JP2001059818A - グロー放電発光分光分析における多層膜自動判定による定量分析方法 - Google Patents
グロー放電発光分光分析における多層膜自動判定による定量分析方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 グロー放電発光分光分析における定量分析方
法において、多層膜の各層の境界位置、及び濃度計算を
行う領域をデータ処理によって自動判定し、個人差によ
らない定量分析を行う。 【解決手段】 グロー放電によって試料表面をスパッタ
リングしながら原子発光を分光検出し、元素分析を行う
グロー放電発光分光分析において、測定プロファイルか
ら各元素の発光線強度の変化を求め（ステップＳ２）、
強度変化から各元素の遷移領域（ステップＳ３）及び境
界位置（ステップＳ４）を求め、各元素の遷移領域で重
複するものをグループ化して膜中の層の境界領域とし
（ステップＳ５）、該層の境界領域中において各元素の
境界位置を用いて膜中の層の境界位置を判定し（ステッ
プＳ６）、境界領域間の発光線強度から各層の濃度を算
出する（ステップＳ７）ことによって、多層膜の各層を
自動判定し、各層の元素濃度を定量分析する。
法において、多層膜の各層の境界位置、及び濃度計算を
行う領域をデータ処理によって自動判定し、個人差によ
らない定量分析を行う。 【解決手段】 グロー放電によって試料表面をスパッタ
リングしながら原子発光を分光検出し、元素分析を行う
グロー放電発光分光分析において、測定プロファイルか
ら各元素の発光線強度の変化を求め（ステップＳ２）、
強度変化から各元素の遷移領域（ステップＳ３）及び境
界位置（ステップＳ４）を求め、各元素の遷移領域で重
複するものをグループ化して膜中の層の境界領域とし
（ステップＳ５）、該層の境界領域中において各元素の
境界位置を用いて膜中の層の境界位置を判定し（ステッ
プＳ６）、境界領域間の発光線強度から各層の濃度を算
出する（ステップＳ７）ことによって、多層膜の各層を
自動判定し、各層の元素濃度を定量分析する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、グロー放電発光分
光分析に関し、薄膜の膜組成の分析、評価に適用するこ
とができる定量分析方法に関する。
光分析に関し、薄膜の膜組成の分析、評価に適用するこ
とができる定量分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】低圧力のアルゴン雰囲気中で、電極間に
高電圧を印加すると、グロー放電が発生する。このグロ
ー放電によって生成されたＡｒイオンは、高電界で加速
されて陰極側に衝突して陰極側から物質をたたき出す。
このスパッタリングによって放出された粒子（原子、分
子、イオン）は、プラズマ中で励起状態から基底状態に
戻る際に、その元素特有の波長の光を放出する。グロー
放電発光分光分析は、この発光を分光器で分光して元素
分析等を行う。このグロー放電発光分光分析では、スパ
ッタリングによって試料表面が除去され、各元素の発光
線強度の時間変化を測定することによって、深さ方向の
元素分析を行うことができ、酸化物薄膜などの膜組成の
評価に適用することができる。
高電圧を印加すると、グロー放電が発生する。このグロ
ー放電によって生成されたＡｒイオンは、高電界で加速
されて陰極側に衝突して陰極側から物質をたたき出す。
このスパッタリングによって放出された粒子（原子、分
子、イオン）は、プラズマ中で励起状態から基底状態に
戻る際に、その元素特有の波長の光を放出する。グロー
放電発光分光分析は、この発光を分光器で分光して元素
分析等を行う。このグロー放電発光分光分析では、スパ
ッタリングによって試料表面が除去され、各元素の発光
線強度の時間変化を測定することによって、深さ方向の
元素分析を行うことができ、酸化物薄膜などの膜組成の
評価に適用することができる。
【０００３】分析対象の膜が複数の膜で形成される多層
膜である場合、深さ方向の元素分析を行うには各層の境
界位置を知る必要がある。従来、測定プロファイルから
多層膜の各層の境界を検出するには、分析者が測定デー
タを分析して判断している。
膜である場合、深さ方向の元素分析を行うには各層の境
界位置を知る必要がある。従来、測定プロファイルから
多層膜の各層の境界を検出するには、分析者が測定デー
タを分析して判断している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】分析者の判断によって
多層膜の各層の境界を検出する場合には、経験が必要で
ある。また、判断を行う分析者の個人差によって、検出
される境界位置がばらつき、得られた濃度分布にばらつ
きが生じるという問題がある。また、濃度分布を用いて
データ処理を行う場合、濃度分布にばらつきが含まれて
いると、その後に行うデータ処理において、データの再
現性の点で問題がある。そこで、本発明は前記した従来
の問題点を解決し、グロー放電発光分光分析において、
多層膜の各層の境界位置、及び濃度計算を行う領域をデ
ータ処理によって自動判定し、個人差によらない定量分
析を行う定量分析方法を提供することを目的とする。
多層膜の各層の境界を検出する場合には、経験が必要で
ある。また、判断を行う分析者の個人差によって、検出
される境界位置がばらつき、得られた濃度分布にばらつ
きが生じるという問題がある。また、濃度分布を用いて
データ処理を行う場合、濃度分布にばらつきが含まれて
いると、その後に行うデータ処理において、データの再
現性の点で問題がある。そこで、本発明は前記した従来
の問題点を解決し、グロー放電発光分光分析において、
多層膜の各層の境界位置、及び濃度計算を行う領域をデ
ータ処理によって自動判定し、個人差によらない定量分
析を行う定量分析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】本発明は、多層膜におい
て各層は所定の元素組成を有し、各層間の境界において
各元素の組成が変化し、該組成変化によって発光線強度
が変化することに注目し、各元素の発光線強度の変化か
ら多層膜の各層の境界位置を求めるものである。ここ
で、各元素の発光線強度の変化状態は各元素毎に異なる
ため、各元素の発光線強度が変化する範囲（遷移領域）
及び元素の境界位置はそれぞれ異なる。そこで、本発明
は、各元素の発光線強度が変化する範囲の和を求め、こ
の和の範囲を多層膜の層の境界領域とし、該境界領域内
に存在する各元素の境界位置から層の境界位置を求め
る。
て各層は所定の元素組成を有し、各層間の境界において
各元素の組成が変化し、該組成変化によって発光線強度
が変化することに注目し、各元素の発光線強度の変化か
ら多層膜の各層の境界位置を求めるものである。ここ
で、各元素の発光線強度の変化状態は各元素毎に異なる
ため、各元素の発光線強度が変化する範囲（遷移領域）
及び元素の境界位置はそれぞれ異なる。そこで、本発明
は、各元素の発光線強度が変化する範囲の和を求め、こ
の和の範囲を多層膜の層の境界領域とし、該境界領域内
に存在する各元素の境界位置から層の境界位置を求め
る。
【０００６】本発明は、グロー放電によって試料表面を
スパッタリングしながら原子発光を分光検出し、元素分
析を行うグロー放電発光分光分析において、測定プロフ
ァイルから各元素の発光線強度の変化を求め、この発光
線強度変化から各元素の遷移領域及び境界位置を求め、
各元素の遷移領域で重複するものをグループ化して多層
膜中の層の境界領域とし、該層の境界領域中において各
元素の境界位置を用いて多層膜中の層の境界位置を判定
し、境界領域間の発光線強度から各層の濃度を算出する
ことによって、多層膜の各層を自動判定し、各層の元素
濃度を定量分析する。なお、ここで、遷移領域は各元素
の発光線強度が変化する範囲であり、測定プロファイル
の立ち上がり範囲及び立ち下がり範囲を含む。
スパッタリングしながら原子発光を分光検出し、元素分
析を行うグロー放電発光分光分析において、測定プロフ
ァイルから各元素の発光線強度の変化を求め、この発光
線強度変化から各元素の遷移領域及び境界位置を求め、
各元素の遷移領域で重複するものをグループ化して多層
膜中の層の境界領域とし、該層の境界領域中において各
元素の境界位置を用いて多層膜中の層の境界位置を判定
し、境界領域間の発光線強度から各層の濃度を算出する
ことによって、多層膜の各層を自動判定し、各層の元素
濃度を定量分析する。なお、ここで、遷移領域は各元素
の発光線強度が変化する範囲であり、測定プロファイル
の立ち上がり範囲及び立ち下がり範囲を含む。
【０００７】図１，２は本発明の定量分析方法を説明す
るためのフローチャート、及び測定プロファイル図であ
り、フローチャートの各ステップを図２中に符号Ｓで示
している。なお、ここで、測定プロファイルはグロー放
電発光分光分析で得られるスパッタリング時間に対する
発光線強度である。本発明は、はじめにグロー放電によ
って試料表面をスパッタリングしながら原子発光を分光
検出し、元素分析を行うグロー放電発光分光分析におい
て、試料の測定プロファイルを求める。測定プロファイ
ルは各元素毎の発光線強度を有している。図２（ａ）で
は元素ａ、元素ｂの例を示している（ステップＳ１）。
この測定プロファイルから各元素について発光線強度の
変化を求める（ステップＳ２）。
るためのフローチャート、及び測定プロファイル図であ
り、フローチャートの各ステップを図２中に符号Ｓで示
している。なお、ここで、測定プロファイルはグロー放
電発光分光分析で得られるスパッタリング時間に対する
発光線強度である。本発明は、はじめにグロー放電によ
って試料表面をスパッタリングしながら原子発光を分光
検出し、元素分析を行うグロー放電発光分光分析におい
て、試料の測定プロファイルを求める。測定プロファイ
ルは各元素毎の発光線強度を有している。図２（ａ）で
は元素ａ、元素ｂの例を示している（ステップＳ１）。
この測定プロファイルから各元素について発光線強度の
変化を求める（ステップＳ２）。
【０００８】多層膜の層間の境界では元素組成が変化
し、元素毎に変化状態が異なる遷移領域を形成してい
る。各層の元素組成変化は発光線強度の変化から求める
ことができる。この元素の遷移領域において、元素の発
光線強度が増加する領域は測定プロファイルの立ち上が
り範囲に対応し、元素の発光線強度が減少する領域は測
定プロファイルの立ち下がり範囲に対応する。図２
（ｂ）に示す矢印の範囲は元素ａ（実線の矢印の範囲）
及び元素ｂ（破線の矢印の範囲）の遷移領域を示してい
る（ステップＳ３）。遷移領域において各元素の境界位
置を定める。境界位置は発光線強度変化が最も大きな位
置とすることができる。図２（ｂ）では、各元素の遷移
領域中において、×印で境界位置を示している（ステッ
プＳ４）。
し、元素毎に変化状態が異なる遷移領域を形成してい
る。各層の元素組成変化は発光線強度の変化から求める
ことができる。この元素の遷移領域において、元素の発
光線強度が増加する領域は測定プロファイルの立ち上が
り範囲に対応し、元素の発光線強度が減少する領域は測
定プロファイルの立ち下がり範囲に対応する。図２
（ｂ）に示す矢印の範囲は元素ａ（実線の矢印の範囲）
及び元素ｂ（破線の矢印の範囲）の遷移領域を示してい
る（ステップＳ３）。遷移領域において各元素の境界位
置を定める。境界位置は発光線強度変化が最も大きな位
置とすることができる。図２（ｂ）では、各元素の遷移
領域中において、×印で境界位置を示している（ステッ
プＳ４）。
【０００９】次に、ステップＳ３で求めた元素の遷移領
域から、多層膜中の層の境界領域を求める。多層膜中の
層の境界領域は、重複する元素の遷移領域を全て含む範
囲であり、元素の遷移領域をグループ化することによっ
て求めることができる。図２（ｃ）の矢印範囲は層の境
界領域を示している（ステップＳ５）。求めた境界領域
において、多層膜中の層の境界位置を求める。多層膜中
の層の境界位置は、層の境界領域内において各元素が総
合的に変化する境界位置としてとらえることができ、ス
テップＳ４で求めた各元素の境界位置を用いて求める。
図２（ｃ）の矢印の範囲に付した×印は層の境界領域を
示している（ステップＳ６）。
域から、多層膜中の層の境界領域を求める。多層膜中の
層の境界領域は、重複する元素の遷移領域を全て含む範
囲であり、元素の遷移領域をグループ化することによっ
て求めることができる。図２（ｃ）の矢印範囲は層の境
界領域を示している（ステップＳ５）。求めた境界領域
において、多層膜中の層の境界位置を求める。多層膜中
の層の境界位置は、層の境界領域内において各元素が総
合的に変化する境界位置としてとらえることができ、ス
テップＳ４で求めた各元素の境界位置を用いて求める。
図２（ｃ）の矢印の範囲に付した×印は層の境界領域を
示している（ステップＳ６）。
【００１０】多層膜の各層部分は、ステップＳ５で求め
た層の境界領域に隣接する端部区間、及び層の境界領域
で挟まれた区間となる。図２（ｄ）に示す矢印の範囲は
層部分を示している。この層部分の発光線強度から各元
素の濃度を求める（ステップＳ７）。本発明によれば、
多層膜の層の境界位置、及び濃度計算を行う領域を、測
定者の判断によらずデータ処理によって自動判定して求
めることができる。
た層の境界領域に隣接する端部区間、及び層の境界領域
で挟まれた区間となる。図２（ｄ）に示す矢印の範囲は
層部分を示している。この層部分の発光線強度から各元
素の濃度を求める（ステップＳ７）。本発明によれば、
多層膜の層の境界位置、及び濃度計算を行う領域を、測
定者の判断によらずデータ処理によって自動判定して求
めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
を参照しながら詳細に説明する。図３はグロー放電発光
分光分析装置の一構成例を示すブロック図であり、本発
明のグロー放電発光分光分析における多層膜自動判定に
よる定量分析方法を適応することができる。図３に示す
グロー放電発光分光分析装置１は、中空状に形成した放
電電極３と試料Ｓとを対向配置し、アルゴンガスを流し
ながら真空排気を行なって低真空雰囲気に保ち、試料Ｓ
と放電電極との間に直流電圧または高周波電力を供給し
て、試料Ｓと放電電極３との間に安定したアルゴンのグ
ロー放電プラズマを形成する。なお、高周波電力を供給
する場合には、高周波電源４及び整合器５によって行う
ことができる。
を参照しながら詳細に説明する。図３はグロー放電発光
分光分析装置の一構成例を示すブロック図であり、本発
明のグロー放電発光分光分析における多層膜自動判定に
よる定量分析方法を適応することができる。図３に示す
グロー放電発光分光分析装置１は、中空状に形成した放
電電極３と試料Ｓとを対向配置し、アルゴンガスを流し
ながら真空排気を行なって低真空雰囲気に保ち、試料Ｓ
と放電電極との間に直流電圧または高周波電力を供給し
て、試料Ｓと放電電極３との間に安定したアルゴンのグ
ロー放電プラズマを形成する。なお、高周波電力を供給
する場合には、高周波電源４及び整合器５によって行う
ことができる。
【００１２】プラズマの正イオンは、試料Ｓの表面を均
一にスパッタリングし、例えば１０ｎｍ／ｓｅｃのオー
ダーの速度で切削する。スパッタリングされた試料Ｓの
原子は、プラズマ中で励起されて元素特有の光を発光す
る。高周波グロー放電発光分光分析装置１は、この発光
を分光器２で分光して光検出器２３で検出する。なお、
符号２１はスリットであり、符号２２は回折格子等の分
光器である。通常、上記構成のグロー放電発光分光分析
装置１は、発光の経時変化を測定することによって、試
料Ｓの元素の深さ方向の分布を測定する。本発明のグロ
ー放電発光分光分析では、波長毎に光強度を検出し、こ
の発光線強度の大きさから含有元素の組成を求める。
一にスパッタリングし、例えば１０ｎｍ／ｓｅｃのオー
ダーの速度で切削する。スパッタリングされた試料Ｓの
原子は、プラズマ中で励起されて元素特有の光を発光す
る。高周波グロー放電発光分光分析装置１は、この発光
を分光器２で分光して光検出器２３で検出する。なお、
符号２１はスリットであり、符号２２は回折格子等の分
光器である。通常、上記構成のグロー放電発光分光分析
装置１は、発光の経時変化を測定することによって、試
料Ｓの元素の深さ方向の分布を測定する。本発明のグロ
ー放電発光分光分析では、波長毎に光強度を検出し、こ
の発光線強度の大きさから含有元素の組成を求める。
【００１３】次に、本発明の定量分析方法を図４〜図１
１を用いて説明する。図４、及び図５，６は本発明の定
量分析方法の一例を説明するためのフローチャート、及
びプロファイル図である。プロファイル図中の発光線強
度はスパッタリング時間に対する変化を示している。ま
た、図５，６中にはフローチャートの各工程をＳの符号
で示している。グロー放電によって試料表面をスパッタ
リングしながら原子発光を分光検出し、試料の測定プロ
ファイルを求める。測定プロファイルは各元素毎の発光
線強度を表している。図５（ａ）は元素ａ（実線）、元
素ｂ（一点鎖線）、元素ｃ（破線）の３元素の例を示し
ている（ステップＳ１１）。次に、この測定プロファイ
ルから各元素について発光線強度の変化（立ち上がり及
び立ち下がり）を求める。発光線強度の立ち上がり及び
立ち下がりは、例えば微分値の絶対値と所定値との比較
によって行うことができる。図５（ｂ）は元素ａのプロ
ファイルであり、図５（ｂ）を微分して得られる図５
（ｃ）の発光線強度変化からプロファイルの立ち下がり
及び立ち下がりを検出することができる。図５（ａ）で
は、各元素のプロファイルの立ち上がり及び立ち下がり
の開始点、終了点を縦線で示している（ステップＳ１
２）。
１を用いて説明する。図４、及び図５，６は本発明の定
量分析方法の一例を説明するためのフローチャート、及
びプロファイル図である。プロファイル図中の発光線強
度はスパッタリング時間に対する変化を示している。ま
た、図５，６中にはフローチャートの各工程をＳの符号
で示している。グロー放電によって試料表面をスパッタ
リングしながら原子発光を分光検出し、試料の測定プロ
ファイルを求める。測定プロファイルは各元素毎の発光
線強度を表している。図５（ａ）は元素ａ（実線）、元
素ｂ（一点鎖線）、元素ｃ（破線）の３元素の例を示し
ている（ステップＳ１１）。次に、この測定プロファイ
ルから各元素について発光線強度の変化（立ち上がり及
び立ち下がり）を求める。発光線強度の立ち上がり及び
立ち下がりは、例えば微分値の絶対値と所定値との比較
によって行うことができる。図５（ｂ）は元素ａのプロ
ファイルであり、図５（ｂ）を微分して得られる図５
（ｃ）の発光線強度変化からプロファイルの立ち下がり
及び立ち下がりを検出することができる。図５（ａ）で
は、各元素のプロファイルの立ち上がり及び立ち下がり
の開始点、終了点を縦線で示している（ステップＳ１
２）。
【００１４】次に、発光線強度の変化から各元素の遷移
領域を求める。遷移領域は、元素の発光線強度が増加す
る場合には測定プロファイルの立ち上がり範囲となり、
元素の発光線強度が減少する場合には測定プロファイル
の立ち下がり範囲となる。この元素の遷移領域は元素毎
に異なる。ステップＳ１２で求めた元素のプロファイル
の立ち上がりの開始から終了までの区間、及び立ち下が
りの開始から終了までの区間を各元素の遷移領域とす
る。図５（ｄ）に示す矢印の範囲は元素ａ（実線の矢印
の範囲）、及び元素ｂ（破線の矢印の範囲）及び元素ｃ
（一点鎖線の矢印の範囲）の遷移領域を示している（ス
テップＳ１３）。次に、測定プロファイルの微分値の極
大位置、極小位置から、各元素の境界位置を求める。図
５（ａ），（ｄ）では、各元素の遷移領域中において境
界位置を×印で示している（ステップＳ１４）。
領域を求める。遷移領域は、元素の発光線強度が増加す
る場合には測定プロファイルの立ち上がり範囲となり、
元素の発光線強度が減少する場合には測定プロファイル
の立ち下がり範囲となる。この元素の遷移領域は元素毎
に異なる。ステップＳ１２で求めた元素のプロファイル
の立ち上がりの開始から終了までの区間、及び立ち下が
りの開始から終了までの区間を各元素の遷移領域とす
る。図５（ｄ）に示す矢印の範囲は元素ａ（実線の矢印
の範囲）、及び元素ｂ（破線の矢印の範囲）及び元素ｃ
（一点鎖線の矢印の範囲）の遷移領域を示している（ス
テップＳ１３）。次に、測定プロファイルの微分値の極
大位置、極小位置から、各元素の境界位置を求める。図
５（ａ），（ｄ）では、各元素の遷移領域中において境
界位置を×印で示している（ステップＳ１４）。
【００１５】次に、ステップＳ１５において各元素の遷
移領域をグループ化し、ステップＳ１６で求めた元素の
遷移領域から多層膜中の層の境界領域を求める。多層膜
中の層の境界領域は、重複している各元素の遷移領域を
グループ化して求めることができ、重複している元素の
遷移領域を全て含む範囲を層の境界領域とする。図５
（ｄ）において、各元素ａ，ｂ，ｃの遷移領域の端部の
内で最端部を層の境界領域の端部としてグループ化を行
い、層の境界領域とする。グループ化の処理において、
元素の遷移領域がグループ間をまたがる場合がある。元
素の遷移領域がグループ間をまたがる場合のグループ化
の処理を、図７のフローチャート及び図８，９の領域図
を用いて説明する。図８に示すように、元素ａ，ｂ，ｃ
の各遷移領域がグループ化した領域と重複しない場合に
は（ステップＳ３１）、各グループ化で得られた領域を
多層膜の層の境界領域とする（図８中の境界領域Ｇ１，
Ｇ２）（ステップＳ３２）。
移領域をグループ化し、ステップＳ１６で求めた元素の
遷移領域から多層膜中の層の境界領域を求める。多層膜
中の層の境界領域は、重複している各元素の遷移領域を
グループ化して求めることができ、重複している元素の
遷移領域を全て含む範囲を層の境界領域とする。図５
（ｄ）において、各元素ａ，ｂ，ｃの遷移領域の端部の
内で最端部を層の境界領域の端部としてグループ化を行
い、層の境界領域とする。グループ化の処理において、
元素の遷移領域がグループ間をまたがる場合がある。元
素の遷移領域がグループ間をまたがる場合のグループ化
の処理を、図７のフローチャート及び図８，９の領域図
を用いて説明する。図８に示すように、元素ａ，ｂ，ｃ
の各遷移領域がグループ化した領域と重複しない場合に
は（ステップＳ３１）、各グループ化で得られた領域を
多層膜の層の境界領域とする（図８中の境界領域Ｇ１，
Ｇ２）（ステップＳ３２）。
【００１６】一方、元素ａ，ｂ，ｃの各遷移領域のいず
れかがグループ化した領域と重複する場合には（ステッ
プＳ３１）、重複する遷移領域の境界位置が何れかのグ
ループ内にあるかを判定する（ステップＳ３３）。ステ
ップＳ３３の判定において、重複する遷移領域の境界位
置がグループの領域内にある場合には、この境界位置が
存在するグループにグループ化する。図９（ａ）は、元
素ｃの遷移領域が二つのグループ（グループＧ１及びＧ
２）の領域と重複し、元素ｃの境界位置はグループＧ１
の領域内にある場合を示している。この場合には、元素
ｃの領域をグループＧ１にグループ化し、このグループ
化による境界領域を境界領域Ｇ１とする（ステップＳ３
４）。また、ステップＳ３３の判定において、重複する
遷移領域の境界位置がいずれのグループの領域内にも存
在しない場合には、これらのグループ遷移領域は層の境
界ではなく、層内での元素の濃度変化と判定する（ステ
ップＳ３５）。ステップＳ１５で求めたグループの個数
は、膜の境界の個数とすることができる（ステップＳ１
７）。
れかがグループ化した領域と重複する場合には（ステッ
プＳ３１）、重複する遷移領域の境界位置が何れかのグ
ループ内にあるかを判定する（ステップＳ３３）。ステ
ップＳ３３の判定において、重複する遷移領域の境界位
置がグループの領域内にある場合には、この境界位置が
存在するグループにグループ化する。図９（ａ）は、元
素ｃの遷移領域が二つのグループ（グループＧ１及びＧ
２）の領域と重複し、元素ｃの境界位置はグループＧ１
の領域内にある場合を示している。この場合には、元素
ｃの領域をグループＧ１にグループ化し、このグループ
化による境界領域を境界領域Ｇ１とする（ステップＳ３
４）。また、ステップＳ３３の判定において、重複する
遷移領域の境界位置がいずれのグループの領域内にも存
在しない場合には、これらのグループ遷移領域は層の境
界ではなく、層内での元素の濃度変化と判定する（ステ
ップＳ３５）。ステップＳ１５で求めたグループの個数
は、膜の境界の個数とすることができる（ステップＳ１
７）。
【００１７】次に、ステップＳ１６で求めた境界領域に
おいて、多層膜中の層の境界位置を求める。多層膜中の
層の境界位置は、層の境界領域内において各元素の境界
位置の平均位置を計算することによって求めることがで
きる。図５（ｄ）中の境界領域Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３中に示
す×印は多層膜中の層の境界位置を示している（ステッ
プＳ１８）。図６（ａ）において、多層膜の各層（第１
層〜第４層）は境界位置（破線）によって区分される。
各層の濃度は、遷移領域を除いた部分（図６（ａ）中の
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）で求めることができる。なお、各層の
濃度を求めるデータ処理については後述する（ステップ
Ｓ１９）。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの領域において、各元素の濃
度は変動しているため、ステップ毎の発光線強度データ
を濃度変換し（ステップＳ２０）、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各
領域内で求めた濃度データを平均し、平均値を濃度とす
る（ステップＳ２１，２２）。また、測定プロファイル
はスパッタリング時間を横軸としている。そこで、この
スパッタリング時間を膜厚に変換することによって、膜
厚に対する濃度分布を求めることができる。図１０は多
層膜の各層の膜厚と元素組成を模式的に表しており、本
発明の多層膜自動判定による定量分析方法によれば、多
層膜の境界位置を自動判定し、各層の濃度を自動測定す
ることができる。
おいて、多層膜中の層の境界位置を求める。多層膜中の
層の境界位置は、層の境界領域内において各元素の境界
位置の平均位置を計算することによって求めることがで
きる。図５（ｄ）中の境界領域Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３中に示
す×印は多層膜中の層の境界位置を示している（ステッ
プＳ１８）。図６（ａ）において、多層膜の各層（第１
層〜第４層）は境界位置（破線）によって区分される。
各層の濃度は、遷移領域を除いた部分（図６（ａ）中の
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）で求めることができる。なお、各層の
濃度を求めるデータ処理については後述する（ステップ
Ｓ１９）。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの領域において、各元素の濃
度は変動しているため、ステップ毎の発光線強度データ
を濃度変換し（ステップＳ２０）、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各
領域内で求めた濃度データを平均し、平均値を濃度とす
る（ステップＳ２１，２２）。また、測定プロファイル
はスパッタリング時間を横軸としている。そこで、この
スパッタリング時間を膜厚に変換することによって、膜
厚に対する濃度分布を求めることができる。図１０は多
層膜の各層の膜厚と元素組成を模式的に表しており、本
発明の多層膜自動判定による定量分析方法によれば、多
層膜の境界位置を自動判定し、各層の濃度を自動測定す
ることができる。
【００１８】次に、各層の濃度を求めるデータ処理につ
いて説明する。発光線強度から濃度への変換は、標準試
料を用いた検量線を用いて行うことができる。測定プロ
ファイルのデータは一定時間毎のステップデータである
ため、各ステップ毎に各元素の発光線強度を検量線を用
いて濃度に変換する。通常の測定では、装置の測定条件
を一定に保っても、試料のスパッタリング速度は必ずし
も一定とならない。スパッタリング速度は、膜組成の不
均一性，組成の差異，膜構造などの試料条件にも依存す
る。試料のスパッタリング速度が変化してアルゴンプラ
ズマ中に導入される試料原子の単位時間あたりの量が変
化したとき、プラズマ自身の状態が変化せず共存元素の
影響が無視できるとすると、プラズマ中に導入される原
子の量に比例した発光線が得られることになる。すなわ
ち、発光線強度は単位時間あたりスパッタされる元素量
に比例する。
いて説明する。発光線強度から濃度への変換は、標準試
料を用いた検量線を用いて行うことができる。測定プロ
ファイルのデータは一定時間毎のステップデータである
ため、各ステップ毎に各元素の発光線強度を検量線を用
いて濃度に変換する。通常の測定では、装置の測定条件
を一定に保っても、試料のスパッタリング速度は必ずし
も一定とならない。スパッタリング速度は、膜組成の不
均一性，組成の差異，膜構造などの試料条件にも依存す
る。試料のスパッタリング速度が変化してアルゴンプラ
ズマ中に導入される試料原子の単位時間あたりの量が変
化したとき、プラズマ自身の状態が変化せず共存元素の
影響が無視できるとすると、プラズマ中に導入される原
子の量に比例した発光線が得られることになる。すなわ
ち、発光線強度は単位時間あたりスパッタされる元素量
に比例する。
【００１９】スパッタリング量をスパッタリング深さに
換算するには、試料の密度情報が必要である。多元素系
試料の密度Ｒは、各元素の純元素の密度から、モル濃度
で算術平均の計算によって求める。 Ｒ＝Σn i=1（（Ｃi×Ｒi）／Ａi）／Σn i=1（Ｃi／Ａi） …（１） ここで、ｎは含有元素数、Ｃiは含有元素の重量濃度、
Ｒiはｉ元素の純元素における密度、Ａiは原子量であ
る。ただし、標準試料は、実測値または、上記の計算で
求める。未知試料プロファイルの各ステップにおける密
度は、上記の計算方法で求めることができる。
換算するには、試料の密度情報が必要である。多元素系
試料の密度Ｒは、各元素の純元素の密度から、モル濃度
で算術平均の計算によって求める。 Ｒ＝Σn i=1（（Ｃi×Ｒi）／Ａi）／Σn i=1（Ｃi／Ａi） …（１） ここで、ｎは含有元素数、Ｃiは含有元素の重量濃度、
Ｒiはｉ元素の純元素における密度、Ａiは原子量であ
る。ただし、標準試料は、実測値または、上記の計算で
求める。未知試料プロファイルの各ステップにおける密
度は、上記の計算方法で求めることができる。
【００２０】また、検量線は、標準試料の発光線強度値
の換算によって求めることができる。各標準試料につい
て、密度（実測値、あるいは上記方法で得た計算値）と
実測されたスパッタ速度を用いて、測定した発光線強度
（Ｉk）を、単位重量（例えば１ｇ）あたりの発光線強
度（Ｉk’）に換算する。なお、ここでは、スパッタ面
積を１ｃｍ2と仮定している。 Ｉk’＝Ｉk／（Ｓk×Ｔ×Ｒk） …（２） ここで、ｋは標準試料番号、Ｔは１ステップあたりの積
分時間（ｓｅｃ．）、Ｓ kはスパッタ速度（例えば、ｃ
ｍ／ｓｅｃ．）である。この換算された発光線強度値を
用いて検量線を作成する。
の換算によって求めることができる。各標準試料につい
て、密度（実測値、あるいは上記方法で得た計算値）と
実測されたスパッタ速度を用いて、測定した発光線強度
（Ｉk）を、単位重量（例えば１ｇ）あたりの発光線強
度（Ｉk’）に換算する。なお、ここでは、スパッタ面
積を１ｃｍ2と仮定している。 Ｉk’＝Ｉk／（Ｓk×Ｔ×Ｒk） …（２） ここで、ｋは標準試料番号、Ｔは１ステップあたりの積
分時間（ｓｅｃ．）、Ｓ kはスパッタ速度（例えば、ｃ
ｍ／ｓｅｃ．）である。この換算された発光線強度値を
用いて検量線を作成する。
【００２１】次に、未知試料の測定プロファイルの各ス
テップデータＫp（ｐ番目）を、検量線からスパッタ重
量（Ｃp,i）に変換する。 Ｃp,i＝Ｋp／Ｉk’ …（３） 図１１（ａ）はスパッタ時間に対する発光線強度を示
し、図１１（ｂ）は、検量線を用いた濃度変換で得られ
たスパッタ量を示している。
テップデータＫp（ｐ番目）を、検量線からスパッタ重
量（Ｃp,i）に変換する。 Ｃp,i＝Ｋp／Ｉk’ …（３） 図１１（ａ）はスパッタ時間に対する発光線強度を示
し、図１１（ｂ）は、検量線を用いた濃度変換で得られ
たスパッタ量を示している。
【００２２】次に、各ステップにおいて、スパッタ重量
の合計値Ｃpと密度Ｒpとからスパッタ深さＳspを計算す
る。 Ｓsp＝Ｃp／Ｒp …（４） ここで、ｐ番目のステップにおけるスパッタ重量の合計
値Ｃpは以下の式（５）で計算され、 Ｃp＝Σn i=1Ｃp,i …（５） また、ｐ番目のステップにおける密度Ｒpは以下の式
（５）で計算される。 Ｒ＝Σn i=1（（Ｃp,i×Ｒi）／Ａi）／Σn i=1（Ｃp,i／Ａi） …（６） ここで、データ列の１番目から計算し、逐次積算した値
を各ステップの積算したスパッタ深さＳＳpとすると、
ＳＳpは以下の式（７）で表される。 ＳＳp＝Σp q=1Ｓsq …（７） また、スパッタ重量Ｃp,iを１００％に規格化すること
によって、重量濃度Ｃp ,i’を求めることができる。 Ｃp,i’＝（Ｃp,i／Ｃp）×１００ …（８） 上記式（７），（８）から、各ステップの各元素の濃度
Ｃp,i’と、試料深さＳＳpとが対応づけられたプロファ
イルデータを得ることができる。図１１（ｃ）はスパッ
タ深さに対する各元素の濃度を示している。本発明によ
れば、多層膜における各層の境界の判定や各層の濃度測
定は、上記した手順によって自動で行うことができる。
の合計値Ｃpと密度Ｒpとからスパッタ深さＳspを計算す
る。 Ｓsp＝Ｃp／Ｒp …（４） ここで、ｐ番目のステップにおけるスパッタ重量の合計
値Ｃpは以下の式（５）で計算され、 Ｃp＝Σn i=1Ｃp,i …（５） また、ｐ番目のステップにおける密度Ｒpは以下の式
（５）で計算される。 Ｒ＝Σn i=1（（Ｃp,i×Ｒi）／Ａi）／Σn i=1（Ｃp,i／Ａi） …（６） ここで、データ列の１番目から計算し、逐次積算した値
を各ステップの積算したスパッタ深さＳＳpとすると、
ＳＳpは以下の式（７）で表される。 ＳＳp＝Σp q=1Ｓsq …（７） また、スパッタ重量Ｃp,iを１００％に規格化すること
によって、重量濃度Ｃp ,i’を求めることができる。 Ｃp,i’＝（Ｃp,i／Ｃp）×１００ …（８） 上記式（７），（８）から、各ステップの各元素の濃度
Ｃp,i’と、試料深さＳＳpとが対応づけられたプロファ
イルデータを得ることができる。図１１（ｃ）はスパッ
タ深さに対する各元素の濃度を示している。本発明によ
れば、多層膜における各層の境界の判定や各層の濃度測
定は、上記した手順によって自動で行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のグロー放
電発光分光分析における定量分析方法によれば、多層膜
の各層の境界位置、及び濃度計算を行う領域をデータ処
理によって自動判定し、個人差によらない定量分析を行
うことができる。
電発光分光分析における定量分析方法によれば、多層膜
の各層の境界位置、及び濃度計算を行う領域をデータ処
理によって自動判定し、個人差によらない定量分析を行
うことができる。
【図１】本発明の定量分析方法を説明するためのフロー
チャートである。
チャートである。
【図２】本発明の定量分析方法を説明するための測定プ
ロファイル図である。
ロファイル図である。
【図３】本発明のグロー放電発光分光分析における定量
分析方法を適応することができるグロー放電発光分光分
析装置の一構成例を示すブロック図である。
分析方法を適応することができるグロー放電発光分光分
析装置の一構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の定量分析方法の一例を説明するための
フローチャートである。
フローチャートである。
【図５】本発明の定量分析方法の一例を説明するための
プロファイル図である。
プロファイル図である。
【図６】本発明の定量分析方法の一例を説明するための
プロファイル図である。
プロファイル図である。
【図７】元素の遷移領域のグループ化処理を説明するた
めのフローチャートである。
めのフローチャートである。
【図８】元素の遷移領域のグループ化処理を説明するた
めの領域図である。
めの領域図である。
【図９】元素の遷移領域のグループ化処理を説明するた
めの領域図である。
めの領域図である。
【図１０】多層膜の各層の膜厚と元素組成を模式的に表
す図である。
す図である。
【図１１】スパッタ深さに対する各元素の濃度を求める
手順を説明するための図である。
手順を説明するための図である。
１…グロー放電発光分光分析装置、２…分光器、３…放
電電極、４…高周波電源、５…整合器、６…高周波プラ
ズマ、Ｓ…試料。
電電極、４…高周波電源、５…整合器、６…高周波プラ
ズマ、Ｓ…試料。
Claims (1)
- 【請求項１】 グロー放電によって試料表面をスパッタ
リングしながら原子発光を分光検出し、元素分析を行う
グロー放電発光分光分析において、測定プロファイルか
ら各元素の発光線強度の変化を求め、前記発光線強度変
化から各元素の遷移領域及び境界位置を求め、各元素の
遷移領域で重複するものをグループ化して膜中の層の境
界領域とし、該層の境界領域中において各元素の境界位
置を用いて膜中の層の境界位置を判定し、前記境界領域
間の発光線強度から各層の濃度を算出する、グロー放電
発光分光分析における多層膜自動判定による定量分析方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11238351A JP2001059818A (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | グロー放電発光分光分析における多層膜自動判定による定量分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11238351A JP2001059818A (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | グロー放電発光分光分析における多層膜自動判定による定量分析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001059818A true JP2001059818A (ja) | 2001-03-06 |
Family
ID=17028915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11238351A Withdrawn JP2001059818A (ja) | 1999-08-25 | 1999-08-25 | グロー放電発光分光分析における多層膜自動判定による定量分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001059818A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004085352A (ja) * | 2002-08-27 | 2004-03-18 | Horiba Ltd | グロー放電分析装置およびグロー放電分析装置の分析結果表示方法 |
| JP2008102104A (ja) * | 2006-10-20 | 2008-05-01 | Toyota Central R&D Labs Inc | 表面前処理方法及び表面前処理装置 |
| JP2008267952A (ja) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Toppan Printing Co Ltd | トリアセチルセルロース成形体中の組成比分析方法及び定量分析方法 |
| CN113281266A (zh) * | 2020-02-19 | 2021-08-20 | 神华（北京）光伏科技研发有限公司 | 膜层物质的光谱联用分析方法及其应用 |
-
1999
- 1999-08-25 JP JP11238351A patent/JP2001059818A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004085352A (ja) * | 2002-08-27 | 2004-03-18 | Horiba Ltd | グロー放電分析装置およびグロー放電分析装置の分析結果表示方法 |
| JP2008102104A (ja) * | 2006-10-20 | 2008-05-01 | Toyota Central R&D Labs Inc | 表面前処理方法及び表面前処理装置 |
| JP4496498B2 (ja) * | 2006-10-20 | 2010-07-07 | 株式会社豊田中央研究所 | 表面前処理方法及び表面前処理装置 |
| JP2008267952A (ja) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Toppan Printing Co Ltd | トリアセチルセルロース成形体中の組成比分析方法及び定量分析方法 |
| CN113281266A (zh) * | 2020-02-19 | 2021-08-20 | 神华（北京）光伏科技研发有限公司 | 膜层物质的光谱联用分析方法及其应用 |
| CN113281266B (zh) * | 2020-02-19 | 2023-06-30 | 神华（北京）光伏科技研发有限公司 | 膜层物质的光谱联用分析方法及其应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061107 |