JP2000046770A - 元素分析方法 - Google Patents

元素分析方法

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JP2000046770A JP10214952A JP21495298A JP2000046770A JP 2000046770 A JP2000046770 A JP 2000046770A JP 10214952 A JP10214952 A JP 10214952A JP 21495298 A JP21495298 A JP 21495298A JP 2000046770 A JP2000046770 A JP 2000046770A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一次電子線の薄膜試料の透過に伴い、イオン
スパッタを行っていない薄膜試料の裏面、及びファラデ
ーカップ内部に電子線が照射されることで、炭素、酸素
の脱離と分析面への再吸着が起こることにより、シリコ
ン酸化膜の分析で、シリコンが検出されないという問題
点がある。 【解決手段】 薄膜試料1を試料台2に固定し、超高真
空装置内に導入し、試料台2を回転させながら、100
Å程度イオンスパッタを行う。尚、試料台の種類は問わ
ない。次に、試料台2を超高真空装置から取り出し、薄
膜試料1を試料台2から取り外す。次に、反対面をエッ
チングするため、薄膜試料1を反転し、内部にファラデ
ーカップを有した試料台3に固定する。このとき、ファ
ラデーカップから試料台表面に達する穴4と分析領域5
を一致させる。再び、超高真空に保たれたAESの測定
室に試料台3、及び薄膜試料を導入し、試料台3を回転
させながら100Å程度イオンスパッタを行う。その
後、AES測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線照射に基づ
く特定エネルギーを有する二次電子を検出し、固体試料
表面の微小領域の元素分析方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5に示すように、固体試料6の表面に
数百eV〜数十keVの一次電子線7を照射すると、固
体試料6の元素に関連したオージェ電子、特性X線等が
放出される。これらの内、オージェ電子をエネルギー分
析することにより、固体試料6の表面元素組成を測定す
るオージェ電子分光分析(AES)は、高い空間分解能
と表面感度とを有した分析方法であり、さまざまな分野
で活用されている。
【0003】一次電子線を微小化し、試料表面上を走査
する機能を追加したものが走査型オージェ電子分光分析
装置(SAM)である。図6は、AESの基本的構造を
示しており、一次電子線7を放出するフィラメント10
と引出電極11から構成される電子銃、一次電子線を偏
向するための偏向電極13、一次電子線を微少化するた
めのフォーカスレンズ12と対物レンズ14、及びオー
ジェ電子をエネルギー分析するための検出器15、像観
察のための二次電子検出器16等より構成されている。
【0004】従来、微小部の分析は、一次電子線のビー
ム径を微小化することで行われてきた。また、本装置に
用いられる試料台17及び試料18は、図6に示すよう
な単純な金属製の試料台17と固体試料が一般的であ
り、さらに、分析領域を微小化する目的で、図7に示す
ように、試料を薄膜化することで、試料内の電子線の散
乱効果を除外する方法が用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図5に固体試料6に一
次電子線7が入射時の模式図を示す。この場合、数百e
V〜数十keVに加速された一次電子線7が固体試料6
に照射されると、電子線照射に基づく固体内での一次電
子の散乱、二次電子、X線が発生する。(一次電子線の
散乱領域8)一次電子線7の照射領域以外でも固体試料
内で発生した散乱電子、二次電子、X線によってオージ
ェ電子が励起される。
【0006】この過程により発生したオージェ電子の
内、オージェ電子の脱出深さより浅い領域(試料表面か
ら数nm程度、オージェ電子の発生領域)で発生したオ
ージェ電子だけが信号として検出される。
【0007】近年、技術の進歩により、一次電子線が1
00Å程度まで微細化され、一次電子線の照射領域が微
小化しているが、電子線の散乱等の影響により、オージ
ェ電子の発生領域は実際の一次電子線のビーム径よりも
数倍広くなってしまう。この電子線の固体試料内での散
乱を抑制する目的で、図7に示すように試料を薄膜化す
る方法が用いられている。
【0008】図8に示す、シリコン窒化膜20/シリコ
ン酸化膜21/アルミニウム膜22/シリコン基板23
の試料について、機械研磨法とイオンビームスパッタ法
で薄膜化した後に、シリコン酸化膜についてAES分析
を行った結果を図9に示す。この薄膜試料の膜厚は、約
1000Å〜2000Å程度であり、薄膜試料を通過し
た電子線を吸収するために、図7に示す特殊なファラデ
ーカップを内蔵した試料台を用いている。
【0009】分析に用いた試料は、例えば、特開平3−
88258号公報に記載のように、超高真空(1×10
-8Pa)の測定装置に導入後、AES分析の直前に約1
00Å程度のスパッタエッチングを行い、ハイドロカー
ボン等の表面吸着等による分析面の表面汚染を除去して
いる。
【0010】この測定例によれば、従来法を用いて薄膜
試料をAES分析した場合、シリコン酸化膜部分の分析
にもかかわらず、炭素、酸素のみが検出され、シリコン
は全く検出されない。
【0011】この現象は、分析面への炭素、酸素の再吸
着に起因している。一次電子線の薄膜試料の透過に伴
い、イオンスパッタを行っていない薄膜試料の裏面、及
びファラデーカップ内部に電子線が照射されることで、
炭素、酸素の脱離と分析面への再吸着が起こることが主
原因である。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の元素分
析方法は、被分析試料を励起するために、該被分析試料
に一次電子線を照射する手段と、該一次電子線を偏向走
査する偏向手段と、上記被分析試料から発生した二次電
子線を分析するための電子線エネルギー分析手段と、該
電子線エネルギー分析手段により分析された電子を感知
する検出手段と、上記被分析試料を搭載する試料台とを
有する微小部分の元素分析装置を用いた元素分析方法に
おいて、上記被分析試料の表面及び裏面と試料台とを分
析前にイオンビームによるスパッタクリーニングを行う
ことを特徴とするものである。
【0013】また、請求項2に記載の元素分析方法は、
被分析試料を励起するために、該被分析試料に一次電子
線を照射する手段と、該一次電子線を偏向走査する偏向
手段と、上記被分析試料から発生した二次電子線を分析
するための電子線エネルギー分析手段と、該電子線エネ
ルギー分析手段により分析された電子を感知する検出手
段と、上記被分析試料を透過した一次電子線を捕獲する
ファラデーカップからなる捕獲手段を備えた上記被分析
試料を搭載する試料台とを有する微小部分の元素分析装
置を用いた元素分析方法において、上記被分析試料の表
面及び裏面とファラデーカップを含む試料台とを分析前
にイオンビームによるスパッタクリーニングを行うこと
を特徴とするものである。
【0014】更に、請求項3に記載の元素分析方法は、
上記スパッタクリーニングを上記被分析試料を試料台に
対して被分析面が垂直になるように固定し、回転させな
がら、被分析面に対して垂直方向にイオンビームを当て
るスパッタリングにより行うことを特徴とする、請求項
1又は請求項2に記載の微小部分分析方法である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、一実施の形態に基づいて、
本発明について詳細に説明する。
【0016】図1は本発明の第1の実施の形態の元素分
析方法の説明に供する図、図2は本発明の第2の実施の
形態の元素分析方法の説明に供する図、図3は本発明の
第3の実施の形態の元素分析方法の説明に供する図、図
4は本発明を用いた場合のAES分析結果を示す図、図
8は本発明で用いた薄膜試料の模式図である。
【0017】図において、1は薄膜試料、2は試料台、
3はファラデーカップを内蔵した試料台、3aは絶縁体
(碍子)、3bはファラデーカップ、4はファラデーカ
ップに通じる穴、5は分析領域、6は固体試料、7は一
次電子線、8は一次電子の散乱領域、9はオージェ電子
発生領域、20はシリコン窒化膜、21はシリコン酸化
膜、22はアルミニウム膜、23はシリコン基板であ
る。
【0018】まず、図8に示すように、固体試料を機械
研磨及びイオンビームスパッタを用いて薄膜化する。分
析領域5は、電子線が十分透過する膜厚まで薄膜化す
る。膜厚は約1000Å以下が望ましい。
【0019】以下、図1にしたがって、本発明の第1の
実施の形態の測定方法を説明する。
【0020】まず、薄膜試料1を試料台2に固定し、超
高真空装置内に導入し、試料台2を回転させながら、1
00Å程度イオンスパッタを行う。尚、試料台の種類は
問わない。次に、試料台2を超高真空装置から取り出
し、薄膜試料1を試料台2から取り外す。次に、反対面
をエッチングするため、薄膜試料1を反転し、内部にフ
ァラデーカップを有した試料台3に固定する。このと
き、ファラデーカップ3bから試料台表面に達する穴4
と分析領域5を一致させる。
【0021】次に、再び、超高真空に保たれたAESの
測定室に試料台3、及び薄膜試料を導入し、試料台3を
回転させながら100Å程度イオンスパッタを行う。そ
の後、AES測定を行う。
【0022】次に、図2にしたがって、本発明の第2の
実施の形態の測定方法を説明する。
【0023】まず、薄膜試料1を試料台2に垂直に固定
し、超高真空装置内に導入し、試料台2を回転させなが
ら、100Å程度イオンスパッタを行う。次に、試料台
2を超高真空装置から取り出し、薄膜試料1を試料台2
から取り外す。次に、内部にファラデーカップを有した
試料台3に固定する。このとき、ファラデーカップから
試料台表面に達する穴4と分析領域5を一致させる。再
び、超高真空に保たれたAESの測定室に試料台3、及
び薄膜試料を導入する。その後AES測定を行う。
【0024】次に、図3にしたがって、本発明の第3の
実施の形態の測定方法を説明する。
【0025】まず、内部にファラデーカップを有した試
料台3に薄膜試料1を斜めに固定する。固定する角度
は、水平面から30〜60°、特に45°が望ましい。
このとき、ファラデーカップから試料台表面に達する穴
4と、分析領域5を一致させる。
【0026】尚、試料台と薄膜試料との角度が30°未
満の場合、不純物のスパッタが行いにくくなり、薄膜試
料裏面の不純物の除去が不十分なものになる。また、試
料台と薄膜試料との角度が60°を越える場合も、不純
物のスパッタが行いにくくなり、不純物の除去が不十分
なものになる。
【0027】次に、試料台3及び薄膜試料1を超高真空
装置内に導入し、試料台3を回転させながら、100Å
程度イオンスパッタを行う。その後AES測定を行う。
【0028】本実施の形態では、サンプルが常に超真空
装置内にあり、大気中に駆り出される事がないので、大
気成分(C、O、N)の吸着を完全に除外することがで
きる。
【0029】上述の実施の形態に示すように、手法や手
順が異なっても、薄膜試料の両面を確実にスパッタエッ
チングし、有機物汚染を除去することが必要となる。こ
の際、イオンビームスパッタにより薄膜試料のエッチン
グ量は100〜200Åが望ましく、十分に有機物汚染
を確実に除去するためには、イオンビームスパッタ中に
試料を回転させ、あらゆる角度からスパッタを行う必要
がある。
【0030】エッチング量が100Å未満の場合、不純
物の除去が十分に行われない可能性を有し、また、エッ
チング量が200Åを越える場合は、薄膜試料の表面と
裏面とがそれぞれ200Åエッチングするため、電子銃
が十分に透過する膜厚まで薄膜化された試料がクリーニ
ングにより更に薄膜化されるため、分析ができなくなる
可能性を有する。
【0031】また、スパッタエッチング条件は、上述の
第1乃至第3の実施の形態に共通して、イオンビームの
加速電圧を2kV、イオンビームの電流量を45nA、
イオンビームの走査領域を2mm×2mm、イオンビー
ムの入射角度を試料面法線方向から60°、エッチング
速度をシリコン酸化膜換算で約27Å/minとした
が、本発明はこれに限定されるものではない。
【0032】また、ファラデーカップは、以下の工程で
クリーニングする。
【0033】まず、硫酸と過酸化水素水とを1:1の割
合で混合した混合溶液を化学反応で約110℃程度まで
温度が上昇した後、ファラデーカップを約15分間浸積
する。その後、純水で15分間流水洗浄し、その後、大
気中で250℃で30分のベーキングを行う。
【0034】以下に、第1の実施の形態の前処理方法を
行った薄膜試料のAES分析の結果について説明する。
【0035】AES測定は、20keVに加速された1
nAの一次電子線のエネルギー、及び電流量は、測定対
象により数百eVから数十keV、数nAから数μAの
範囲で任意に選択されるが、本実施の形態においては、
ビーム径を微小化するために、高加速(20kev)、
低電流(1nA)に調整されている。
【0036】図4に本発明を用いたAES分析結果を示
す。図9の前処理無しの分析結果と比較すると、有機物
汚染に代表される炭素の検出が殆ど見られず、シリコ
ン、酸素が顕著に検出されている。
【0037】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、薄膜試料に対して、分析の障害となる、炭素、
酸素の再付着を抑制し、高精度のAES分析が可能とな
る。試料の薄膜化による分析領域の微小化と合わせて、
極微小領域の高精度な組成分析ができるため、表面の元
素分析法として産業に寄与するものである。
【0038】また、請求項3に記載の本発明を用いるこ
とにより、よりクリーニング工程が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の元素分析方法の説
明に供する図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の元素分析方法の説
明に供する図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態の元素分析方法の説
明に供する図である。
【図4】本発明を用いた場合のAES分析結果を示す図
である。
【図5】従来の固体試料を分析したときの一次電子線照
射領域の模式図である。
【図6】従来のオージェ電子分光分析装置の構成図であ
る。
【図7】ファラデーカップを内蔵した試料台の断面図で
ある。
【図8】本発明で用いた薄膜試料の模式図である。
【図9】従来技術を用いた場合のAES分析結果を示す
図である。
【符号の説明】
1、19 薄膜試料 2、17 試料台 3 ファラデーカップを内蔵した試料台 4 ファラデーカップに通じる穴 5 分析領域 6、18 固体試料 7 一次電子線 8 一次電子の散乱領域 9 オージェ電子発生領域 10 フィラメント 11 引出電極 12 フォーカスレンズ 13 偏向電極 14 対物レンズ 15 検出器 16 二次電子検出器 20 シリコン窒化膜 21 シリコン酸化膜 22 アルミニウム膜 23 シリコン基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被分析試料を励起するために、該被分析
    試料に一次電子線を照射する手段と、該一次電子線を偏
    向走査する偏向手段と、上記被分析試料から発生した二
    次電子線を分析するための電子線エネルギー分析手段
    と、該電子線エネルギー分析手段により分析された電子
    を感知する検出手段と、上記被分析試料を搭載する試料
    台とを有する微小部分の元素分析装置を用いた元素分析
    方法において、 上記被分析試料の表面及び裏面と試料台とを分析前に、
    イオンビームによるスパッタクリーニングを行うことを
    特徴とする元素分析方法。
  2. 【請求項2】 被分析試料を励起するために、該被分析
    試料に一次電子線を照射する手段と、該一次電子線を偏
    向走査する偏向手段と、上記被分析試料から発生した二
    次電子線を分析するための電子線エネルギー分析手段
    と、該電子線エネルギー分析手段により分析された電子
    を感知する検出手段と、上記被分析試料を透過した一次
    電子線を捕獲するファラデーカップからなる捕獲手段を
    備えた上記被分析試料を搭載する試料台とを有する微小
    部分の元素分析装置を用いた元素分析方法において、 上記被分析試料の表面及び裏面とファラデーカップを含
    む試料台とを分析前にイオンビームによるスパッタクリ
    ーニングすることを特徴とする元素分析方法。
  3. 【請求項3】 上記スパッタクリーニングを上記被分析
    試料を試料台に対して被分析面が垂直になるように固定
    し、回転させながら、被分析面に対して垂直方向にイオ
    ンビームを当てるスパッタリングにより行うことを特徴
    とする、請求項1又は請求項2に記載の元素分析方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002328125A (ja) * 2001-05-02 2002-11-15 Stec Kk 金属中成分分析用試料の調整方法及び装置
JP2007149571A (ja) * 2005-11-30 2007-06-14 Hitachi High-Technologies Corp 試料測定方法、及び荷電粒子線装置
JP2011013021A (ja) * 2009-06-30 2011-01-20 Sumitomo Electric Ind Ltd 材料の評価方法
JP2016080633A (ja) * 2014-10-21 2016-05-16 住友金属鉱山株式会社 試料の前処理方法および分析方法
CN108896596A (zh) * 2018-09-18 2018-11-27 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种用于介质材料二次电子发射系数测量的样品测试载台

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