JP2000088560A - Method and apparatus for measurement of film thickness - Google Patents

Method and apparatus for measurement of film thickness

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JP2000088560A
JP2000088560A JP10262687A JP26268798A JP2000088560A JP 2000088560 A JP2000088560 A JP 2000088560A JP 10262687 A JP10262687 A JP 10262687A JP 26268798 A JP26268798 A JP 26268798A JP 2000088560 A JP2000088560 A JP 2000088560A
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film thickness
sample
polarization
degree
magnetic
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Japanese (ja)
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Takashi Furukawa
貴司 古川
Kazuyuki Koike
和幸 小池
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a method and an apparatus in which a film thickness can be measured by using a phenomenon that, while a thin film sample is being manufactured by a vacuum evaporation operation, the degree of polarization of secondary electrons emitted by irradiating the surface of the sample with primary electrons generates a kink in every thickness of one atomic layer as a function of the film thickness of the sample. SOLUTION: While a nonmagnetic-substance sample is being vacuum-evaporated by using a vacuum evaporation device 13, a magnetic-substance substrate 11 is irradiated with primary electrons having an energy of about 100 eV by an electron gun 12. At this time, the degree of polarization of secondary electrons emitted from the surface of the sample is measured by a degree-of-polarization measuring device 14, and it is attenuated as a function of the film thickness of the nonmagnetic-substance sample formed on the substrate 11. At this time, regarding the degree of polarization of the secondary electrons during the vacuum evaporation operation, its grade is changed discontinuously when the formation of every layer is completed, and a kink is generated in the film thickness. Iron is used as the substrate 11, and gold is used as the nonmagnetic-substance sample. At this time, the kink is equal to the thickness of one atomic layer of the gold. As a result, when the film thickness of the gold can be calibrated by using the kink, the thickness of a gold thin film can be detected precisely. By using this phenomenon, the film thickness can be measured with high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、膜厚測定方法およ
び装置に係り、特に原子レベルの試料膜厚の測定に適し
た膜厚測定方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a film thickness, and more particularly to a method and an apparatus for measuring a film thickness suitable for measuring a sample film thickness at an atomic level.

【0002】[0002]

【従来の技術】基板上に、上記基板と異なる材料を真空
蒸着法によって成膜する際、オージェ信号強度が試料の
膜厚の関数として1原子層毎にキンクを生ずる現象を試
料の膜厚測定に用いる方法がシン・ソリッド・フィルム
ズ(Thin Solid Films)第188巻(1990年)の10
9頁から122頁に報告されている。
2. Description of the Related Art When a material different from the above-mentioned substrate is formed on a substrate by a vacuum deposition method, the phenomenon that the Auger signal intensity causes a kink for every one atomic layer as a function of the film thickness of the sample is measured. The method used for thin solid films (Thin Solid Films) Vol. 188 (1990), No. 10
It is reported from pages 9 to 122.

【0003】オージェ信号強度によって試料の膜厚を測
定する方法は以下の原理により説明できる。
A method of measuring the thickness of a sample based on the Auger signal intensity can be explained by the following principle.

【0004】いま、基板上に1原子層の厚さがdの薄膜
が存在する場合を考える。基板からのオージェ電子の信
号強度Isは薄膜を通過する際に強度を減じ、Is=Is
0exp(−d/As)となる。一方、薄膜からのオージェ
電子の信号強度Idは、Id=Id0(1−exp(−d
/Ad))となる。ここでIs0,Id0は、それぞれ
充分に厚い基板および薄膜に対するIs,Idの値であ
り、As,Adはそれぞれオージェ電子の平均脱出深さ
である。つまり、試料内部から放出されるオージェ電子
の信号強度は、上部の層を通過する際に減衰するので、
基板上に、第n層の被覆率がrである層状薄膜が存在す
る場合の基板および薄膜からのオージェ電子の信号強度
は、それぞれ、Isn(r)=Is0((Is1/Is0)^(n−1))(1+
(Is1/Is0−1)r),Idn(r)=Id0(1−((Id1/Id0)^(n−
1))(1−(Id1/Id0)r))、と表すことができる。ただ
し、Is1,Id1はそれぞれ1原子層の薄膜が存在す
るときの、基板原子および吸着原子からのオージェ電子
の信号強度である。
Now, consider a case where a thin film having a thickness of one atomic layer d is present on a substrate. The signal intensity Is of Auger electrons from the substrate decreases when passing through the thin film, and Is = Is
0exp (-d / As). On the other hand, the signal intensity Id of Auger electrons from the thin film is Id = Id0 (1-exp (-d
/ Ad)). Here, Is0 and Id0 are the values of Is and Id for a sufficiently thick substrate and thin film, respectively, and As and Ad are the average escape depths of Auger electrons, respectively. In other words, the signal intensity of Auger electrons emitted from inside the sample attenuates when passing through the upper layer,
The signal intensity of Auger electrons from the substrate and the thin film when the layered thin film having the n-th layer coverage r is present on the substrate is Isn (r) = Is0 ((Is1 / Is0) ^ (n -1)) (1+
(Is1 / Is0−1) r), Idn (r) = Id0 (1 − ((Id1 / Id0) ^ (n−
1)) (1− (Id1 / Id0) r)). Here, Is1 and Id1 are the signal intensities of Auger electrons from substrate atoms and adatoms when a thin film of one atomic layer exists.

【0005】この式から明らかなように、基板上への薄
膜試料の蒸着中において、各層の形成中のオージェ電子
の信号強度はいずれも直線的に変化するが、各層の形成
の完了時において、その勾配が不連続に変化する。従っ
てこの勾配の不連続な変化から、膜厚を原子レベルで測
定することが可能となる。
As is apparent from this equation, the signal intensity of Auger electrons during the formation of each layer changes linearly during the deposition of the thin film sample on the substrate, but upon completion of the formation of each layer, The gradient changes discontinuously. Therefore, the film thickness can be measured at an atomic level from the discontinuous change of the gradient.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、試料表面近傍から放出される全電子から微少なオ
ージェ電子のみを選別して収集するために、オージェ電
子検出用の充分な明るさと高いエネルギー分解能を持つ
電子光学系を試料表面に充分近付けることが必要とな
る。このため、蒸着物質の基板への入射を妨げないよう
な特殊な試料台が必要となる点で問題がある。
However, in the above-mentioned prior art, since only minute Auger electrons are selectively collected from all the electrons emitted from the vicinity of the sample surface, sufficient brightness and high brightness for detecting Auger electrons are obtained. It is necessary to bring the electron optical system having energy resolution sufficiently close to the sample surface. For this reason, there is a problem in that a special sample stage that does not prevent the deposition material from being incident on the substrate is required.

【0007】さらに、上記従来技術では、試料から放出
される全電子から微少なオージェ電子のみを選別するた
めに必要な充分な明るさと高いエネルギー分解能を持つ
電子光学系は高価で複雑な構造を有する点で問題があ
る。
Furthermore, in the above prior art, an electron optical system having sufficient brightness and high energy resolution necessary for selecting only minute Auger electrons from all the electrons emitted from a sample has an expensive and complicated structure. There is a problem in point.

【0008】さらに、上記従来技術では、上記2つの問
題点により、上記従来技術を実現するにあたり試料周り
の構成が複雑化するため、装置の取扱いが困難になる点
で問題がある。
Further, the above-mentioned prior art has a problem in that the configuration around the sample becomes complicated in realizing the above-mentioned prior art due to the above two problems, so that handling of the apparatus becomes difficult.

【0009】さらに、上記従来技術では、信号強度が微
弱なオージェ電子を用いているため信号測定に時間がか
かり、これによって膜厚測定に時間がかかる。そのた
め、真空蒸着法における試料の蒸着速度を速くできない
という点でも問題がある。
Further, in the above-mentioned prior art, since Auger electrons having a weak signal intensity are used, it takes a long time to measure a signal, thereby taking a long time to measure a film thickness. Therefore, there is also a problem that the vapor deposition rate of the sample in the vacuum vapor deposition method cannot be increased.

【0010】本発明の目的は、電子光学系を試料表面に
充分近付けることを必要としない膜厚測定方法および装
置を提供し、これによって蒸着物質の基板への入射を妨
げないような特殊な試料台が不要となる膜厚測定方法お
よび装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for measuring the film thickness which do not require the electron optical system to be sufficiently close to the surface of the sample, whereby a special sample which does not prevent the deposition material from entering the substrate. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for measuring a film thickness which do not require a table.

【0011】本発明の他の目的は、試料から放出される
全電子から微少なオージェ電子のみを選別する必要がな
いため、充分な明るさと高いエネルギー分解能を有する
電子光学系が不要となる膜厚測定方法および装置を提供
することである。
Another object of the present invention is to eliminate the necessity of selecting only minute Auger electrons from all the electrons emitted from a sample, so that an electron optical system having sufficient brightness and high energy resolution becomes unnecessary. It is to provide a measuring method and an apparatus.

【0012】本発明の他の目的は、試料周りの構成が単
純であり、これにより装置の取扱いが容易となる膜厚測
定方法および装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for measuring a film thickness, in which the structure around a sample is simple and the handling of the apparatus is easy.

【0013】本発明の他の目的は、真空蒸着法における
試料の蒸着速度をオージェ電子を用いる場合よりも速く
できる膜厚測定方法および装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for measuring the thickness of a film, which can increase the vapor deposition rate of a sample in a vacuum vapor deposition method as compared with the case of using Auger electrons.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の問題点は、真空蒸
着中に試料表面から放出される2次電子の偏極度が試料
の膜厚の関数として1原子層厚毎にキンクを生ずる現象
を利用することで解決できる。
The problem described above is based on the phenomenon that the degree of polarization of secondary electrons emitted from the surface of a sample during vacuum deposition causes a kink per atomic layer thickness as a function of the film thickness of the sample. It can be solved by using it.

【0015】2次電子の偏極度が1原子層毎にキンクを
示す現象は、次の原理により説明できる。
The phenomenon that the degree of polarization of secondary electrons shows a kink for each atomic layer can be explained by the following principle.

【0016】磁性体基板上に、1原子層の厚さがTの非
磁性体を真空蒸着する場合を考える。磁性体表面に1次
電子を照射したときに放出される2次電子は偏極してい
るが、この表面上に非磁性体を蒸着すると、2次電子の
偏極度は非磁性体膜厚の関数として徐々に減少する。い
まこの真空蒸着によって磁性体基板上に非磁性体薄膜が
1原子層蒸着されたとすると、この試料表面から放出さ
れる2次電子の偏極度Pは近似的に、P=P0exp(−T/
L)と表される。ここでP0は、非磁性体薄膜の厚さが
0のときに磁性体基板表面から放出される2次電子の偏
極度であり、Lは非磁性体に対する磁化情報深さと呼ば
れる量で、磁性体上への非磁性体の蒸着によりP0の値
が1/eになる非磁性体厚さとして与えられる。また、
簡略化のために磁性体および非磁性体に対する2次電子
イールドは等しいと仮定した。
Consider a case where a non-magnetic material having a thickness of one atomic layer T is vacuum-deposited on a magnetic substrate. Secondary electrons emitted when the surface of a magnetic material is irradiated with primary electrons are polarized. However, when a non-magnetic material is deposited on this surface, the degree of polarization of the secondary electrons is reduced by the thickness of the non-magnetic material. Decreases gradually as a function. Now, assuming that a non-magnetic thin film is deposited by one atomic layer on the magnetic substrate by the vacuum deposition, the degree of polarization P of the secondary electrons emitted from the sample surface is approximately P = P0exp (−T /
L). Here, P0 is the degree of polarization of the secondary electrons emitted from the surface of the magnetic substrate when the thickness of the nonmagnetic thin film is 0, and L is the amount called the magnetization information depth with respect to the nonmagnetic material. It is given as the thickness of the nonmagnetic material at which the value of P0 becomes 1 / e by vapor deposition of the nonmagnetic material on top. Also,
For simplicity, secondary electron yields for magnetic and non-magnetic materials were assumed to be equal.

【0017】従って、磁性体基板上にm層からなる非磁
性体薄膜が存在し、かつ最上層である第m層の被覆率が
qである場合には、試料表面から放出される2次電子の
偏極度P(q)は、P(q)=P0exp(−(m−1)T/L)(1
−(1−exp(−T/L))q)と表すことができる。これ
より、実際の真空蒸着中における2次電子の偏極度は、
各層の形成中にはいずれも直線的に変化するが、各層の
形成の完成時において、その勾配が不連続に変化するこ
とになる。
Therefore, when a nonmagnetic thin film composed of m layers is present on the magnetic substrate and the coverage of the m-th layer, which is the uppermost layer, is q, the secondary electrons emitted from the sample surface Is P (q) = P0exp (− (m−1) T / L) (1
− (1-exp (−T / L)) q). Thus, the degree of polarization of secondary electrons during actual vacuum deposition is
While each layer changes linearly during its formation, the gradient changes discontinuously when the formation of each layer is completed.

【0018】上記例では磁性体基板上に非磁性体試料を
蒸着した場合を考えたが、逆に非磁性体基板上に磁性体
試料を真空蒸着した場合でも同様の考え方によってキン
クが生じることが説明できる。
In the above example, the case where a non-magnetic material sample is deposited on a magnetic substrate is considered. Conversely, even when a magnetic material sample is vacuum-deposited on a non-magnetic substrate, kinks may occur due to the same concept. Explain.

【0019】以上により、2次電子の偏極度が1原子層
毎にキンクを示す現象が説明できる。これより真空蒸着
中の試料の膜厚を1原子層厚以下の精度で知ることが可
能となる。さらに、2次電子の偏極度の測定感度の方が
オージェ電子信号強度のそれよりも優れているため、真
空蒸着法によって試料を成膜する際、より高速の蒸着に
対しても精度の高い膜厚測定が可能となる。ここで、1
次電子のエネルギーは、2次電子励起が可能となる最低
のエネルギーである10eV程度よりも大きければよい
が、キンクをより明瞭に見るためには100eV以下で
あることが望ましい。
As described above, the phenomenon in which the degree of polarization of secondary electrons shows a kink for each atomic layer can be explained. This makes it possible to know the thickness of the sample during vacuum deposition with an accuracy of one atomic layer thickness or less. Furthermore, since the measurement sensitivity of the degree of polarization of the secondary electrons is superior to that of the Auger electron signal intensity, when forming a sample by the vacuum evaporation method, a film with high accuracy can be obtained even at a higher deposition rate. Thickness measurement becomes possible. Where 1
The energy of the secondary electron may be larger than about 10 eV, which is the minimum energy at which secondary electron excitation is possible, but is preferably 100 eV or less in order to more clearly see the kink.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1は本発明による膜厚測定方法
および装置の実施例の第1の基本構成を示す図である。
本構成は磁性体基板11、およびこの磁性体基板11に
1次電子を照射するための電子銃12、磁性体基板11
上に非磁性体試料を蒸着するための蒸着装置13、1次
電子によりたたき出された2次電子の偏極度を測定する
ための偏極度測定器14からなる。ここで電子銃12は
1次電子のエネルギーを10eV程度から5keV程度
まで自由に設定できる機能を持つものとする。
FIG. 1 is a diagram showing a first basic configuration of an embodiment of a film thickness measuring method and apparatus according to the present invention.
This configuration includes a magnetic substrate 11, an electron gun 12 for irradiating the magnetic substrate 11 with primary electrons, and a magnetic substrate 11.
The apparatus comprises a vapor deposition device 13 for vapor-depositing a non-magnetic sample thereon, and a polarization measuring device 14 for measuring the polarization of secondary electrons hit by primary electrons. Here, the electron gun 12 has a function of freely setting the energy of primary electrons from about 10 eV to about 5 keV.

【0021】この構成では、磁性体基板11上に蒸着装
置13を用いて非磁性体試料を蒸着しながら、電子銃1
2によって約100eVのエネルギーを有する1次電子
を照射する。このとき試料表面から放出される2次電子
の偏極度を偏極度測定器14により測定する。測定され
た2次電子の偏極度は磁性体基板11上に形成される非
磁性体試料の膜厚の関数として減衰する。このとき上述
したように真空蒸着中における2次電子の偏極度は、各
層の形成中にはいずれも直線的に変化するが、各層の形
成の完成時において、その勾配が不連続に変化すること
になり、その膜厚においてキンクを生じる。
In this configuration, the electron gun 1 is deposited while depositing a non-magnetic sample on the magnetic substrate 11 using the deposition device 13.
2 irradiates primary electrons having an energy of about 100 eV. At this time, the polarization degree of the secondary electrons emitted from the sample surface is measured by the polarization degree measuring device 14. The measured degree of polarization of the secondary electrons attenuates as a function of the thickness of the non-magnetic sample formed on the magnetic substrate 11. At this time, as described above, the degree of polarization of the secondary electrons during the vacuum deposition changes linearly during the formation of each layer, but the gradient changes discontinuously when the formation of each layer is completed. And kink occurs at the film thickness.

【0022】図2に磁性体基板11として鉄、非磁性体
試料として金を用いたときの2次電子の偏極度の減衰の
様子を示す。ここに現れるキンクは金の1原子層の厚さ
と等しいため、横軸である金膜厚をこのキンクを用いて
校正でき、正確な金薄膜の厚さがわかる。従って、この
現象を用いることで高精度の膜厚計測が可能となる。
FIG. 2 shows how the degree of polarization of secondary electrons attenuates when iron is used as the magnetic substrate 11 and gold is used as the non-magnetic sample. Since the kink appearing here is equal to the thickness of one atomic layer of gold, the gold film thickness on the horizontal axis can be calibrated using this kink, and the accurate thickness of the gold thin film can be known. Therefore, the use of this phenomenon enables highly accurate film thickness measurement.

【0023】さらに、2次電子の偏極度のキンクが最も
顕著に現れる1次電子のエネルギーは試料の種類や面方
位などによって異なる場合がある。本実施例では例とし
て1次電子のエネルギーを100eV程度としたが、試
料の種類や面方位に応じて1次電子のエネルギーを変え
ることで、2次電子の偏極度のキンクが最も顕著に現れ
る最適の条件で本方法を用いればよい。
Further, the energy of the primary electrons, in which the kink of the degree of polarization of the secondary electrons is most remarkable, may be different depending on the kind of the sample and the plane orientation. In this embodiment, the primary electron energy is set to about 100 eV as an example. However, the kink of the degree of polarization of the secondary electrons appears most remarkably by changing the energy of the primary electrons according to the type of sample and the plane orientation. This method may be used under optimal conditions.

【0024】図3は本発明による膜厚測定方法および装
置の実施例について第2の基本構成を示す図である。本
構成は、磁性体基板11、およびこの磁性体基板11に
1次電子を照射するための電子銃12、磁性体基板11
上に非磁性体試料を蒸着するための蒸着装置13、1次
電子によりたたき出された2次電子の偏極度を測定する
ための偏極度測定器31、2次電子のスピン磁気モーメ
ント32の方向を自由に回転できるスピン回転器33か
らなる。ここで第1の実施例と同様に電子銃12は1次
電子のエネルギーを10eV程度から5keV程度まで
自由に設定できる機能を持つものとする。さらに本実施
例での偏極度測定器31は、2次電子のスピン磁気モー
メント32の2次電子軌道34に対して垂直な成分を検
出するものとする。
FIG. 3 is a diagram showing a second basic configuration of the embodiment of the film thickness measuring method and apparatus according to the present invention. This configuration includes a magnetic substrate 11, an electron gun 12 for irradiating the magnetic substrate 11 with primary electrons, and a magnetic substrate 11.
A vapor deposition device 13 for vapor-depositing a non-magnetic material sample thereon, a polarimeter 31 for measuring the polarization of secondary electrons hit by primary electrons, and a direction of a spin magnetic moment 32 of secondary electrons. Consists of a spin rotator 33 that can rotate freely. Here, as in the first embodiment, the electron gun 12 has a function of freely setting the energy of primary electrons from about 10 eV to about 5 keV. Further, it is assumed that the polarization measuring device 31 in the present embodiment detects a component perpendicular to the secondary electron orbit 34 of the spin magnetic moment 32 of the secondary electron.

【0025】この構成では、磁性体基板11上に蒸着装
置13によって非磁性体試料を蒸着しながら、電子銃1
2によって約100eVのエネルギーを有する1次電子
を照射する。このとき試料表面から放出される2次電子
の偏極度を偏極度測定器31により測定する。このと
き、2次電子のスピン磁気モーメント32は磁性体基板
11の磁化35の方向と同じ向きを向いて放出されるた
め、磁性体基板11上から放出される2次電子のスピン
磁気モーメント32の方向は2次電子軌道34に対して
角度Aをなしている。
In this configuration, the electron gun 1 is deposited on the magnetic substrate 11 while the non-magnetic sample is deposited by the deposition device 13.
2 irradiates primary electrons having an energy of about 100 eV. At this time, the polarization degree of the secondary electrons emitted from the sample surface is measured by the polarization degree measuring device 31. At this time, since the spin magnetic moment 32 of the secondary electrons is emitted in the same direction as the direction of the magnetization 35 of the magnetic substrate 11, the spin magnetic moment 32 of the secondary electrons emitted from the magnetic substrate 11 is The direction is at an angle A with respect to the secondary electron trajectory 34.

【0026】従って、2次電子のスピン磁気モーメント
32の方向をスピン回転器33によって2次電子軌道3
4に対して垂直方向に回転させ、その後に偏極度測定器
31に入射させることによって偏極度検出器31は最高
の効率で2次電子の偏極度を測定できることになる。測
定された2次電子の偏極度は第1の実施例と同様に、磁
性体基板11上に形成される非磁性体試料の膜厚の関数
として減衰する。ここで真空蒸着中における2次電子の
偏極度は、各層の形成中にはいずれも直線的に変化する
が、各層の形成の完成時において、その勾配が不連続に
変化することになり、その膜厚においてキンクを生じ
る。このキンクは非磁性体試料の1原子層毎に生じるた
め、これにより高精度の膜厚計測が可能となる。
Accordingly, the direction of the spin magnetic moment 32 of the secondary electron is changed by the spin rotator 33 to the secondary electron orbit 3
By rotating the polarizer 4 in a direction perpendicular to the direction 4 and thereafter making it incident on the polarimeter 31, the polarimeter 31 can measure the degree of polarization of the secondary electrons with the highest efficiency. The measured degree of polarization of the secondary electrons attenuates as a function of the film thickness of the non-magnetic sample formed on the magnetic substrate 11, as in the first embodiment. Here, the degree of polarization of the secondary electrons during the vacuum deposition changes linearly during the formation of each layer, but upon completion of the formation of each layer, the gradient changes discontinuously. Kink occurs in the film thickness. Since the kink is generated for each atomic layer of the non-magnetic material sample, the film thickness can be measured with high accuracy.

【0027】さらに、本実施例では第1の実施例と同様
に、2次電子の偏極度のキンクが最も顕著に現れる1次
電子のエネルギーは試料の種類や面方位などによって異
なる場合があるため、本実施例でも試料の種類や面方位
に応じて1次電子のエネルギーを調整することで、2次
電子の偏極度のキンクが最も顕著に現れる最適の条件で
本方法を用いればよい。
Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, the energy of the primary electrons in which the kink of the degree of polarization of the secondary electrons appears most remarkably may vary depending on the type of sample and the plane orientation. Also, in this embodiment, the method may be used under the optimal condition in which the kink of the degree of polarization of the secondary electron appears most remarkably by adjusting the energy of the primary electron according to the kind and the plane orientation of the sample.

【0028】さらに、本実施例では角度Aが90度でな
い場合について示したが、角度Aが初めから90度であ
る場合にはスピン回転器33は不要となり全体の構成を
簡略化することができる。
Further, in this embodiment, the case where the angle A is not 90 degrees has been described. However, when the angle A is 90 degrees from the beginning, the spin rotator 33 becomes unnecessary, and the entire configuration can be simplified. .

【0029】図4は本発明による膜厚測定方法および装
置の実施例の第3の基本構成を示す図である。本構成は
磁性体基板11、およびこの磁性体基板11に1次電子
を照射するための電子銃12、磁性体基板11上に非磁
性体試料を蒸着する蒸着装置13、1次電子によりたた
き出された2次電子の偏極度を測定するための偏極度測
定器14、およびこれら装置の制御とデータ収集を行う
ためのコンピュータ41からなる。さらに電子銃12は
第1の実施例と同様に、1次電子のエネルギーを10e
V程度から5keV程度まで自由に設定できる機能を持
つものとする。
FIG. 4 is a diagram showing a third basic configuration of an embodiment of the film thickness measuring method and apparatus according to the present invention. This configuration includes a magnetic substrate 11, an electron gun 12 for irradiating the magnetic substrate 11 with primary electrons, a vapor deposition device 13 for vapor-depositing a non-magnetic sample on the magnetic substrate 11, and a strike by primary electrons. It comprises a polarimeter 14 for measuring the degree of polarization of the secondary electrons thus obtained, and a computer 41 for controlling these devices and collecting data. Further, the electron gun 12 reduces the energy of the primary electrons to 10 e as in the first embodiment.
It has a function that can be freely set from about V to about 5 keV.

【0030】この構成では、磁性体基板11上に蒸着装
置13により非磁性体試料を蒸着しながら、電子銃12
によって約100eVのエネルギーを有する1次電子を
照射する。このとき試料表面から放出される2次電子の
偏極度を偏極度測定器14により測定する。測定された
2次電子の偏極度は第1の実施例と同様に、磁性体基板
11上に形成される非磁性体試料の膜厚の関数として減
衰する。ここで蒸着中における2次電子の偏極度は、各
層の形成中にはいずれも直線的に変化するが、各層の形
成の完成時において、その勾配が不連続に変化すること
になり、その膜厚においてキンクを生じる。このキンク
は非磁性体試料の1原子層毎に生じるため、これにより
高精度の膜厚計測が可能となる。この2次電子の偏極度
のキンク位置をコンピュータ41によりモニタすること
で、膜厚測定が自動化される。
In this configuration, the non-magnetic sample is vapor-deposited on the magnetic substrate 11 by the vapor
Irradiates primary electrons having an energy of about 100 eV. At this time, the polarization degree of the secondary electrons emitted from the sample surface is measured by the polarization degree measuring device 14. The measured degree of polarization of the secondary electrons attenuates as a function of the film thickness of the non-magnetic sample formed on the magnetic substrate 11, as in the first embodiment. Here, the degree of polarization of the secondary electrons during the vapor deposition changes linearly during the formation of each layer, but upon completion of the formation of each layer, the gradient changes discontinuously, and the film becomes thin. Kink at thickness. Since the kink is generated for each atomic layer of the non-magnetic material sample, the film thickness can be measured with high accuracy. By monitoring the kink position of the degree of polarization of the secondary electrons by the computer 41, the film thickness measurement is automated.

【0031】さらに、本実施例では第1の実施例と同様
に、2次電子の偏極度のキンクが最も顕著に現れる1次
電子のエネルギーは試料の種類や面方位などによって異
なる場合があるため、本実施例でも試料の種類や面方位
に応じて1次電子のエネルギーを調整することで、2次
電子の偏極度のキンクが最も顕著に現れる最適の条件で
本方法を用いればよい。このとき2次電子の偏極度のキ
ンク測定および電子銃12の制御をコンピュータ41で
行うことにより自動化が可能となる。
Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, the energy of the primary electron in which the kink of the degree of polarization of the secondary electron appears most remarkably may vary depending on the type of sample, the plane orientation, and the like. Also, in this embodiment, the method may be used under the optimal condition in which the kink of the degree of polarization of the secondary electron appears most remarkably by adjusting the energy of the primary electron according to the kind and the plane orientation of the sample. At this time, the kink measurement of the degree of polarization of the secondary electrons and the control of the electron gun 12 are performed by the computer 41, thereby enabling automation.

【0032】さらに、本実施例では蒸着時間に対する膜
厚をコンピュータ41でモニタし、その蒸着速度が任意
の速度になるように蒸着装置13を制御することによ
り、蒸着速度の制御を自動化できる。
Further, in this embodiment, the control of the vapor deposition rate can be automated by monitoring the film thickness with respect to the vapor deposition time by the computer 41 and controlling the vapor deposition apparatus 13 so that the vapor deposition rate becomes an arbitrary velocity.

【0033】さらに、本実施例では蒸着時間に対する膜
厚をコンピュータ41でモニタし、目的とする膜厚が得
られたところで蒸着をコンピュータ41により成膜を自
動停止することで、任意の膜厚の試料作製が自動的にで
きる。このとき目的とする膜厚の情報はあらかじめコン
ピュータ41に入力しておけばよい。
Further, in this embodiment, the film thickness with respect to the vapor deposition time is monitored by the computer 41, and when the target film thickness is obtained, the vapor deposition is automatically stopped by the computer 41, so that an arbitrary film thickness is obtained. Sample preparation can be performed automatically. At this time, information on the target film thickness may be input to the computer 41 in advance.

【0034】さらに、本実施例では第1の実施例を元に
コンピュータ41で各種測定を自動化することが可能で
あることを示したが、第2の実施例についてもコンピュ
ータ41を用いることで各種測定および装置の制御を自
動化することが可能である。
Further, in this embodiment, it has been shown that various measurements can be automated by the computer 41 based on the first embodiment. However, in the second embodiment, various kinds of measurement can be performed by using the computer 41. It is possible to automate the measurement and control of the device.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によれば、試料表面近傍から放出
される全電子から微少なオージェ電子のみを選別して収
集する必要がないため、電子光学系を基板表面に充分近
付けることを必要としない膜厚測定方法および装置を提
供できる効果がある。さらに本発明によれば、蒸着物質
の基板への入射を妨げないような特殊な試料台が不要と
なる効果がある。
According to the present invention, since it is not necessary to select and collect only minute Auger electrons from all the electrons emitted from the vicinity of the sample surface, it is necessary to bring the electron optical system sufficiently close to the substrate surface. There is an effect that it is possible to provide a method and an apparatus for measuring a film thickness that does not occur. Further, according to the present invention, there is an effect that a special sample stage that does not prevent the deposition material from being incident on the substrate becomes unnecessary.

【0036】さらに本発明によれば、試料から放出され
る全電子から微少なオージェ電子のみを選別する必要が
ないため、充分な明るさと高いエネルギー分解能を有す
る電子光学系が不要となる効果がある。さらに本発明に
よれば、試料周りの構成が単純となり、これによって装
置の取扱いが容易となる効果がある。さらに本発明によ
れば、真空蒸着法における試料の蒸着速度をオージェ電
子を用いる場合よりも速くできる効果がある。これらの
効果の学術分野への応用、さらにはその工業的価値は非
常に高いものである。
Further, according to the present invention, it is not necessary to select only small Auger electrons from all the electrons emitted from the sample, so that an electron optical system having sufficient brightness and high energy resolution is not required. . Further, according to the present invention, there is an effect that the configuration around the sample is simplified, thereby facilitating the handling of the apparatus. Further, according to the present invention, there is an effect that the vapor deposition rate of the sample in the vacuum vapor deposition method can be made higher than in the case of using Auger electrons. The application of these effects to academic fields, and their industrial value, is very high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の装置の基本構成を表す
斜視図。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a basic configuration of an apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明により得られた2次電子の偏極度のキン
クの一例を示す測定図。
FIG. 2 is a measurement diagram showing an example of a kink of the degree of polarization of secondary electrons obtained by the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例の装置の基本構成を表す
斜視図。
FIG. 3 is a perspective view illustrating a basic configuration of an apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明とコンピュータによる蒸着の自動制御を
可能とした実施例を示す斜視図。
FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the present invention in which automatic control of vapor deposition by a computer is enabled.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…磁性体基板、12…電子銃、13…蒸着装置、1
4…偏極度測定器、31…偏極度測定器、32…スピン
磁気モーメント、33…スピン回転器、34…2次電子
軌道、35…磁化、41…コンピュータ。
11: magnetic substrate, 12: electron gun, 13: vapor deposition device, 1
4. Polarization measuring device, 31: Polarization measuring device, 32: Spin magnetic moment, 33: Spin rotator, 34: Secondary electron orbit, 35: Magnetization, 41: Computer.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空蒸着による薄膜試料作製中に、試料表
面へ1次電子を照射することによって放出される2次電
子の偏極度が、試料の膜厚の関数として1原子層厚毎に
キンクを生ずる現象を利用したことを特徴とする膜厚測
定方法。
1. During the preparation of a thin film sample by vacuum deposition, the degree of polarization of secondary electrons emitted by irradiating the sample surface with primary electrons is kinked at every atomic layer thickness as a function of the sample film thickness. A film thickness measuring method characterized by utilizing a phenomenon that causes the film thickness.
【請求項2】請求項1において、1次電子エネルギーを
任意の値に設定できる機能を有する電子銃を用いること
により、2次電子の偏極度のキンクが最も明瞭に現れる
1次電子のエネルギーを選別して利用することを特徴と
する膜厚測定方法。
2. The method according to claim 1, wherein the use of an electron gun having a function of setting the primary electron energy to an arbitrary value reduces the energy of the primary electron in which the kink of the degree of polarization of the secondary electron appears most clearly. A film thickness measuring method characterized by selecting and using.
【請求項3】磁性体基板と、この磁性体基板に1次電子
を照射するための電子銃と、上記磁性体基板上に非磁性
体試料を蒸着するための蒸着装置と、1次電子によりた
たき出された2次電子の偏極度を測定する偏極度測定器
と、上記1次電子のエネルギーを10eV程度から5k
eV程度まで設定する手段を有してなることを特徴とす
る膜厚測定装置。
3. A magnetic substrate, an electron gun for irradiating the magnetic substrate with primary electrons, a vapor deposition device for vapor-depositing a non-magnetic sample on the magnetic substrate, and A polarization measuring device for measuring the degree of polarization of the knocked out secondary electrons, and the energy of the primary electrons is increased from about 10 eV to 5 k.
A film thickness measuring device comprising means for setting the voltage to about eV.
【請求項4】磁性体基板と、この磁性体基板に1次電子
を照射するための電子銃と、上記磁性体基板上に非磁性
体試料を蒸着するための蒸着装置と、1次電子によりた
たき出された2次電子の偏極度を測定するための偏極度
測定器と、2次電子のスピン磁気モーメントの方向を任
意の方向に回転できるスピン回転器と、上記1次電子の
エネルギーを10eV程度から5keV程度まで設定す
る手段を有してなることを特徴とする膜厚測定装置。
4. A magnetic substrate, an electron gun for irradiating the magnetic substrate with primary electrons, a vapor deposition device for vapor-depositing a non-magnetic sample on the magnetic substrate, A polarimeter for measuring the degree of polarization of the ejected secondary electron, a spin rotator capable of rotating the direction of the spin magnetic moment of the secondary electron in an arbitrary direction, and an energy of 10 eV for the primary electron. A film thickness measuring device comprising means for setting the pressure from about 5 keV to about 5 keV.
【請求項5】請求項3または請求項4において、上記偏
極度測定器が、2次電子のスピン磁気モーメントについ
て、2次電子軌道に対して垂直な成分を検出する手段で
あることを特徴とする膜厚測定装置。
5. The apparatus according to claim 3, wherein the polarization measuring device is means for detecting a component perpendicular to the secondary electron orbit with respect to the spin magnetic moment of the secondary electron. Film thickness measuring device.
【請求項6】請求項3または請求項4において、上記偏
極度測定器が、入射する2次電子軌道に対して鉛直方向
に配置されていることを特徴とする膜厚測定装置。
6. A film thickness measuring apparatus according to claim 3, wherein said polarization degree measuring device is arranged in a direction perpendicular to an incident secondary electron orbit.
【請求項7】請求項4において、上記スピン回転器が、
入射する2次電子軌道を変えることなく、2次電子のス
ピン磁気モーメントの方向を任意の方向に回転する手段
であることを特徴とする膜厚測定装置。
7. The method according to claim 4, wherein the spin rotator comprises:
A film thickness measuring apparatus characterized in that it is means for rotating the direction of the spin magnetic moment of the secondary electron in an arbitrary direction without changing the orbit of the incident secondary electron.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009239337A (en) * 2008-03-25 2009-10-15 Canon Inc Imaging apparatus and imaging method

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