JP2002195965A - オージェ電子分光分析装置およびそれを用いた分析方法 - Google Patents
オージェ電子分光分析装置およびそれを用いた分析方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料表面の正確な組成比を同定するオージェ
電子分光分析装置を提供する。 【解決手段】 分析用の真空容器１と試料前処理用の真
空容器２との間をゲートバルブ３で連結している。真空
容器１には試料ステージ系４、電子銃５、イオン銃６、
オージェ電子検出器７が配備される。真空容器２には紫
外光ランプ源８、試料搬送系９が配備される。紫外光ラ
ンプ源８からの紫外光を試料表面に照射して試料表面に
存在する有機汚染層だけを真空容器２内で除去して、試
料搬送系９を用いて真空容器１に試料を搬送する。その
後、電子銃５から発せられる電子線を試料表面に照射し
て、オージェ電子検出器７でオージェ電子スペクトルを
測定し、微小領域における試料最表面の金属表面の化学
状態および組成比を求める。
電子分光分析装置を提供する。 【解決手段】 分析用の真空容器１と試料前処理用の真
空容器２との間をゲートバルブ３で連結している。真空
容器１には試料ステージ系４、電子銃５、イオン銃６、
オージェ電子検出器７が配備される。真空容器２には紫
外光ランプ源８、試料搬送系９が配備される。紫外光ラ
ンプ源８からの紫外光を試料表面に照射して試料表面に
存在する有機汚染層だけを真空容器２内で除去して、試
料搬送系９を用いて真空容器１に試料を搬送する。その
後、電子銃５から発せられる電子線を試料表面に照射し
て、オージェ電子検出器７でオージェ電子スペクトルを
測定し、微小領域における試料最表面の金属表面の化学
状態および組成比を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、オージェ電子分光
分析装置およびそれを用いた分析方法に関するものであ
る。
分析装置およびそれを用いた分析方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路における深さ方向
の組成分析に関して、イオンスパッタリングを用いたオ
ージェ電子分光分析が広く利用されてきたが、オージェ
電子分光分析で測定する前に試料を大気中に放置するた
めに試料表面に有機汚染層が生成され、有機汚染層の影
響で正確なオージェ電子スペクトルが収集できない状態
にあった。これは、オージェ電子分光分析では検出する
オージェ電子の脱出深さが約５ｎｍ以下であるために、
試料表面に厚さ約５ｎｍ以上の有機汚染層が存在する
と、目的とする試料表面の化学情報が得られないことに
起因する。
の組成分析に関して、イオンスパッタリングを用いたオ
ージェ電子分光分析が広く利用されてきたが、オージェ
電子分光分析で測定する前に試料を大気中に放置するた
めに試料表面に有機汚染層が生成され、有機汚染層の影
響で正確なオージェ電子スペクトルが収集できない状態
にあった。これは、オージェ電子分光分析では検出する
オージェ電子の脱出深さが約５ｎｍ以下であるために、
試料表面に厚さ約５ｎｍ以上の有機汚染層が存在する
と、目的とする試料表面の化学情報が得られないことに
起因する。
【０００３】そこで、従来のオージェ電子分光分析で
は、イオンスパッタリングを用いて試料表面の有機汚染
層を除去していた。
は、イオンスパッタリングを用いて試料表面の有機汚染
層を除去していた。
【０００４】一方、従来のオージェ電子分光分析は元素
分析を目的としており、元素分析と共に半導体集積回路
の材料開発において、需要の高い試料表面の化学状態
（金属状態、窒化状態、酸化状態、等）を同定する方法
としてはＸ線光電子分光分析が用いられている。しか
し、従来のＸ線光電子分光分析では約１０μｍ径以下に
入射Ｘ線を収束させることが困難なため、半導体集積回
路の微細化が進むにつれて微小領域での化学状態分析が
困難な状態になってきている。このため、微小領域にお
ける化学状態を同定する方法が強く望まれている。
分析を目的としており、元素分析と共に半導体集積回路
の材料開発において、需要の高い試料表面の化学状態
（金属状態、窒化状態、酸化状態、等）を同定する方法
としてはＸ線光電子分光分析が用いられている。しか
し、従来のＸ線光電子分光分析では約１０μｍ径以下に
入射Ｘ線を収束させることが困難なため、半導体集積回
路の微細化が進むにつれて微小領域での化学状態分析が
困難な状態になってきている。このため、微小領域にお
ける化学状態を同定する方法が強く望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オージ
ェ電子分光分析において、イオンスパッタリングを用い
て試料表面の有機汚染層を除去する方法では、試料表面
近傍にイオン注入による損傷層が発生し分析対象である
試料表面の組成比を正確に求めることが困難である。例
えば、金と銅からなる合金試料表面をイオンスパッタリ
ングした際、試料表面近傍の組成比が変化することが報
告されている（文献,C.Jansson,P.Morgen:Surface Inte
rface Anal,15.1(1990)等参照）。そこで、試料表面に
損傷なく有機汚染層を除去でき、試料表面の正確な組成
比を同定する方法が望まれている。
ェ電子分光分析において、イオンスパッタリングを用い
て試料表面の有機汚染層を除去する方法では、試料表面
近傍にイオン注入による損傷層が発生し分析対象である
試料表面の組成比を正確に求めることが困難である。例
えば、金と銅からなる合金試料表面をイオンスパッタリ
ングした際、試料表面近傍の組成比が変化することが報
告されている（文献,C.Jansson,P.Morgen:Surface Inte
rface Anal,15.1(1990)等参照）。そこで、試料表面に
損傷なく有機汚染層を除去でき、試料表面の正確な組成
比を同定する方法が望まれている。
【０００６】一方、Ｘ線光電子分光分析では、励起源と
してＸ線を用いるために分析領域が約１０μｍ径以上に
なり、約１μｍ径以下の微小領域における化学状態の情
報を得ることが難しく、半導体集積回路の微細化が進む
につれて微小領域での化学状態分析が困難になってきた
という問題を有している。そこで、微小領域における化
学状態を同定する方法が強く望まれている。
してＸ線を用いるために分析領域が約１０μｍ径以上に
なり、約１μｍ径以下の微小領域における化学状態の情
報を得ることが難しく、半導体集積回路の微細化が進む
につれて微小領域での化学状態分析が困難になってきた
という問題を有している。そこで、微小領域における化
学状態を同定する方法が強く望まれている。
【０００７】また、Ｘ線光電子分光分析においても試料
表面の有機汚染層を除去する際にイオンスパッタリング
を使用するので、試料表面近傍にイオン注入による損傷
層が発生し、分析対象である試料表面の化学状態を正確
に求めることが困難になっている。例えば、チタン酸化
膜の表面をイオンスパッタリングした際、イオン注入に
よって試料表面近傍が損傷され、光電子スペクトルが変
形することが報告されている（文献,S.Hashimoto et a
l:Surface Interface Anal,18.799(1992)等参照）。
表面の有機汚染層を除去する際にイオンスパッタリング
を使用するので、試料表面近傍にイオン注入による損傷
層が発生し、分析対象である試料表面の化学状態を正確
に求めることが困難になっている。例えば、チタン酸化
膜の表面をイオンスパッタリングした際、イオン注入に
よって試料表面近傍が損傷され、光電子スペクトルが変
形することが報告されている（文献,S.Hashimoto et a
l:Surface Interface Anal,18.799(1992)等参照）。
【０００８】以上のように、イオンスパッタリングを用
いた試料前処理は、試料表面近傍を損傷させるので、分
析対象である試料表面の化学状態を同定することができ
なくなるという欠点がある。
いた試料前処理は、試料表面近傍を損傷させるので、分
析対象である試料表面の化学状態を同定することができ
なくなるという欠点がある。
【０００９】本発明の目的は上記課題について鑑み、試
料表面の正確な組成比を同定することを可能とするオー
ジェ電子分光分析装置を提供すると共に、オージェ電子
分光分析を用いて微小領域の試料表面の化学状態と組成
比を同定する分析方法を提供するものである。
料表面の正確な組成比を同定することを可能とするオー
ジェ電子分光分析装置を提供すると共に、オージェ電子
分光分析を用いて微小領域の試料表面の化学状態と組成
比を同定する分析方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のオージェ電子分光分析装置は、紫外光を試
料表面に照射して試料表面の有機汚染層を除去する試料
前処理室と、試料前処理室にて表面処理された試料をオ
ージェ電子分光で分析する分析室とを備えている。
に、本発明のオージェ電子分光分析装置は、紫外光を試
料表面に照射して試料表面の有機汚染層を除去する試料
前処理室と、試料前処理室にて表面処理された試料をオ
ージェ電子分光で分析する分析室とを備えている。
【００１１】このようにすることで、オージェ電子分光
分析前に試料表面の有機汚染層を除去することができる
ため、試料表面の正確な組成比を同定することができ
る。
分析前に試料表面の有機汚染層を除去することができる
ため、試料表面の正確な組成比を同定することができ
る。
【００１２】また、本発明のオージェ電子分光分析装置
において、試料前処理室は、紫外光を発生する光源と試
料表面との距離を可変とすることにより、前記試料表面
に存在する有機汚染層の分解量を制御する機構を備えて
いることが好ましい。
において、試料前処理室は、紫外光を発生する光源と試
料表面との距離を可変とすることにより、前記試料表面
に存在する有機汚染層の分解量を制御する機構を備えて
いることが好ましい。
【００１３】このようにすることで、試料表面近傍を損
傷させずに試料表面に存在する有機汚染層だけを分解し
除去することができる。
傷させずに試料表面に存在する有機汚染層だけを分解し
除去することができる。
【００１４】また、本発明のオージェ電子分光分析装置
において、試料前処理室は、紫外光を発生する光源ラン
プ中に封入する不活性ガス種を選択することにより試料
表面に照射される紫外光の光子エネルギーを変化させ
て、試料表面に存在する有機汚染層を除去する機構を備
えていることが好ましい。
において、試料前処理室は、紫外光を発生する光源ラン
プ中に封入する不活性ガス種を選択することにより試料
表面に照射される紫外光の光子エネルギーを変化させ
て、試料表面に存在する有機汚染層を除去する機構を備
えていることが好ましい。
【００１５】このようにすることで、試料表面近傍を損
傷かつ改質させずに試料表面に存在する有機汚染層だけ
を分解し除去することができる。
傷かつ改質させずに試料表面に存在する有機汚染層だけ
を分解し除去することができる。
【００１６】また、本発明のオージェ電子分光分析装置
を用いた分析方法は、試料前処理室において真空下で紫
外光を試料表面に照射して試料表面の有機汚染層を除去
した後、真空状態のまま分析室に移動し、分析室におい
てオージェ電子スペクトルの形状変化およびエネルギー
シフト量を測定することにより、試料表面の化学状態お
よび組成比を同定する。
を用いた分析方法は、試料前処理室において真空下で紫
外光を試料表面に照射して試料表面の有機汚染層を除去
した後、真空状態のまま分析室に移動し、分析室におい
てオージェ電子スペクトルの形状変化およびエネルギー
シフト量を測定することにより、試料表面の化学状態お
よび組成比を同定する。
【００１７】このようにすることで、試料表面近傍を損
傷かつ改質させずに試料表面に存在する有機汚染層だけ
を分解し除去することができ、Ｘ線光電子分光分析を用
いずに、オージェ電子分光分析を用いて微小領域の試料
表面の化学状態と組成比を同定することができる。
傷かつ改質させずに試料表面に存在する有機汚染層だけ
を分解し除去することができ、Ｘ線光電子分光分析を用
いずに、オージェ電子分光分析を用いて微小領域の試料
表面の化学状態と組成比を同定することができる。
【００１８】また、本発明のオージェ電子分光分析装置
を用いた分析方法において、試料表面の有機汚染層を除
去する際に、紫外光を発生する光源と試料表面との距離
を可変とすることにより、試料表面に存在する有機汚染
層の分解量を制御することが好ましい。
を用いた分析方法において、試料表面の有機汚染層を除
去する際に、紫外光を発生する光源と試料表面との距離
を可変とすることにより、試料表面に存在する有機汚染
層の分解量を制御することが好ましい。
【００１９】このようにすることで、試料表面近傍を損
傷させずに試料表面に存在する有機汚染層だけを分解し
除去することができる。
傷させずに試料表面に存在する有機汚染層だけを分解し
除去することができる。
【００２０】また、本発明のオージェ電子分光分析装置
を用いた分析方法において、試料表面の有機汚染層を除
去する際に、紫外光を発生する光源ランプ中に封入する
不活性ガス種を選択することにより試料表面に照射され
る紫外光の光子エネルギーを変化させて、試料表面に存
在する有機汚染層を除去することが好ましい。
を用いた分析方法において、試料表面の有機汚染層を除
去する際に、紫外光を発生する光源ランプ中に封入する
不活性ガス種を選択することにより試料表面に照射され
る紫外光の光子エネルギーを変化させて、試料表面に存
在する有機汚染層を除去することが好ましい。
【００２１】このようにすることで、試料表面近傍を損
傷かつ改質させずに試料表面に存在する有機汚染層だけ
を分解し除去することができる。
傷かつ改質させずに試料表面に存在する有機汚染層だけ
を分解し除去することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
のオージェ電子分光分析装置における第１の実施形態に
ついて、図面を参照しながら説明する。
のオージェ電子分光分析装置における第１の実施形態に
ついて、図面を参照しながら説明する。
【００２３】図１は紫外光を発生させる光源を有した試
料前処理室（以下、試料前処理用の真空容器と記す）と
分析室（以下、分析用の真空容器と記す）を備えたオー
ジェ電子分光分析装置の構成図を示す。図１において、
分析用の真空容器１と試料前処理用の真空容器２との間
をゲートバルブ３で連結している。分析用の真空容器１
には試料ステージ系４、電子銃５、イオン銃６、オージ
ェ電子検出器７が配備され、試料前処理用の真空容器２
には紫外光ランプ源８、試料搬送系９が配備されてい
る。
料前処理室（以下、試料前処理用の真空容器と記す）と
分析室（以下、分析用の真空容器と記す）を備えたオー
ジェ電子分光分析装置の構成図を示す。図１において、
分析用の真空容器１と試料前処理用の真空容器２との間
をゲートバルブ３で連結している。分析用の真空容器１
には試料ステージ系４、電子銃５、イオン銃６、オージ
ェ電子検出器７が配備され、試料前処理用の真空容器２
には紫外光ランプ源８、試料搬送系９が配備されてい
る。
【００２４】以上のように構成されたオージェ電子分光
分析装置について、以下その動作を説明する。まず、試
料前処理用の真空容器２の紫外光ランプ源８から発せら
れる紫外光を試料表面に照射することで、試料表面に存
在する有機汚染層だけを試料前処理用の真空容器２内で
除去して、試料搬送系９を用いて分析用の真空容器１に
試料を搬送する。その後、電子銃５から発せられる電子
線を試料表面に照射して、オージェ電子検出器７で金属
表面の化学状態および組成比を求める上での正確なオー
ジェ電子スペクトルを測定することができる。
分析装置について、以下その動作を説明する。まず、試
料前処理用の真空容器２の紫外光ランプ源８から発せら
れる紫外光を試料表面に照射することで、試料表面に存
在する有機汚染層だけを試料前処理用の真空容器２内で
除去して、試料搬送系９を用いて分析用の真空容器１に
試料を搬送する。その後、電子銃５から発せられる電子
線を試料表面に照射して、オージェ電子検出器７で金属
表面の化学状態および組成比を求める上での正確なオー
ジェ電子スペクトルを測定することができる。
【００２５】図２は紫外光を発生させる光源を有した試
料前処理用の真空容器の構成図を示す。図２において、
試料前処理用の真空容器１０と紫外光ランプ源ユニット
１１はフッ化マグネシウム、石英等の紫外光に対して透
過率が高い材料を用いた照射窓１２により分離されてい
る。アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスが
封入されている石英ガラス管１３における金属電極１４
と金属網電極１５との間に交流電圧を印加することによ
り、石英ガラス管１３中に封入されているガスが放電プ
ラズマ雰囲気１６を形成し、そのプラズマ雰囲気から発
せられる紫外光１７を金属網電極１５および照射窓１２
を通して、試料ホルダー１８上に置かれている金属試料
１９の全表面に紫外光１７を照射することで、金属試料
１９表面に存在する有機汚染層だけを分解し除去するこ
とができる。因みに試料前処理用の真空容器１０内は真
空ポンプで０．０１Ｐａ程度の真空度で排気されてい
る。
料前処理用の真空容器の構成図を示す。図２において、
試料前処理用の真空容器１０と紫外光ランプ源ユニット
１１はフッ化マグネシウム、石英等の紫外光に対して透
過率が高い材料を用いた照射窓１２により分離されてい
る。アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスが
封入されている石英ガラス管１３における金属電極１４
と金属網電極１５との間に交流電圧を印加することによ
り、石英ガラス管１３中に封入されているガスが放電プ
ラズマ雰囲気１６を形成し、そのプラズマ雰囲気から発
せられる紫外光１７を金属網電極１５および照射窓１２
を通して、試料ホルダー１８上に置かれている金属試料
１９の全表面に紫外光１７を照射することで、金属試料
１９表面に存在する有機汚染層だけを分解し除去するこ
とができる。因みに試料前処理用の真空容器１０内は真
空ポンプで０．０１Ｐａ程度の真空度で排気されてい
る。
【００２６】また、照射窓１２と金属試料１９の照射距
離を変えることで試料表面に存在する有機汚染層の分解
量をコントロールできるように試料ステージ２０が上下
に動く機構になっている。紫外光１７で金属試料１９表
面の有機物汚染層を除去した後、金属試料１９が固定さ
れたままの試料ホルダー１８を試料搬送棒２１で分析用
の真空容器１へ搬送し、電子線を金属試料１９に照射し
てオージェ電子スペクトルを収集する。
離を変えることで試料表面に存在する有機汚染層の分解
量をコントロールできるように試料ステージ２０が上下
に動く機構になっている。紫外光１７で金属試料１９表
面の有機物汚染層を除去した後、金属試料１９が固定さ
れたままの試料ホルダー１８を試料搬送棒２１で分析用
の真空容器１へ搬送し、電子線を金属試料１９に照射し
てオージェ電子スペクトルを収集する。
【００２７】紫外光を用いた試料表面の有機汚染層の分
解除去メカニズムを簡単に説明する。通常の大気中に曝
された金属試料の表面には有機汚染層が生成されてお
り、有機物が構成する分子結合エネルギー以上の紫外光
の光子エネルギーｈνをその有機汚染層に照射した際、
有機物の分子結合を切断される。同時に試料前処理の真
空容器内に残留している酸素が活性化されて、分子結合
の切れた箇所に酸素が引っ付き酸化されて、揮発性の高
い一酸化炭素、二酸化炭素、水等の分子に変化すること
で有機汚染層は除去される（文献,J.R.Vig:J.Vac.Sci.T
echnol,A3.1027(1985)等参照）。
解除去メカニズムを簡単に説明する。通常の大気中に曝
された金属試料の表面には有機汚染層が生成されてお
り、有機物が構成する分子結合エネルギー以上の紫外光
の光子エネルギーｈνをその有機汚染層に照射した際、
有機物の分子結合を切断される。同時に試料前処理の真
空容器内に残留している酸素が活性化されて、分子結合
の切れた箇所に酸素が引っ付き酸化されて、揮発性の高
い一酸化炭素、二酸化炭素、水等の分子に変化すること
で有機汚染層は除去される（文献,J.R.Vig:J.Vac.Sci.T
echnol,A3.1027(1985)等参照）。
【００２８】この効果を確認するために実際に測定を行
った結果を紹介する。試料はシリコン基板上に成膜した
チタン酸化膜の表面の測定であり、チタン酸化膜の表面
を有機溶剤洗浄後、前記第１の実施の形態における試料
前処理用の真空容器１０内において、石英ガラス管１３
に封入した塩素添加クリプトンガスを用いた放電プラズ
マ雰囲気１６から発せられた波長２２２ｎｍの紫外光を
チタン酸化膜の全表面に０秒、３０秒、６０秒、９０
秒、１２０秒毎に照射しながら、照射時間毎にチタン酸
化膜の表面に存在する炭素および酸素のオージェ電子検
出強度を分析用の真空容器１内で測定し、チタン酸化膜
の表面に存在する有機汚染層の除去推移を把握した。こ
の時の照射窓１２と金属試料１９の照射距離は１〜１．
５ｍｍ程度であり、金属試料１９表面の有機汚染層が分
解除去しやすい照射距離に設定した。
った結果を紹介する。試料はシリコン基板上に成膜した
チタン酸化膜の表面の測定であり、チタン酸化膜の表面
を有機溶剤洗浄後、前記第１の実施の形態における試料
前処理用の真空容器１０内において、石英ガラス管１３
に封入した塩素添加クリプトンガスを用いた放電プラズ
マ雰囲気１６から発せられた波長２２２ｎｍの紫外光を
チタン酸化膜の全表面に０秒、３０秒、６０秒、９０
秒、１２０秒毎に照射しながら、照射時間毎にチタン酸
化膜の表面に存在する炭素および酸素のオージェ電子検
出強度を分析用の真空容器１内で測定し、チタン酸化膜
の表面に存在する有機汚染層の除去推移を把握した。こ
の時の照射窓１２と金属試料１９の照射距離は１〜１．
５ｍｍ程度であり、金属試料１９表面の有機汚染層が分
解除去しやすい照射距離に設定した。
【００２９】また、石英ガラス管１３に封入する不活性
ガスは選択的に充填することができるので、今回は単純
なクリプトンガスを用いずに、塩素が添加されたクリプ
トンガスを選択した。即ち、チタンと酸素の結合エネル
ギー（６５７ｋＪ／ｍｏｌ）以下の低い紫外光の光子エ
ネルギーｈν（塩素添加クリプトンガスを用いた際の紫
外光の光子エネルギーｈν＝５３６ｋＪ／ｍｏｌ）を与
えることで、チタンと酸素の原子間結合を切断せずに選
択的にチタン酸化膜の表面に存在する有機汚染層のみを
分解除去できる。因みに、単純なクリプトンガスを用い
た際の紫外光の光子エネルギーｈν＝８１６ｋＪ／ｍｏ
ｌであり、チタンと酸素の原子間結合を切断する可能性
がある。
ガスは選択的に充填することができるので、今回は単純
なクリプトンガスを用いずに、塩素が添加されたクリプ
トンガスを選択した。即ち、チタンと酸素の結合エネル
ギー（６５７ｋＪ／ｍｏｌ）以下の低い紫外光の光子エ
ネルギーｈν（塩素添加クリプトンガスを用いた際の紫
外光の光子エネルギーｈν＝５３６ｋＪ／ｍｏｌ）を与
えることで、チタンと酸素の原子間結合を切断せずに選
択的にチタン酸化膜の表面に存在する有機汚染層のみを
分解除去できる。因みに、単純なクリプトンガスを用い
た際の紫外光の光子エネルギーｈν＝８１６ｋＪ／ｍｏ
ｌであり、チタンと酸素の原子間結合を切断する可能性
がある。
【００３０】図３は紫外光照射時間に対する炭素および
酸素のオージェ電子検出強度の関係を示す。図３におい
て、紫外光照射時間が約９０秒以上になると炭素のオー
ジェ電子検出強度２２が減少し、酸素のオージェ電子検
出強度２３が増加していることが分かり、紫外光照射に
よってチタン酸化膜の表面に存在する有機汚染層が分解
除去されていることがわかる。従って、従来使用してい
たイオンスパッタリングを用いずに、紫外光でチタン酸
化膜の表面に存在する有機汚染層を除去し、試料表面近
傍における損傷をなくして、試料表面がチタン酸化状態
である高精度なチタンのオージェ電子スペクトルを測定
することができる。
酸素のオージェ電子検出強度の関係を示す。図３におい
て、紫外光照射時間が約９０秒以上になると炭素のオー
ジェ電子検出強度２２が減少し、酸素のオージェ電子検
出強度２３が増加していることが分かり、紫外光照射に
よってチタン酸化膜の表面に存在する有機汚染層が分解
除去されていることがわかる。従って、従来使用してい
たイオンスパッタリングを用いずに、紫外光でチタン酸
化膜の表面に存在する有機汚染層を除去し、試料表面近
傍における損傷をなくして、試料表面がチタン酸化状態
である高精度なチタンのオージェ電子スペクトルを測定
することができる。
【００３１】（第２の実施形態）次に第２の実施形態
は、第１の実施形態に示したオージェ電子分光分析装置
を用いて、分析対象である金属表面に存在する有機汚染
層を除去後、オージェ電子スペクトルを収集し、金属表
面の化学状態および組成比を把握することができる同定
方法について、オージェ電子スペクトルの測定例をあげ
て説明する。
は、第１の実施形態に示したオージェ電子分光分析装置
を用いて、分析対象である金属表面に存在する有機汚染
層を除去後、オージェ電子スペクトルを収集し、金属表
面の化学状態および組成比を把握することができる同定
方法について、オージェ電子スペクトルの測定例をあげ
て説明する。
【００３２】試料はシリコン基板上にチタン膜、窒化チ
タン膜、チタン酸化膜を成膜し、第１の実施の形態に示
したオージェ電子分光分析装置を用いて、各金属表面に
存在している有機汚染層を除去後、３７０ｅＶ〜４３０
ｅＶ領域のチタンのオージェ電子スペクトルを収集し、
各試料表面におけるチタンのオージェ電子スペクトルの
形状変化を図４に示す。
タン膜、チタン酸化膜を成膜し、第１の実施の形態に示
したオージェ電子分光分析装置を用いて、各金属表面に
存在している有機汚染層を除去後、３７０ｅＶ〜４３０
ｅＶ領域のチタンのオージェ電子スペクトルを収集し、
各試料表面におけるチタンのオージェ電子スペクトルの
形状変化を図４に示す。
【００３３】チタン膜の場合、約３８５ｅＶ付近オージ
ェ電子ピーク２４ａはスプリットのピークに分離し、約
４１５ｅＶ付近オージェ電子ピーク２４ｂはシングルの
ピークであることが分かる。窒化チタン膜の場合、約３
８５ｅＶ付近オージェ電子ピーク２５ａおよび約４１５
ｅＶ付近オージェ電子ピーク２５ｂは共にスプリットの
ピークに分離していることが分かる。また、チタン酸化
膜の場合、約３８５ｅＶ付近オージェ電子ピーク２６ａ
はシングルのピークであり、約４１５ｅＶ付近オージェ
電子ピーク２６ｂはスプリットのピークに分離している
ことが分かる。従って、チタンのオージェ電子スペクト
ルの形状変化を把握することで、試料表面の化学状態
（金属状態、窒化状態、酸化状態、等）が何であるか同
定できる。
ェ電子ピーク２４ａはスプリットのピークに分離し、約
４１５ｅＶ付近オージェ電子ピーク２４ｂはシングルの
ピークであることが分かる。窒化チタン膜の場合、約３
８５ｅＶ付近オージェ電子ピーク２５ａおよび約４１５
ｅＶ付近オージェ電子ピーク２５ｂは共にスプリットの
ピークに分離していることが分かる。また、チタン酸化
膜の場合、約３８５ｅＶ付近オージェ電子ピーク２６ａ
はシングルのピークであり、約４１５ｅＶ付近オージェ
電子ピーク２６ｂはスプリットのピークに分離している
ことが分かる。従って、チタンのオージェ電子スペクト
ルの形状変化を把握することで、試料表面の化学状態
（金属状態、窒化状態、酸化状態、等）が何であるか同
定できる。
【００３４】このオージェ電子スペクトルの形状変化は
チタンが持つ内殻軌道の電子と窒素または酸素が持つ価
電子帯の電子が分子軌道論的に混成軌道を形成したこと
に起因すると考える。
チタンが持つ内殻軌道の電子と窒素または酸素が持つ価
電子帯の電子が分子軌道論的に混成軌道を形成したこと
に起因すると考える。
【００３５】従来、オージェ電子分光分析装置で窒化チ
タン膜中の窒素を定量することは難しいと言われている
（書籍,志水隆一,吉原一紘 編:実用オージェ電子分光
法,p160−p161,共立出版(1989)等参照）。なぜならば、
チタンの約３８５ｅＶ付近オージェ電子ピークとオージ
ェ電子分光分析で唯一窒素が検出可能な約３８５ｅＶ付
近オージェ電子ピークが重複しており、チタンと窒素の
オージェ電子ピークが分離できないことにある。
タン膜中の窒素を定量することは難しいと言われている
（書籍,志水隆一,吉原一紘 編:実用オージェ電子分光
法,p160−p161,共立出版(1989)等参照）。なぜならば、
チタンの約３８５ｅＶ付近オージェ電子ピークとオージ
ェ電子分光分析で唯一窒素が検出可能な約３８５ｅＶ付
近オージェ電子ピークが重複しており、チタンと窒素の
オージェ電子ピークが分離できないことにある。
【００３６】そこで、チタンの約４５０ｅＶ付近オージ
ェ電子ピークのエネルギーシフト量を測定し、窒化チタ
ン膜中の窒素を定量化した測定例を紹介する。
ェ電子ピークのエネルギーシフト量を測定し、窒化チタ
ン膜中の窒素を定量化した測定例を紹介する。
【００３７】シリコン基板上に窒素含有量が異なる窒化
チタン膜を成膜し、第１の実施形態に示したオージェ電
子分光分析装置を用いて、各金属表面に存在している有
機汚染層を除去後、４４０ｅＶ〜４６０ｅＶ領域のチタ
ンのオージェ電子スペクトルを収集し、各窒素含有量が
異なる窒化チタン膜におけるチタンの約４５０ｅＶ付近
オージェ電子ピークのエネルギーシフトを図５に示す。
金属チタンのオージェ電子ピーク２７ａに対して、窒素
／チタン比＝０．５４０のオージェ電子ピーク２７ｂお
よび窒素／チタン比＝０．９９５のオージェ電子ピーク
２７ｃを比較すると、チタンに対する窒素比が増えるに
つれて高エネルギー側へオージェ電子スペクトルがシフ
トしていることが分かる。
チタン膜を成膜し、第１の実施形態に示したオージェ電
子分光分析装置を用いて、各金属表面に存在している有
機汚染層を除去後、４４０ｅＶ〜４６０ｅＶ領域のチタ
ンのオージェ電子スペクトルを収集し、各窒素含有量が
異なる窒化チタン膜におけるチタンの約４５０ｅＶ付近
オージェ電子ピークのエネルギーシフトを図５に示す。
金属チタンのオージェ電子ピーク２７ａに対して、窒素
／チタン比＝０．５４０のオージェ電子ピーク２７ｂお
よび窒素／チタン比＝０．９９５のオージェ電子ピーク
２７ｃを比較すると、チタンに対する窒素比が増えるに
つれて高エネルギー側へオージェ電子スペクトルがシフ
トしていることが分かる。
【００３８】チタンの約４５０ｅＶ付近オージェ電子ピ
ークのエネルギーシフト量と窒素／チタン比の関係を図
６に示す。窒素／チタン比とエネルギーシフト量は比例
関係があり、エネルギーシフト量が分かれば窒化チタン
膜の組成比を求めることができる。
ークのエネルギーシフト量と窒素／チタン比の関係を図
６に示す。窒素／チタン比とエネルギーシフト量は比例
関係があり、エネルギーシフト量が分かれば窒化チタン
膜の組成比を求めることができる。
【００３９】
【発明の効果】以上のように本発明は、紫外光を発生さ
せる光源を有した試料前処理用の真空容器（試料前処理
室）が配備されたオージェ電子分光分析装置を用いて、
分析対象である試料表面に存在する有機汚染層を紫外光
で除去して、微小領域において高精度なオージェ電子ス
ペクトルの形状変化およびエネルギーシフト量を測定す
ることにより、試料表面の正確な化学状態および組成比
を把握することができる。
せる光源を有した試料前処理用の真空容器（試料前処理
室）が配備されたオージェ電子分光分析装置を用いて、
分析対象である試料表面に存在する有機汚染層を紫外光
で除去して、微小領域において高精度なオージェ電子ス
ペクトルの形状変化およびエネルギーシフト量を測定す
ることにより、試料表面の正確な化学状態および組成比
を把握することができる。
【図１】本発明のオージェ電子分光分析装置の構成を示
す図
す図
【図２】本発明のオージェ電子分光分析装置における試
料前処理室の構成を示す図
料前処理室の構成を示す図
【図３】本発明の第１の実施形態における紫外光照射時
間に対する炭素および酸素のオージェ電子検出強度の関
係を示す図
間に対する炭素および酸素のオージェ電子検出強度の関
係を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態におけるチタンのオー
ジェ電子スペクトルの形状変化を示す図
ジェ電子スペクトルの形状変化を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態における窒素含有量が
異なる窒化チタン膜でのチタンのオージェ電子ピークの
エネルギーシフトを示す図
異なる窒化チタン膜でのチタンのオージェ電子ピークの
エネルギーシフトを示す図
【図６】本発明の第２の実施形態におけるチタンの約４
５０ｅＶ付近オージェ電子ピークのエネルギーシフト量
と窒素／チタン比の関係を示す図
５０ｅＶ付近オージェ電子ピークのエネルギーシフト量
と窒素／チタン比の関係を示す図
１ 分析用の真空容器（分析室） ２ 試料前処理用の真空容器（試料前処理室） ３ ゲートバルブ ４ 試料ステージ系 ５ 電子銃 ６ イオン銃 ７ オージェ電子検出器 ８ 紫外光ランプ源 ９ 試料搬送系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G001 AA03 AA05 AA07 BA09 CA03 EA04 GA01 JA12 JA14 KA01 NA15 NA17 PA01 RA05 RA08 RA20 4M106 AA01 BA03 CB21 DH01 DH24 DH31 DH60 DJ01 5C001 AA07 BB07 DD01 5C033 RR03 RR08 RR10
Claims (6)
- 【請求項１】 紫外光を試料表面に照射して前記試料表
面の有機汚染層を除去する試料前処理室と、前記試料前
処理室にて表面処理された試料をオージェ電子分光で分
析する分析室とを備えたことを特徴とするオージェ電子
分光分析装置。 - 【請求項２】 試料前処理室は、紫外光を発生する光源
と試料表面との距離を可変とすることにより、前記試料
表面に存在する有機汚染層の分解量を制御する機構を備
えていることを特徴とする請求項１記載のオージェ電子
分光分析装置。 - 【請求項３】 試料前処理室は、紫外光を発生する光源
ランプ中に封入する不活性ガス種を選択することにより
試料表面に照射される前記紫外光の光子エネルギーを変
化させて、前記試料表面に存在する有機汚染層を除去す
る機構を備えていることを特徴とする請求項１記載のオ
ージェ電子分光分析装置。 - 【請求項４】 試料前処理室において真空下で紫外光を
試料表面に照射して前記試料表面の有機汚染層を除去し
た後、前記真空状態のまま分析室に移動し、前記分析室
においてオージェ電子スペクトルの形状変化およびエネ
ルギーシフト量を測定することにより、前記試料表面の
化学状態および組成比を同定することを特徴とするオー
ジェ電子分光分析装置を用いた分析方法。 - 【請求項５】 試料表面の有機汚染層を除去する際に、
紫外光を発生する光源と前記試料表面との距離を可変と
することにより、前記試料表面に存在する有機汚染層の
分解量を制御することを特徴とする請求項４記載のオー
ジェ電子分光分析装置を用いた分析方法。 - 【請求項６】 試料表面の有機汚染層を除去する際に、
紫外光を発生する光源ランプ中に封入する不活性ガス種
を選択することにより前記試料表面に照射される前記紫
外光の光子エネルギーを変化させて、前記試料表面に存
在する有機汚染層を除去することを特徴とする請求項４
記載のオージェ電子分光分析装置を用いた分析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000397696A JP2002195965A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | オージェ電子分光分析装置およびそれを用いた分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000397696A JP2002195965A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | オージェ電子分光分析装置およびそれを用いた分析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002195965A true JP2002195965A (ja) | 2002-07-10 |
Family
ID=18862793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000397696A Pending JP2002195965A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | オージェ電子分光分析装置およびそれを用いた分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002195965A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005134170A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Ulvac Fuai Kk | 電子分光分析方法及び分析装置 |
| JP2005251656A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Ntp:Kk | 試料洗浄装置および試料洗浄方法 |
| JP2006509999A (ja) * | 2002-08-02 | 2006-03-23 | イー エイ フィシオネ インストルメンツ インコーポレーテッド | 顕微鏡の試料調製方法及び装置 |
| JP2006164893A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Horon:Kk | 荷電粒子線装置およびそのコンタミネーション除去方法 |
| JP2007059176A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Hitachi High-Technologies Corp | 走査電子顕微鏡 |
| US8658973B2 (en) | 2012-06-12 | 2014-02-25 | Kla-Tencor Corporation | Auger elemental identification algorithm |
-
2000
- 2000-12-27 JP JP2000397696A patent/JP2002195965A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006509999A (ja) * | 2002-08-02 | 2006-03-23 | イー エイ フィシオネ インストルメンツ インコーポレーテッド | 顕微鏡の試料調製方法及び装置 |
| JP2005134170A (ja) * | 2003-10-29 | 2005-05-26 | Ulvac Fuai Kk | 電子分光分析方法及び分析装置 |
| JP4497889B2 (ja) * | 2003-10-29 | 2010-07-07 | アルバック・ファイ株式会社 | 電子分光分析方法及び分析装置 |
| JP2005251656A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Ntp:Kk | 試料洗浄装置および試料洗浄方法 |
| JP4613020B2 (ja) * | 2004-03-05 | 2011-01-12 | 株式会社Ｎｔｐ | 試料洗浄装置および試料洗浄方法 |
| JP2006164893A (ja) * | 2004-12-10 | 2006-06-22 | Horon:Kk | 荷電粒子線装置およびそのコンタミネーション除去方法 |
| JP4681291B2 (ja) * | 2004-12-10 | 2011-05-11 | 株式会社ホロン | 荷電粒子線装置およびそのコンタミネーション除去方法 |
| JP2007059176A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Hitachi High-Technologies Corp | 走査電子顕微鏡 |
| JP4546902B2 (ja) * | 2005-08-24 | 2010-09-22 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 走査電子顕微鏡 |
| US8658973B2 (en) | 2012-06-12 | 2014-02-25 | Kla-Tencor Corporation | Auger elemental identification algorithm |
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