JP2001272363A

JP2001272363A - 高抵抗試料の表面分析方法および分析装置

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Publication number: JP2001272363A
Application number: JP2000084360A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Takase; 博光高瀬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、Ｘ線光電子分光分析方法及び2次
イオン質量分析方法で従来法以上に簡便に高抵抗試料の
分析を行なう方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、高抵抗試料の表面分析法にお
いて、（１）該試料の測定面上の一部に膜厚が所定の範
囲で変化しかつ分析装置と等電位である導電性薄膜を成
膜する工程と（２）少なくとも該導電性薄膜を含んで測
定面に帯電中和のための所定エネルギーの電子線を照射
する工程と、（３）工程（２）と同時に、測定面に励起
線を照射して信号を測定する工程とを少なくとも有する
高抵抗試料の表面分析方法を提案する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高抵抗試料の表面
分析方法および分析装置に係わり、特にＸ線光電子分光
分析および、2次イオン質量分析において低エネルギー
電子線照射による電子線照射誘起導電現象（以下、ＥＢ
ＩＣ現象と言う。）を利用する高抵抗試料の分析方法お
よび分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線光電子分光分析装置を用いて試料の
表面に存在する元素を同定または、当該元素の化学結合
状態などを同定する場合は、試料にＸ線を照射して試料
から放出される光電子の運動エネルギーを測定し、照射
するＸ線のエネルギーと当該光電子の運動エネルギーの
差から決定される当該光電子の結合エネルギーに基づい
てなされる。しかし、測定試料が高抵抗試料の場合は光
電子を放出することにより試料表面が正に帯電するた
め、試料から放出された光電子は減速され、本来の光電
子の運動エネルギーが測定できなくなり、正確に化学状
態等の同定ができなくなるという問題をもつ。

【０００３】試料に照射するＸ線としては単色化Ｘ線ま
たは、非単色化Ｘ線を使用することができるが、非単色
化Ｘ線を使用する場合には、Ｘ線が試料に照射されるば
かりでなく、連続Ｘ線により装置部材から放射される光
電子、オージェ電子、2次電子が試料上に供給されるた
め、試料表面での帯電は起こりにくいことが知られてい
る。また、帯電現象が完全に相殺されない場合でも、試
料表面に吸着した炭化水素のＣ１ｓピークや、スパッタ
により試料中に注入されたＡｒイオンなど内部標準元素
の光電子ピークと他の光電子の光電子との結合エネルギ
ー差にもとづいて元素の化学状態が決定できることは知
られている（Ｓ．Ｈａｓｈｉｍｏｔｏｅｔａｌ．，Ｓ
ｕｒｆ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ａｎａｌ．，１８，８０
１（１９９２））。

【０００４】一方、試料表面に存在する元素の化学状態
を精度よく測定するには、Ｘ線のエネルギー幅が狭いこ
と、照射されるＸ線に連続Ｘ線を含まないこと、照射さ
れるＸ線が長波長の固有Ｘ線を含まないことが重要であ
るため、照射Ｘ線としては単色化Ｘ線を用いることが必
要となる。

【０００５】しかし、単色化Ｘ線ビームは測定箇所のみ
に照射されるために、連続Ｘ線が装置部材に照射される
ことにより発生する光電子、オージェ電子、2次電子が
試料上に供給されることはない。そのため、単色化Ｘ線
による分析では試料表面に著しい帯電が発生し、高抵抗
試料を測定する際には大きな問題となっている。

【０００６】この問題を解決する方法として、外部から
電子を供給し、試料表面から放出される光電子との間に
電子収支の平衡状態を形成する方法が従来から行われて
いる。当該方法としては、電子分光装置内の真空にわず
かの希ガスを導入して、この希ガスより放出される電子
を利用するもの（特開平０３−２６９４８号公報）や、
試料に近接する金属部分にＸ線を照射してそこから発生
する電子を利用するもの（特開平０３−１１３３５４号
公報）が開示されているが、いずれも供給する電子量、
照射範囲の制御の点で十分とはいえない。一方、間接的
に発生させた電子ではなく、試料に電子を直接照射する
方法も従来から用いられている。

【０００７】近年、微小部の化学状態、表面組成を測定
する頻度が高くなっている。単色Ｘ線は回折結晶（モノ
クロメーター）を用いてＸ線の単色化を行うため、Ｘ線
の照射領域も小さくすることが可能であり、微小部の分
析にも適合している。しかし、帯電防止のための電子の
照射領域がＸ線の照射領域よりも大きくなる場合には試
料面内で電位分布が発生し、Ｘ線の照射領域が５００μ
ｍ以下では光電子ピークの半価幅が大きくなるという問
題がおきる。この問題を解決すべく、試料上空１ｍｍ〜
２ｍｍ離れた位置に金属製のグリッドを配置する方法が
（米国特許公開第４６８０４６７号）に開示されてい
る。また、電子の照射領域がＸ線の照射領域よりも大き
くなると、電子線のみが照射されている領域が負に帯電
し、電子の移動を妨げるために、Ｘ線照射領域の帯電が
十分に中和されなくなり、中和条件を制御するのが困難
になるとの報告がされている（ＰａｕｌＥ．Ｌａｒｓ
ｏｎ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１６
（６），Ｎｏｖ／Ｄｅｃ，１９９８）。

【０００８】この問題を解決する方法として、試料に電
子と正イオンを、正イオンの照射領域が電子の照射領域
より大きくなるように照射してＸ線照射領域周辺部の帯
電現象を回避することによりＸ線照射部に効率的に電子
ビームが照射されるようにする方法（特開平１０−２４
６７１２号公報）が開示されている。また、磁場内に電
子源を設置して低エネルギーの電子線を試料の帯電して
いる部分のみに選択的に供給する方法も報告されている
（Ｊ．Ｅ．Ｆｕｌｇｈｕｍ，Ｊ．Ｓ．ＡＶｏｌ６Ｎ
ｏ．１，１９９９）。

【０００９】一方、試料の前処理を行うのみで高抵抗試
料の測定を行う分析方法が２次イオン質量分析の分野に
おいては特許番号第２６１２７１６号に開示されてい
る。これは、高抵抗試料の２次イオン質量分析におい
て、１次イオン照射により試料表面が正に帯電するため
に定量精度が低下し、極端な場合には測定ができなくな
る問題を解決する方法として発明されたものである。

【００１０】この方法は、試料の分析対象領域以外に分
析装置と等電位になっている導電性薄膜を形成し、当該
導電性薄膜の少なくとも一部を含めて前記分析対象領域
に帯電防止用の電子線を照射した時に発生する電子線照
射誘起導電現象（以下、ＥＢＩＣ現象：Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＢｅａｍＩｎｄｕｃｅｄＣｕｒｒｅｎｔと略
す）を利用する方法である。

【００１１】ここでＥＢＩＣ現象とは、電子線のエネル
ギーによって、高抵抗試料構成元素がイオン化して正イ
オンと自由電子が形成される現象を示す。ＥＢＩＣ現象
を誘起するためには高抵抗試料の構成原子のイオン化エ
ネルギーよりも高いエネルギーの電子線を照射しなけれ
ばならない。イオン化エネルギーは原子番号とともに大
きくなるが、原子番号７９のＡｕで１ｋｅＶ程度である
ので、数ｋｅＶの電子線照射により原理的には全種類の
元素をイオン化することが可能である。

【００１２】このようにＥＢＩＣ現象を利用すること
で、試料表面に蓄積した電荷を導電性膜を介してすみや
かに装置へ逃がすことが可能となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＥＢＩ
Ｃ現象を高抵抗試料の分析に利用するには、導電性薄膜
が分析装置と等電位になっていること、導電性薄膜を電
子線が貫通し、かつ、貫通した電子が高抵抗試料表面を
イオン化させるだけのエネルギーを有していることが必
要になる。このため導電性薄膜の膜厚は、使用する導電
性薄膜の種類、電子線のエネルギー、高抵抗試料のイオ
ン化エネルギーを考慮して決めなければならない。使用
する電子線のエネルギーが自由に選択できる場合には問
題がないが、通常の場合、分析装置に搭載されている電
子銃は使用できる電子線のエネルギーが制約されてい
る。また、試料によっては電子線による損傷を抑えるた
めに低エネルギーの電子線を照射する必要がある。

【００１４】このような場合には、電子線のエネルギー
を低下させねばならないが、その結果、電子線が導電性
薄膜を透過できなくなり、ＥＢＩＣ現象が発生せず、分
析を断念せざるを得ない場合もあった。

【００１５】このような問題を解決する一つの方法とし
ては導電性薄膜の膜厚を薄くする方法がある。しかしな
がら、膜厚を薄くすると、導電性薄膜は島状に形成され
易くなるため、分析装置（試料ホルダー）と試料表面と
の間に電気的導通を持つ連続した膜を形成することが難
しくなり、極端な場合には導電性薄膜と分析装置とが等
電位にならない場合が生じる。

【００１６】このように、精度の高く正確な高抵抗試料
の測定を行うためには導電性薄膜の膜厚をどの程度とす
るかは大きな問題となっていた。

【００１７】また、あらかじめ分析試料表面に導電性薄
膜を形成した後、試料を分析装置の試料ホルダーに装着
する方法も考えられるが、この方法では該導電性薄膜と
試料ホルダーとの間に接触抵抗が発生する場合があり、
電子線を試料に照射しても、試料ホルダーと導電性薄膜
との間の接触抵抗のために電荷が蓄積してしまいＥＢＩ
Ｃ現象の十分な効果が得られないことがあった。

【００１８】また、ＥＢＩＣ現象を利用するには、導電
性薄膜の少なくとも一部を含めて前記高抵抗試料表面に
帯電防止用の電子線を照射する必要があるため、導電性
薄膜は予め指定された分析箇所近傍に成膜される必要が
ある。しかし、事前に試料表面に導電性薄膜を形成する
方法には、成膜箇所を正確に指定できない欠点があっ
た。

【００１９】本発明は、これらの問題点に鑑みなされた
ものであり、ＥＩＢＣ現象を利用した従来法以上に簡便
で確実な高抵抗試料の分析方法を提供することを目的と
する。また、試料表面に導電性薄膜を成膜するための、
成膜装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、高抵抗試料の
表面分析方法において、（１）該試料の測定面上の一部
に膜厚が所定の範囲で変化しかつ分析装置と等電位であ
る導電性薄膜を成膜する工程と（２）少なくとも該導電
性薄膜を含んで測定面に帯電中和のための所定エネルギ
ーの電子線を照射する工程と、（３）工程（２）と同時
に、測定面に励起線を照射して信号を測定する工程とを
少なくとも有する高抵抗試料の表面分析方法を提供す
る。

【００２１】前記表面分析方法がＸ線光電子分光分析法
又は２次イオン質量分析法のどちらかであることが好適
である。

【００２２】前記導電性薄膜の最大膜厚が、前記所定の
エネルギーの電子線が透過することが可能な膜厚である
ことが好適である。

【００２３】本発明により、励起線としてＸ線を用いる
Ｘ線光電子分光分析法及び励起線としてイオン線を用い
る2次イオン質量分析法における高抵抗試料の分析をよ
り簡便に行なうことが可能となった。

【００２４】本発明は、測定箇所近傍に膜厚が所定の範
囲で変化する導電性薄膜を試料ホルダーに跨るように成
膜し、測定箇所とこの導電性薄膜とに所定のエネルギー
の電子線を照射することで生じるＥＢＩＣ現象により帯
電を緩和しながら高抵抗試料の分析を行なうものであ
る。

【００２５】ＥＢＩＣ現象により帯電を緩和するために
は、中和用の電子線が導電性薄膜を通過して、高抵抗試
料表面に至ることが必要である。

【００２６】電子線の透過能力は主に電子線の加速エネ
ルギーによって決定されるので、加速エネルギーを任意
の値とすることができれば、導電性薄膜の膜厚如何に関
わらず帯電を緩和できるはずである。しかし、照射する
電子線の加速エネルギーはそれのみを自由に設定するこ
とはできず、試料の電子線照射に対する耐性、測定条件
等を考慮して決定されるものである。ここで、「所定の
エネルギーの電子線」との用語は、装置の電子線加速電
圧、試料の電子線に対する耐性、測定条件等を考慮して
決定されるエネルギーを示す。

【００２７】このように電子線の加速エネルギーを事前
に決定することが難しいため、測定前に電子線が透過可
能な厚さの導電性薄膜を準備することは非常に難しかっ
た。

【００２８】本発明は、所定の範囲で膜厚を変化させた
導電性薄膜を試料表面に成膜することでこの困難を克服
した。ここで「所定の範囲」とは、電子銃の最大加速電
圧で加速された電子線が透過できる膜厚と膜厚０との間
の膜厚範囲である。

【００２９】例えば、図１に示すように、導電性薄膜の
膜厚が“０〜電子線が透過可能な膜厚”の間で徐々にテ
ーパー状に変化する膜である。

【００３０】測定時に測定箇所のみでなく、この導電性
薄膜にも電子線を照射すると、電子線はその加速電圧に
見合った膜厚以下の膜厚の領域において導電性薄膜を透
過してＥＢＩＣ現象を引き起こす。

【００３１】この時、前記導電性薄膜の膜厚が２０ｎｍ
以下であることが好適である。

【００３２】さらに、前記電子線のエネルギーが５ｋＶ
以下であることが好適である。

【００３３】また、本発明は、前記の導電性薄膜を試料
表面に形成する手段と真空排気手段とを少なくとも有す
る前処理室を具備し、励起線であるＸ線を発生するＸ線
源と光電子エネルギー分析器及び／又は励起線であるイ
オン線を発生するイオン線源と四重極質量分析器、及び
帯電防止用の電子線照射装置と真空排気手段とを少なく
とも有する測定室から構成される表面分析装置を提供す
る。

【００３４】また、本発明は、雰囲気を大気に開放する
ことなく前記前処理室から測定室へ試料を搬送する手段
を有し、測定室内で決定された試料位置に導電性薄膜を
形成する手段を有する前処理室を具備する前記の表面分
析装置を提供する。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００３６】図１は本発明の導電性薄膜を有した高抵抗
試料が、試料ホルダーに固定され、表面分析装置の測定
室に取り付けられた様子を示している。

【００３７】高抵抗試料２は、試料ホルダー３上に試料
固定用押さえ板２４により固定されている。左側の試料
固定用押さえ板と試料との間には、所定の範囲で変化す
る導電性薄膜１が成膜されている。この導電性薄膜１
は、試料ホルダーに試料を設置した状態のままで成膜さ
れたものであり、試料表面とホルダーとの間に電気的導
通を確保している。

【００３８】また、この例においては導電性薄膜１はテ
ーパー状に膜厚が変化しているが、試料表面とホルダー
との導通が確保でき、試料ホルダー（分析装置）と導電
性薄膜１とが等電位であれば、他の形状であっても差し
支えない。例えば、図３に示した階段状等の形状であっ
てもよい。

【００３９】試料表面で導電性薄膜２の膜厚が０となる
付近に、電子線４が電子銃１１より照射されている。こ
の電子線４は、導電性薄膜２と試料の測定箇所とに照射
されるだけの広がりを有していることが望ましい。ま
た、本例は、２次イオン質量分析装置に関する例であ
り、測定箇所に向けて、分析用のイオン線５がイオン銃
１０より照射されている。

【００４０】導電性薄膜１の最大膜厚は、測定時に使用
する電子線の加速電圧Ｖ（ボルト）、当該導電性薄膜に
用いられる金属の原子量A、密度ρ（ｇ／ｃｍ³）及び原
子番号Zより（１）式（副島啓義、電子線マイクロアナ
リシス、日刊工業、８８頁）により決定される電子の侵
入深さＲ３（μm）より薄い膜厚として決定される。

【００４１】

【数１】

【００４２】例えば、導電性薄膜としてＰｔを用い、電
子線加速電圧を０．５〜５ｋＶとした場合の結果を表１
に示した。電子線が当該導電性薄膜を貫通するためには
Ｐｔ製の導電性薄膜１の最大膜厚を表１に示される膜厚
以下にする必要がある。

【００４３】例えば、分析装置に設置された電子銃の加
速電圧が最大で５ｋＶの場合には、Ｐｔ膜の最大膜厚は
１７ｎｍ以下とすることが望ましい。

【００４４】

【表１】

【００４５】膜厚が変化している導電性薄膜１を高抵抗
試料表面に形成することにより、たとえ低エネルギーの
電子線４を照射したとしても、電子線４は自らの加速電
圧により透過可能な最大膜厚よりも薄い膜厚領域で導電
性薄膜を透過し試料表面に至ることが可能となる。

【００４６】例えば、膜厚が０〜１７ｎｍの間で変化す
るＰｔ膜が試料表面に試料ホルダーと跨るように成膜さ
れた試料を分析する際に、３ｋＶの電子線を照射したと
すると、電子線は、膜厚が７．３ｎｍ以下の領域でＰｔ
膜を透過し、試料表面に到達し、表面の原子をイオン化
する。

【００４７】導電性薄膜１としてＰｔを用いた場合、電
子線の加速電圧が５ｋＶ以下では式（１）により、電子
線が透過できる膜厚は最大で１７ｎｍであるため、試料
面に平行な方向で０ｎｍから１７ｎｍの間で膜厚が変化
するような導電性薄膜を形成すればよい。

【００４８】図２は導電性薄膜を成膜するための前処理
装置を具備した複合型表面分析装置であり、本例におい
ては2次イオン質量分析装置とＸ線光電子分光分析装置
とが複合されている。

【００４９】装置は大きく測定室６と前処理室７とに分
かれている。測定室６にはＸ線光電子分光分析を行なう
ためのＸ線源９及び光電子エネルギー分析器１２が、さ
らに、２次イオン質量分析を行なうためのイオン銃２０
及び2次イオン質量分析器１３が取り付けられている。
さらに、高抵抗試料の分析時に電子線を照射するための
電子銃１１、試料表面の観察を行なうために、通常、光
学顕微鏡となっている試料観察手段１４、試料が固定さ
れた試料ホルダー３を移動するための試料ステージ移動
手段８が設置されている。

【００５０】測定室６とゲートバルブ１５を介して前処
理室７が存在している。前処理室７には、試料表面の任
意の位置に導電性薄膜をスパッタリング成膜するための
成膜用の部品が設置されている。まず、スパッタリング
用のイオン線を照射するイオン銃２０が設置されてお
り、イオン銃２０より発射されたイオン線はスパッタリ
ングターゲット２１に入射し、ターゲットがスパッタさ
れる。ターゲット２１と試料ホルダー３との間には、適
当な形状と大きさの開口を有する金属製のプレート１６
が設置されている。ターゲット２１よりスパッタされた
粒子は、このプレートに堆積し、プレート１６の開口部
を通過できた粒子のみが試料ホルダー３に固定された試
料表面に堆積する。

【００５１】図２に示した装置では、プレート１６がプ
レート移動手段１８により試料上の任意位置の上空に開
口部を移動可能となっている。

【００５２】上述のスパッタリングターゲットとしては
Ｐｔ、Ｔａ、Ｗなどを用いることができる。測定室６、
前処理室７は不図示の真空排気系に接続されている。前
処理室７には不図示のガス導入系が接続されており、イ
オン銃２０にガスが供給される。図２にはイオン線スパ
ッタ法により導電性薄膜を形成する機能を有する前処理
室を示してあるが、導電性薄膜の形成法はこの方法に限
られたものではなく、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着
法なども利用できる。抵抗加熱蒸着法の場合には導電性
薄膜としてはカーボン、Ａｕなどが、電子ビーム蒸着法
の場合にはＴａ、Ｍｏなどを導電性薄膜として用いるこ
とが可能である。

【００５３】前処理室７と測定室６での試料ホルダー３
の位置座標を共通に扱うことで、予め測定室６内で試料
観察手段１４により決定された位置に前処理室７で導電
性薄膜１を形成できるようにしている。

【００５４】測定室６と前処理室７での試料ホルダー３
の位置座標を共通に扱う一つの手段としては、測定室
６、前処理室７における試料ホルダー３を試料導入棒か
ら１９から受け取る試料ステージ２２、２３の初期位置
をそれぞれの試料ステージ２２、２３に接続されたマイ
クロメーターで設定されるＸ、Ｙ座標上の点（０，０）
とし、測定室６の初期位置において試料観察手段１４で
観察される試料２の位置と、前処理室７の初期位置にお
いて試料上に設置されるプレート１６の開口部１７直下
の試料２の位置とが同じになるように予め調整する方法
がある。ここでプレート１６は固定とする。なお、試料
観察手段１４で観察される試料２の位置はＸ線光電子分
光分析または２次イオン質量分析の分析位置に一致する
ように調整されている。

【００５５】また、測定室６と前処理室７での試料ホル
ダー３の位置座標を共通に扱う他の手段としては、測定
室６における試料ステージ２２の初期位置と、前処理室
７におけるプレート１６の初期位置をそれぞれの試料ス
テージ２２、２３に接続されたマイクロメーターで設定
されるＸ、Ｙ座標上の点（0，0）とし、測定室6の初期
位置において試料観察手段14で観察される試料2の位置
と、前処理室7の初期位置においてプレート16の開口部1
7直下の試料2の位置とが同じになるように予め調整する
方法がある。ここで試料ステージ23は所定位置に固定と
する。所定位置とは前処理室7にストッパーを設置し、
当該試料位置に試料を接触させた位置として決定する方
法、試料ホルダー3を載せる試料ステージ23を特定の
Ｘ、Ｙ座標点に固定する方法がある。

【００５６】次に、試料面に平行な方向に膜厚が変化す
る導電性薄膜1の形成方法について図3を用いて説明す
る。試料2を装着した試料ホルダー3を試料導入棒19に装
着して、試料ステージ23に移動させた後、予め測定室6
の試料観察手段14で決定されたＸ、Ｙ座標位置、（Ｘ
1、Ｙ1）に設置する。（図3−1）。次に不図示のガス導
入系を用いて不図示のイオン銃にＡｒガスを所定の圧力
まで導入する。イオン銃のフィラメント電流、加速電圧
を調整してＡｒイオン線をターゲットに照射してイオン
線スパッタを行う。あらかじめ測定された導電性薄膜の
堆積レートにもとづいて所望の厚さの成膜を行い（図3
−2）、次に試料を順次、試料面に平行な方向に所望の
距離だけ試料ステージ23に接続されたマイクロメーター
を用いて移動することにより試料面に平行な方向に膜厚
が変化する導電性薄膜1を形成する（図3−3）。この
時、導電性薄膜の一部が試料ホルダーに跨るように形成
する。試料の移動距離は所望する膜厚および、試料面に
平行な方向での膜厚の変化率に依存し決定する。

【００５７】次に、試料面に平行な方向に膜厚が変化す
る導電性薄膜１の他の形成方法について図3を用いて説
明する。試料２を装着した試料ホルダー３を試料導入棒
１９に装着して、固定された試料ステージ２３の不図示
のストッパーに接触する位置に移動させた後、開口部１
７を設けたプレート１６をプレート移動手段１８を用い
て、予め測定室６の試料観察手段１４で決定されたＸ、
Ｙ座標位置（Ｘ１，Ｙ１）に移動する（図３−１）。次
に、不図示のガス導入形を用いて不図示のイオン銃にＡ
ｒガスを所定の圧力まで導入する。イオン銃のフィラメ
ント電流、加速電圧を調整してＡｒイオン線をターゲッ
トに照射してイオン線スパッタを行い（図３−２）、次
にプレート１６を順次、試料面に平行な方向に所望の距
離だけプレート移動手段１８のマイクロメーターを用い
て移動することにより試料面に平行な方向に膜厚が変化
する導電性薄膜１を形成する（図３−３）。この時、導
電性薄膜の一部が試料ホルダーに跨るように形成する。
プレートの移動距離は所望する膜厚および、試料面に平
行な方向での膜厚の変化率に依存し決定する。測定位置
を特に指定しない場合には、前処理室７で導電性薄膜１
を形成する場合に、プレート１６を設けずに試料２全面
に導電性薄膜１を形成した後、測定室に搬送し、イオン
銃１０を用いてデフォーカス（焦点をずらしてイオン線
を広げる）したイオン線を試料２の導電性薄膜１に照射
し、導電性薄膜と高抵抗試料の界面まで導電性薄膜をス
パッタする方法を使うことができる。当該方法は、イオ
ン線の照射によりイオン線の強度分布を反映したすり鉢
状の形状の側壁を有するクレータを導電性薄膜に形成
し、当該側壁部分を前記の試料面に平行な方向で膜厚が
変化する導電性薄膜として用いる方法である。

【００５８】

【実施例】(実施例１)ソーダガラスのＮａの一部をＫで
置換したガラス（商品名ＰＤ２００旭硝子製）をイソ
プロピルアルコール中で超音波を併用しながら１５分間
３回の洗浄を行った後、１５０℃で５分間乾燥し試料２
とした。不図示のＸ線光電子分光分析装置試料ホルダー
に装着した試料２を、図２に示した導入棒１９を用い
て、測定室６内の試料ステージ２２に移動し、導入棒１
９を所定の位置に戻した後ゲートバルブ１５を閉めた。
試料観察手段１４により測定位置のＸ、Ｙ座標位置（Ｘ
１，Ｙ１）を決定した。次に試料ステージ２２を初期位
置に戻し、ゲートバルブを開けて導入棒１９を用いて、
試料ホルダー３を前処理室内７内の固定された試料ステ
ージ２３上に移し、Ｐｔ薄膜1を試料2表面に形成した。
当該前処理室でのＰｔ膜1の形成工程を図3を用いて説明
する。まず、３ｍｍφの径の開口部１７を設けたプレー
ト１６をプレート移動手段１８のマイクロメータを用い
てあらかじめ決定された測定位置の座標（Ｘ１，Ｙ1）
および、試料上面１ｍｍの空中に設置した（図3−1）。
ここでターゲット２１とプレート１６の距離は4ｃｍと
した。次に、不図示のガス導入形を用いてイオン銃２０
にＡｒガスを3×１０^-3Ｐａまで導入した。イオン銃の
フィラメント電流を3．4ｍＡ、加速電圧を8．5ＫＶとし
てターゲット２１にＰｔを用いてイオン線スパッタを行
った。あらかじめ行った測定から決定されたこの条件で
の堆積レートは０．６ｎｍ／分程度であることから、１
分毎に試料を100μｍ移動し、10分の成膜を行い導電性
薄膜1を形成した（図3−3）。この時、Ｐｔ薄膜の一部
が試料ホルダーに形成されるように成膜をした。当該方
法により形成された導電性薄膜の形状の該略図を図1に
示した。次に図2に示した前処理室7と測定室６間のゲー
トバルブ15を開けて、試料導入棒１９を用いて試料ホル
ダー３を測定室６の試料ステージ２２に移し、ステージ
移動手段８のマイクロメーターを用いてあらかじめ決定
された測定位置の座標（Ｘ１，Ｙ１）に移動しＸ線光電
子分光スペクトルを測定した。単色化されたＸ線（Ａｌ
Ｋα線１４８６．６ｅＶ）の照射領域を試料２上の２
５０μｍφに設定し、帯電防止用の電子線をＰｔ膜１の
少なくとも一部とＸ線の照射されている領域を含む前記
試料２表面に照射した。この時電子線の加速電圧を１．
５ＫＶとし、電子線の電流量を試料電流で０．１ｍＡか
ら０．５ｍＡまで変化させた。Ｓｉ２ｐ光電子を測定し
たがの結合エネルギー値およびスペクトルの半価幅はほ
とんど同じであり、低いエネルギーの電子線照射によっ
てもＥＢＩＣ現象が発現していることを示唆した。次に
電子線の加速電圧を１ＫＶに低下して、同様に試料電流
を変化させながらＳｉ２Ｐ光電子を測定したが結合エネ
ルギー値およびスペクトルの半価幅はほとんど同じであ
り、１．５ＫＶ以下の低いエネルギーでも、電子線のエ
ネルギーに依存しないでＥＢＩＣ現象を利用して高抵抗
試料の分析ができることを示した。

【００５９】（実施例２）前処理室で実施例１と同様な
方法によりＰｔ膜を形成した硝子（商品名ＰＤ２００
旭硝子製）試料２を測定室６に搬送し、２次イオン質量
分析を行った。測定は加速電圧を３．０ＫＶ、１．５Ｋ
Ｖ、１ＫＶとした帯電防止用電子線４を少なくともＰｔ
膜１の一部と１次イオン線が照射される領域を含む試料
２の広い領域に照射した。１次イオン線はＰｔ膜１以外
の領域に照射した。１次イオン線として酸素イオン（Ｏ
₂ ⁺）を用い、加速エネルギー８ＫｅＶ、走査領域を１０
０μｍ×１００μｍ、分析領域を走査領域の中央部１０
μｍφになるように設定した。１次イオンの電流量は一
定にして、２次イオン強度が最大になるように電子線４
の電流を調整した。このときの試料のスパッタレートは
１．５ｎｍ／ｓｅｃであった。２次イオンとしてＳｉを
検出した。いずれの電子線の加速電圧においても２次イ
オン強度の安定性は２０分間で３％であり、低抵抗のＳ
ｉウエハーを測定した場合の変動幅と同等であり、試料
面に平行な方向に膜厚を変化させて作製したＰｔ膜１の
いずれかの領域で電子線はＰｔ膜１を貫通し、ＥＢＩＣ
現象が発生していることが示唆された。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、高抵抗試料の任意個所
を対象として表面分析を行う際に、中和電子銃の加速電
圧を任意に設定してもＥＢＩＣ現象を利用して測定を行
うことができるため、測定の最適条件を容易に見出すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導電性薄膜の形状の一つを示す概略図
である。

【図２】導電性薄膜形成機能を有する前処理室を具備す
る分布装置の概略図である。

【図３】導電性薄膜を形成する工程の該略図である。

【符号の説明】

１導電性薄膜２高抵抗試料３試料ホルダー４電子線５Ｘ線またはイオン線６測定室７前処理室８試料ステージ移動手段９Ｘ線源１０イオン銃１１電子銃１２光電子エネルギー分析器１３２次イオン質量分析器１４試料観察手段１５ゲートバルブ１６プレート１７開口部１８プレート移動手段１９試料導入棒２０イオン銃２１ターゲット２２測定室試料ステージ２３前処理室試料ステージ２４試料固定用おさえ板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高抵抗試料の表面分析方法において、（１）該試料の測定面上の一部に膜厚が所定の範囲で変
化しかつ分析装置と等電位である導電性薄膜を成膜する
工程と（２）少なくとも該導電性薄膜を含んで測定面に
帯電中和のための所定エネルギーの電子線を照射する工
程と、（３）工程（２）と同時に、測定面に励起線を照
射して信号を測定する工程と、を少なくとも有する高抵
抗試料の表面分析方法。
【請求項２】前記表面分析方法がＸ線光電子分光分析
法又は２次イオン質量分析法のどちらかである請求項1
記載の高抵抗試料の表面分析方法。
【請求項３】前導電性薄膜の最大膜厚が、前記所定の
エネルギーの電子線が透過することが可能な膜厚である
請求項１又は２記載の表面分析方法。
【請求項４】前記導電性薄膜の膜厚が２０ｎｍ以下で
あることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記
載の高抵抗試料の表面分析方法。
【請求項５】前記電子線のエネルギーが５ｋＶ以下で
あることを特徴とする請求項1〜４のいずれか１項に記
載の表面分析方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか一項に記載の導
電性薄膜を試料表面に形成する手段と真空排気手段とを
少なくとも有する前処理室を具備し、Ｘ線源と光電子エ
ネルギー分析器及び／又はイオン線源と四重極質量分析
器、及び帯電防止用の電子線照射装置と真空排気手段と
を少なくとも有する測定室から構成される表面分析装
置。
【請求項７】雰囲気を大気に開放することなく前記前
処理室から測定室へ試料を搬送する手段を有し、測定室
内で決定された試料位置に導電性薄膜を形成する手段を
有する前処理室を具備する請求項６記載の表面分析装
置。