合には、ターゲットの異なる電子線励起型
Ｘ線源を組み合わせる。電子線励起型Ｘ線源のターゲッ
トを複数種類の間で切替可能とし、あるいは複数のター
ゲットに同時に電子線を衝突させて発生したＸ線を選択
的に出射させるようにしてもよい。これらの場合には、
飛び飛びではあるが５００ｅＶ以上のエネルギーのＸ線
を得ることができる。電子線を衝突させるターゲットに
は、Ｃ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｒｈ，Ｍｏ，Ｗ等を用いることが
できる。レーザープラズマＸ線源と電子線励起型Ｘ線源
を組み合わせて使用することによって、効果的に表面か
ら約１０ｎｍまでの深さ方向の分析を行うことが可能で
ある。目的に応じて各種のＸ線源を組み合わせて使用す
ることが望ましい。走査手段は、Ｘ線源やＸ線光学系を
移動させるものでもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光電子分
光計測装置によれば、試料に複数の異なるエネルギーの
Ｘ線を照射して、各エネルギー毎の光電子の運動エネル
ギーに相関した物理量を検出できるので、非破壊で試料
を深さ方向に分析できる。特に請求項２の発明によれ
ば、連続Ｘ線源と分光手段との組み合わせにより所望の
エネルギーのＸ線を簡単に得ることができる。請求項３
の発明によれば、レーザープラズマＸ線源により連続Ｘ
線を容易に得ることができる。請求項４の発明によれば
Ｘ線を集光して試料の微小領域を深さ方向に分析でき
る。Ｘ線の強度を高めて分析能力を向上させることもで
きる。請求項５の発明によれば、試料に対するＸ線の入
射位置を変更して試料を３次元に分析できる。請求項６
の発明によれば試料の深さ方向の分析データが容易に得
られる。また、本発明の分析方法によれば、複数の異な
るエネルギーのＸ線を試料に照射し、Ｘ線のエネルギー
毎の運動エネルギーに関連するデータを相互に比較する
ので、非破壊で試料を深さ方向に分析できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の光電子分光計測装置の概
略構成を示す図。

【図２】図１のＣＰＵにて実行される計測手順を示すフ
ローチャート。

【図３】第１実施例の計測装置による計測例で使用した
試料の断面図。

【図４】図３の試料を計測したときの結合エネルギーの
分布データの一例を示す図。

【図５】図３の試料を計測して得られたデータに基づい
て作成した元素分布図。

【図６】本発明の第２実施例の光電子分光計測装置の概
略構成を示す図。

【図７】光電子の運動エネルギーと脱出深さ（平均自由
行程）との関係を示す図。

【図８】本発明の深さ分析の原理を示す図。

【符号の説明】

１第１のＸ線源２第２のＸ線源（連続Ｘ線源）３分光器４ＣＰＵ５多層膜ミラー６アクチュエータ７検出器８解析装置９入力装置１０真空チャンバ２０集光器２１試料ステージ２２光学顕微鏡ＰＥ光電子ＴＰ試料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に対してＸ線を照射する照射手段
と、試料から発生した光電子の運動エネルギーに相関し
た物理量を検出する検出手段とを備え、前記照射手段
が、複数の異なるエネルギーのＸ線を前記試料に対して
照射可能であることを特徴とする光電子分光計測装置。
【請求項２】請求項１記載の光電子分光計測装置にお
いて、前記照射手段として、連続Ｘ線を発生する連続Ｘ線源
と、前記連続Ｘ線を分光して特定のエネルギーのみを出
射させる分光手段と、を設けたことを特徴とする光電子
分光計測装置。
【請求項３】請求項２記載の光電子分光計測装置にお
いて、前記連続Ｘ線源はレーザープラズマＸ線源であることを
特徴とする光電子分光計測装置。
【請求項４】請求項１記載の光電子分光計測装置にお
いて、前記照射手段から出射されたＸ線を前記試料に対して集
光する集光手段を設けたことを特徴とする光電子分光計
測装置。
【請求項５】請求項１記載の光電子分光計測装置にお
いて、前記試料に対するＸ線の入射位置を、試料表面と平行な
方向に変化させる走査手段を設けたことを特徴とする光
電子分光計測装置。
【請求項６】請求項１記載の光電子分光計測装置にお
いて、前記検出手段が検出したデータをＸ線のエネルギー毎に
相互に比較して試料の深さ方向の元素分布に関連した情
報を出力する解析手段を設けたことを特徴とする光電子
分光計測装置。
【請求項７】複数の異なるエネルギーのＸ線を試料に
順次照射し、Ｘ線の照射に対して試料から発生した光電
子の運動エネルギーに相関する物理量を検出し、検出さ
れたＸ線のエネルギー毎のデータを相互に比較して試料
を深さ方向に分析する光電子分光分析方法。