JP2006132975A - Method and device of thin layer analysis - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for determining the element composition of a thin-layer measurement layer in an analysis specimen having a thin-layer laminated structure. <P>SOLUTION: This method of thin layer analysis comprises: a process for performing oblique etching or oblique grinding for the analysis specimen having a thin-layer laminated structure to expose the measurement layer; a process for exciting characteristic X rays from the exposed measurement layer by electron beam irradiation; a process for detecting only the characteristic X rays from the measurement layer; and a process for determining the element composition from the detected X rays. A characteristic X-ray analyzer is included which is equipped with an irradiation means; a specimen hold means; an incident X-ray adjustment means; and an X-ray detection means. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、薄層の元素組成を分析する方法および装置に関する。より具体的には、本発明は、薄層の積層構造を有する分析試料に加工処理を行なって斜めに露出させた測定層から電子線照射により励起させた特性X線を分析することによって、元素組成を決定する薄層分析方法および装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for analyzing the elemental composition of thin layers. More specifically, the present invention relates to an element by analyzing characteristic X-rays excited by electron beam irradiation from a measurement layer exposed obliquely by processing an analysis sample having a thin layered structure. The present invention relates to a thin layer analysis method and apparatus for determining a composition.

従来、試料の微小領域分析や表面の元素分析を行なう技術として、電子線を試料に照射し、照射された微小領域や表面から励起される特性X線をX線検出器により検出する電子線プローブマイクロX線分析装置(EPMA)が知られている。EPMAは、電子線を試料に照射すると、その照射領域に存在する各元素がそれぞれ固有のエネルギーを有する特性X線を放出することを利用する。電子線により励起された特性X線のエネルギースペクトラムを分析することにより、照射領域に存在する元素の組成を知ることができる。   Conventionally, as a technique for analyzing a micro area of a sample or elemental analysis of a surface, an electron beam probe that irradiates a sample with an electron beam and detects characteristic X-rays excited from the irradiated micro area or surface by an X-ray detector. A micro X-ray analyzer (EPMA) is known. EPMA utilizes the fact that when a sample is irradiated with an electron beam, each element existing in the irradiated region emits characteristic X-rays having specific energy. By analyzing the energy spectrum of characteristic X-rays excited by an electron beam, the composition of the elements present in the irradiated region can be known.

しかし、従来のEPMAでは、例えば、試料表面上に存在する微小物体や試料表面上の(厚さがマイクロメータ以下の)薄層を分析することは、困難であった。これは、試料から放出される特性X線には、試料内部と試料表面の微小物体または薄層との両方からの特性X線が含まれ、しかも試料内部からの特性X線の強度が、試料表面の微小物体または薄層からの特性X線に比べて強いので、微小物体または薄層からの特性X線のみを抽出して分析できないからである。この点に関して、低エネルギー(低加速)の電子線を照射して試料内部への電子線の進入深度を浅くすることによって、試料表面近傍からのみ特性X線を励起させる方法が考えられる。しかし、低エネルギー電子線の使用は、検出可能な元素を限定し、例えば、検出すべき元素が未知であり、すべての元素を検出対象とする必要がある場合など適切でない場合が多い。   However, in the conventional EPMA, it has been difficult to analyze, for example, a minute object existing on the sample surface or a thin layer (thickness or less) on the sample surface. This is because the characteristic X-rays emitted from the sample include characteristic X-rays from both the inside of the sample and the minute object or thin layer on the surface of the sample, and the intensity of the characteristic X-ray from the inside of the sample is This is because the characteristic X-rays from the minute object or thin layer on the surface are stronger than the characteristic X-rays, and only the characteristic X-rays from the minute object or thin layer cannot be extracted and analyzed. In this regard, a method of exciting characteristic X-rays only from the vicinity of the sample surface by irradiating a low energy (low acceleration) electron beam to reduce the depth of penetration of the electron beam into the sample can be considered. However, the use of low-energy electron beams limits the elements that can be detected, and is often not appropriate, for example, when the elements to be detected are unknown and all elements need to be detected.

この問題の解決策として、斜出射X線測定による新しいEPMA(以下、「斜出射EPMA」と呼ぶ)が提案された。この斜出射EPMAは、全反射現象により試料内部から特性X線が放出されない角度範囲(表面からの角度範囲)で特性X線を検出することにより、試料表面上の微小物体または試料表面の薄層からの特性X線のみを検出・分析するものである(特許文献1および2、非特許文献1)。
特開2001−208708号公報 特開2002−286661号公報 K.Tsuji et al.,Anal.Chem.71(1999):2497−2501
As a solution to this problem, a new EPMA based on oblique emission X-ray measurement (hereinafter referred to as “oblique emission EPMA”) has been proposed. This oblique emission EPMA detects minute X-rays on the sample surface or a thin layer on the sample surface by detecting characteristic X-rays in an angle range (angle range from the surface) in which characteristic X-rays are not emitted from the inside of the sample due to a total reflection phenomenon. Only characteristic X-rays from the above are detected and analyzed (Patent Documents 1 and 2, Non-Patent Document 1).
JP 2001-208708 A JP 2002-286661 A K. Tsuji et al. , Anal. Chem. 71 (1999): 2497-2501

斜出射EPMAにより、試料の極表面または薄層の元素分析は可能になったが、試料の深さ方向の情報を得ることはできない。これは、上述のように、内部からの特性X線は電子線が進入した領域に存在する全ての元素を反映するからである。したがって、薄層の積層構造を有する試料(例えば、積層構造を有する半導体装置)の中間層を各層ごとに元素組成を分析するには、測定すべき層を1つずつ表面に露出させる必要がある。しかし、測定層の上層を均一に剥離することは困難で手間がかかる工程であり、中間層が複数存在すると、剥離−分析の工程を何度も繰り返す必要があるという問題があった。また、積層界面では上部への積層の影響により変質等している場合もあり、積層界面で分析を行なってしまうと、測定層の元素組成を正しく評価できないという問題もあった。   The oblique emission EPMA enables elemental analysis of the extreme surface or thin layer of the sample, but information on the depth direction of the sample cannot be obtained. This is because, as described above, the characteristic X-rays from the inside reflect all elements existing in the region where the electron beam has entered. Therefore, in order to analyze the elemental composition of each layer of the intermediate layer of a sample having a thin laminated structure (for example, a semiconductor device having a laminated structure), it is necessary to expose the layers to be measured one by one on the surface. . However, it is difficult and time-consuming to uniformly peel the upper layer of the measurement layer, and when there are a plurality of intermediate layers, there is a problem that the peeling-analysis process needs to be repeated many times. In addition, there is a case where the layer interface is altered due to the effect of the layer stack on the upper side, and if the analysis is performed at the layer interface, the elemental composition of the measurement layer cannot be correctly evaluated.

このように、斜出射EPMAも含めて従来のEPMAは、薄層の積層構造を有する分析試料の中間薄層の元素組成をより高い精度(1%以下の単位)で分析すること、および深さ方向の元素組成分布を容易に得ることができない。   As described above, the conventional EPMA including the oblique emission EPMA can analyze the elemental composition of the intermediate thin layer of the analysis sample having the thin layered structure with higher accuracy (unit of 1% or less) and the depth. The elemental composition distribution in the direction cannot be easily obtained.

本発明は、従来法の上記問題点を克服し、積層構造の設計・品質管理に必要な精度で積層構造を有する試料の元素組成および分布を分析する方法および装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for overcoming the above-mentioned problems of the conventional method and analyzing the elemental composition and distribution of a sample having a laminated structure with the accuracy required for the design and quality control of the laminated structure. .

この目的を達成するため、薄層の積層構造を有する分析試料に加工処理を行なって、測定層をその層界面に対して斜めに露出させる工程;電子線照射によって、露出させた測定層から特性X線を励起させる工程;測定層からの特性X線のみを検出する工程;および検出した特性X線から元素組成を決定する工程からなる薄層の分析方法を提供する。   In order to achieve this purpose, a process is carried out on an analytical sample having a thin layered structure, and the measurement layer is exposed obliquely with respect to the layer interface; characteristics from the measurement layer exposed by electron beam irradiation There is provided a thin layer analysis method comprising: a step of exciting X-rays; a step of detecting only characteristic X-rays from a measurement layer; and a step of determining an elemental composition from the detected characteristic X-rays.

本発明の方法の概要を図1(a)を用いて説明する。まず、薄層の積層構造を有する分析試料2に加工処理を行なって、測定層6をその層界面8に対して斜め(例えば、層界面に対して角度θ)に露出させる。次に、電子線10を測定層の露出面4に照射して特性X線を励起させる。この際、電子線10は、測定層の下層にまで達する場合があり、そこで励起され放出された特性X線には、測定層だけでなく下層の元素組成の情報も含まれているので測定には適さない。そこで、試料と外界との界面での全反射現象を利用した斜出射X線測定法により、試料外部に放出された特性X線のうち試料内部(深部)からのものが含まれない特性X線、すなわち照射面からの出射角度αが小さい特性X線20を検出することにより、測定層からの特性X線のみを検出する。このように検出した特性X線から元素組成を決定することで、薄層の測定層の元素組成を分析することができる。   The outline of the method of the present invention will be described with reference to FIG. First, the analysis sample 2 having a thin layered structure is processed to expose the measurement layer 6 obliquely to the layer interface 8 (for example, at an angle θ with respect to the layer interface). Next, the electron beam 10 is irradiated onto the exposed surface 4 of the measurement layer to excite characteristic X-rays. At this time, the electron beam 10 may reach the lower layer of the measurement layer, and the characteristic X-rays excited and emitted there include information on the element composition of the lower layer as well as the measurement layer. Is not suitable. Therefore, characteristic X-rays that do not include those from the inside (deep part) of the characteristic X-rays emitted outside the sample by the oblique emission X-ray measurement method using the total reflection phenomenon at the interface between the sample and the outside. That is, only characteristic X-rays from the measurement layer are detected by detecting characteristic X-rays 20 having a small emission angle α from the irradiated surface. By determining the elemental composition from the characteristic X-rays thus detected, the elemental composition of the thin measurement layer can be analyzed.

加工処理は、試料内部を露出させることが可能であって、処理されて露出される面の元素組成に影響を与えない、当該分野において公知の方法を使用することができる。例えば、研磨、エッチングが使用できる。表面分析に用いられる、加工表面の損傷が少ない加工法が本発明の方法において特に適切である。   In the processing, a method known in the art can be used, which can expose the inside of the sample and does not affect the elemental composition of the exposed surface that is processed. For example, polishing and etching can be used. A processing method used for surface analysis with less damage to the processing surface is particularly suitable in the method of the present invention.

エッチングは、当該分野において公知のドライエッチングのうち、加工面の元素組成に影響を与えないものが適切である。例えばイオンエッチング、特に、アルゴン(Ar)ガスを使った低加速エッチングが使用できる。Arガスを用いるイオンエッチングは当該分野において公知であり、市販の装置(例えば、フラットミリング型エッチング装置)を使用して実施できる。Arイオンガンは、0.5〜6kV(好ましくは0.5〜2kV)の加速電圧、10〜30μA(好ましくは20μA)の電流として用いることができるが、必要に応じてこの範囲外の値も使用し得る。イオンエッチングにより測定層を斜めに露出させるには、イオンガンを測定層の層界面に対して斜め(必要な場合、所定の角度θ)に配置してイオンを照射する。あるいは、イオンビームは、電流密度分布を反映して、照射中心部が深く周辺部ほど浅くなる擂鉢状のエッチング速度分布を有するので、測定層の層界面に対して斜め(必要な場合、所定の角度θ)のエッチング面が得られる速度分布の位置に試料を配置してもよい。   As the etching, among dry etchings known in the art, etching that does not affect the elemental composition of the processed surface is appropriate. For example, ion etching, in particular, low acceleration etching using argon (Ar) gas can be used. Ion etching using Ar gas is known in the art, and can be performed using a commercially available apparatus (for example, a flat milling etching apparatus). The Ar ion gun can be used as an accelerating voltage of 0.5 to 6 kV (preferably 0.5 to 2 kV) and a current of 10 to 30 μA (preferably 20 μA), but a value outside this range can be used if necessary. In order to expose the measurement layer obliquely by ion etching, an ion gun is disposed obliquely with respect to the layer interface of the measurement layer (if necessary, a predetermined angle θ) and irradiated with ions. Alternatively, the ion beam reflects the current density distribution, and has a scallop-like etching rate distribution in which the irradiation center is deeper and the peripheral part is shallower. Therefore, the ion beam is inclined with respect to the layer interface of the measurement layer (if necessary, predetermined The sample may be arranged at a position of a velocity distribution that provides an etching surface having an angle θ).

研磨は、当該分野において公知の研磨が使用できる。例えば、目の粗い研磨具で粗研磨を行なった後に、目の細かい研磨具で仕上げ研磨を行なって加工表面を滑らかに仕上げてもよい。研磨具には、例えば研磨紙を使用することができる。研磨により測定層を斜めに露出させるには、研磨具の研磨面が測定層の層界面に対して斜め(必要な場合、所定の角度θ)であるように試料および研磨具を配置して研磨する。なお、積層が基板に対して水平になされた試料であれば、便宜上、研磨を、試料の上部または下部表面に対して斜めに行なって、結果的に測定層を積層界面に対して斜めに露出させてもよい。   Polishing known in the art can be used for polishing. For example, after performing rough polishing with a coarse-grained polishing tool, finish polishing may be performed with a fine-grained polishing tool to finish the processed surface smoothly. As the polishing tool, for example, polishing paper can be used. In order to expose the measurement layer obliquely by polishing, the sample and the polishing tool are arranged and polished so that the polishing surface of the polishing tool is inclined with respect to the layer interface of the measurement layer (if necessary, a predetermined angle θ). To do. If the sample is laminated horizontally with respect to the substrate, for convenience, polishing is performed obliquely with respect to the upper or lower surface of the sample, and as a result, the measurement layer is exposed obliquely with respect to the laminate interface. You may let them.

本発明において「斜め」とは、基準面に対して垂直以外の角度θで交差することをいう。基準面は、積層構造物においては、表面であってもよいし、層界面であってもよいが、中間層について「斜め」をいう場合はその中間層の層界面である。よって、露出させた測定層の露出面は、その測定層の層界面と交差する垂直面以外の面であって、好ましくは平面である(この場合、0<θ<90°)がこれに限定されない。   In the present invention, “oblique” means crossing at an angle θ other than perpendicular to the reference plane. In the laminated structure, the reference surface may be a surface or a layer interface, but when referring to “an oblique” for the intermediate layer, it is the layer interface of the intermediate layer. Therefore, the exposed surface of the exposed measurement layer is a surface other than a vertical surface intersecting the layer interface of the measurement layer, and is preferably a plane (in this case, 0 <θ <90 °). Not.

本発明において「測定層」とは、特性X線を検出・測定して元素組成分析を行なうべき、薄層の積層構造を有する分析試料中の少なくとも1つの中間層をいう。測定層は、好ましくは2以上の中間層である。露出された測定層が2以上存在する場合、それぞれの測定層について、励起工程から元素組成決定工程までが繰り返される。   In the present invention, the “measuring layer” refers to at least one intermediate layer in an analytical sample having a thin layered structure in which elemental composition analysis should be performed by detecting and measuring characteristic X-rays. The measurement layer is preferably two or more intermediate layers. When there are two or more exposed measurement layers, the steps from the excitation step to the element composition determination step are repeated for each measurement layer.

本発明の方法は、好ましくは、測定層の層厚dが、使用する電子線の照射面上での最小ビーム径bより小さい分析試料に使用される。この場合、露出面が層界面に対してなす角度θは、測定層の下層からの特性X線が、斜出射X線測定法によっても排除できず不可避的に検出されてしまうことを避けるため、式d>a+b*sinθ(a:測定臨界膜厚)を満たすように設定される(図1(b))。
前式の測定臨界膜厚aは各組成結晶に1次X線が入射し、強度が1/eに減衰する深さと定義して計算される。例えば、AlGaInP結晶では、aの値は4nmである。
The method of the present invention is preferably used for an analysis sample in which the thickness d of the measurement layer is smaller than the minimum beam diameter b on the electron beam irradiation surface to be used. In this case, the angle θ formed by the exposed surface with respect to the layer interface is to prevent characteristic X-rays from the lower layer of the measurement layer from being inevitably detected without being eliminated even by the oblique emission X-ray measurement method. It is set so as to satisfy the formula d> a + b * sin θ (a: measurement critical film thickness) (FIG. 1B).
The measurement critical film thickness a in the previous equation is calculated by defining the depth at which the primary X-rays are incident on each composition crystal and the intensity is attenuated to 1 / e. For example, in the AlGaInP crystal, the value of a is 4 nm.

加工処理により露出面に生じる凹凸は、測定層からの特性X線の励起および検出に影響する場合がある。理論上、測定層の露出面上の測定可能距離mは、式m=(d−a)/sinθ−β/tanθ(測定層の膜厚d、測定臨界膜厚a、測定層の露出面と層界面とがなす角度θおよび表面凹凸β)として表されるので、測定層の露出面上にビーム径bに集束する電子線を照射する場合、b<mの関係を満たさなければ、測定層の上層および/または下層からの特性X線が不可避に検出されることになる場合が生じる(図1(b))。よって、表面凹凸が小さく表面ダメージの少ないエッチングまたは研磨方法を採用する必要がある。
ここで、表面凹凸βの評価は、原子間力顕微鏡(AFM)で行うことができる。またβの値は、イオンエッチングにおいてはイオンの加速電圧、電流によって制御することができ、研磨においては仕上げ研磨の粒度、仕上げ方法(メカノケミカル研磨使用等)により制御することが可能である。
Concavities and convexities generated on the exposed surface by processing may affect the excitation and detection of characteristic X-rays from the measurement layer. Theoretically, the measurable distance m on the exposed surface of the measurement layer is expressed by the equation m = (da) / sin θ−β / tan θ (measurement layer thickness d, measurement critical thickness a, measurement layer exposed surface and Since the angle θ formed by the layer interface and the surface irregularity β) are expressed, when the electron beam focused on the beam diameter b is irradiated on the exposed surface of the measurement layer, the measurement layer must be satisfied unless the relationship b <m is satisfied. In some cases, characteristic X-rays from the upper layer and / or the lower layer are inevitably detected (FIG. 1B). Therefore, it is necessary to employ an etching or polishing method with small surface irregularities and little surface damage.
Here, the evaluation of the surface roughness β can be performed with an atomic force microscope (AFM). Further, the value of β can be controlled by ion acceleration voltage and current in ion etching, and can be controlled by grain size of finishing polishing and finishing method (using mechanochemical polishing, etc.) in polishing.

電子線の照射には、当該分野において公知の照射源(例えば、電子銃)が使用され得る。電子線は、一般に、1〜30keV程度のエネルギーを有するように加速され、試料の分析表面で直径40nm〜300nm程度に集束される。電子線が露出面上の測定層に照射される際には、露出面上で隣接する層には照射されないように留意する。なぜなら、測定層からの特性X線のみを抽出して検出することができなくなることを避けるためである。必要であれば、電子顕微鏡像により電子線照射領域を確認する。   For irradiation with an electron beam, an irradiation source (for example, an electron gun) known in the art can be used. The electron beam is generally accelerated so as to have an energy of about 1 to 30 keV, and is focused to a diameter of about 40 nm to 300 nm on the analysis surface of the sample. When the electron beam is irradiated to the measurement layer on the exposed surface, care should be taken not to irradiate the adjacent layer on the exposed surface. This is to avoid that it is impossible to extract and detect only characteristic X-rays from the measurement layer. If necessary, the electron beam irradiation area is confirmed by an electron microscope image.

本発明において、検出・分析する特性X線は、実質的に測定層のみから励起された(すなわち、測定層に隣接する層から励起された特性X線を実質的に含まない)特性X線である。薄層の測定層からの特性X線のみを検出するためには、斜出射X線分析法(例えば、非特許文献1、特許文献1および2を参照)が使用できる。斜出射X線分析法では、X線検出手段に入射する特性X線の測定表面からの角度(斜出射角度)を小さくすればするほど、X線検出手段に入射した特性X線に、より深い試料内部からの特性X線が含まれなくなり、より浅い表面近傍からの特性X線のみが含まれることになる。ただし、斜出射角度が小さすぎると、検出できる特性X線の量が少なすぎて測定に適さなくなることに注意しなければならない。検出すべき特性X線の斜出射角度は、一般には0〜5°、好ましくは0〜4°、より好ましくは0〜3°、さらに好ましくは0〜2°、最も好ましくは0〜1°に設定され得るが、斜出射角度の上限は測定層の層厚に依存するので、層厚に応じてこの範囲外でも使用され得る。検出・分析すべき特性X線が、測定層の下層からの特性X線を実質的に含まず、実質的に測定層のみからの特性X線であることは、X線検出手段に入射する特性X線の斜出射角度を、さらに小さくしても、得られる特性X線エネルギープロフィール(ピーク数)が実質的に変化しなくなることによって確認してもよい。X線検出手段としては、公知のX線分析装置の任意のものが使用できる。好ましくは、エネルギー分散型X線検出器(EDS)または波長分散型X線検出器(WDS)が用いられる。   In the present invention, the characteristic X-ray to be detected and analyzed is a characteristic X-ray excited substantially only from the measurement layer (that is, substantially free of characteristic X-rays excited from a layer adjacent to the measurement layer). is there. In order to detect only characteristic X-rays from a thin measurement layer, oblique emission X-ray analysis (see, for example, Non-Patent Document 1, Patent Documents 1 and 2) can be used. In the oblique emission X-ray analysis method, the smaller the angle from the measurement surface of the characteristic X-ray incident on the X-ray detection means (oblique emission angle), the deeper the characteristic X-ray incident on the X-ray detection means. Characteristic X-rays from the inside of the sample are not included, and only characteristic X-rays from near the shallower surface are included. However, it should be noted that if the oblique emission angle is too small, the amount of characteristic X-rays that can be detected is too small to be suitable for measurement. The oblique emission angle of the characteristic X-ray to be detected is generally 0 to 5 °, preferably 0 to 4 °, more preferably 0 to 3 °, still more preferably 0 to 2 °, and most preferably 0 to 1 °. Although the upper limit of the oblique emission angle depends on the layer thickness of the measurement layer, it can be used outside this range depending on the layer thickness. The characteristic X-ray to be detected / analyzed substantially does not include the characteristic X-ray from the lower layer of the measurement layer and is substantially the characteristic X-ray from only the measurement layer. Even if the X-ray oblique emission angle is further reduced, the obtained characteristic X-ray energy profile (number of peaks) may be confirmed to be substantially unchanged. As the X-ray detection means, any known X-ray analyzer can be used. Preferably, an energy dispersive X-ray detector (EDS) or a wavelength dispersive X-ray detector (WDS) is used.

層間の電気抵抗に起因するチャージアップにより分析が困難である場合には、試料に加工処理を行なう前に、試料表面に試料を構成する元素以外の導電性物質の薄膜を形成してもよい。導電性物質は、当該分野において公知であり、好ましくは、カーボンまたは金属である。導電性金属は、例えば、金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)、白金(Pt)であり、好ましくは金または銅である。導電性物質の薄膜は、当該分野において公知の方法によって試料表面に形成され、例えば、真空蒸着、電子ビーム蒸着によって形成される。   In the case where analysis is difficult due to charge-up caused by electrical resistance between layers, a thin film of a conductive substance other than the elements constituting the sample may be formed on the sample surface before processing the sample. The conductive material is known in the art, and is preferably carbon or metal. The conductive metal is, for example, gold (Au), copper (Cu), silver (Ag), or platinum (Pt), and preferably gold or copper. The thin film of the conductive material is formed on the sample surface by a method known in the art, and is formed by, for example, vacuum evaporation or electron beam evaporation.

本発明の1つの実施形態では、予め2以上の分析試料に加工処理を行なって測定層を露出させ、その後、分析試料を1つの保持手段に同時に保持させて、励起工程から元素組成決定工程までを実施する。この際、好ましくは、2以上の分析試料は、1つの表面に対する露出面の角度が同じであるように加工処理される。このような処理により、1つの保持手段で、露出させた測定層を互いに平行に保持することが容易になり、その結果、測定時に、測定層から励起された特性X線のみを検出することができるように一度設定した試料とX線検出手段との位置関係を、試料間で大きく再調整する必要がなくなる(すなわち、微調整のみで可能になる)ので、試料の連続分析が容易になり迅速になる。   In one embodiment of the present invention, two or more analysis samples are processed in advance to expose the measurement layer, and then the analysis sample is simultaneously held by one holding means, from the excitation step to the element composition determination step. To implement. In this case, preferably, two or more analysis samples are processed so that the angle of the exposed surface with respect to one surface is the same. Such processing makes it easy to hold the exposed measurement layers in parallel with one holding means, and as a result, only characteristic X-rays excited from the measurement layer can be detected during measurement. Since it is not necessary to readjust the positional relationship between the sample once set and the X-ray detection means so that it can be done between samples (that is, it is possible only by fine adjustment), continuous analysis of the sample becomes easy and quick. become.

本発明の別の実施形態では、標準試料が、1以上の分析試料とともに1つの保持手段に同時に保持されて、励起工程から元素組成決定工程までを繰り返される。この際、好ましくは、標準試料と分析試料は、1つの表面に対する露出面の角度が同じであるように加工処理される。本明細書において、「標準試料」とは、元素組成(標準試料が層構造を有する場合には、各層ごとの元素組成)が既知である試料か、または所望の元素組成を有する試料をいう。   In another embodiment of the present invention, the standard sample is simultaneously held in one holding means together with one or more analysis samples, and the process from the excitation process to the element composition determination process is repeated. At this time, the standard sample and the analysis sample are preferably processed so that the angle of the exposed surface with respect to one surface is the same. In this specification, the “standard sample” refers to a sample having a known elemental composition (in the case of a standard sample having a layer structure, an elemental composition for each layer) or a sample having a desired elemental composition.

本発明はまた、照射手段;試料保持手段;入射X線調整手段;および、X線検出手段を備える特性X線分析装置を提供する。この特性X線分析装置において、照射手段は、試料保持手段に保持された試料に電子線を照射し;試料保持手段は、2以上の試料の分析面を同一平面上に保持することが可能であり、そして照射手段からの電子線が1つの試料に選択的に照射されるように試料を移動させることが可能であり;入射X線調整手段は、電子線により試料の分析面から励起される特性X線のみがX線検出手段に入射するように、試料保持手段もしくはX線検出手段を移動させるか、または試料保持手段を傾斜させ;そしてX線検出手段は、入射した特性X線を検出する。   The present invention also provides a characteristic X-ray analysis apparatus comprising irradiation means; sample holding means; incident X-ray adjustment means; and X-ray detection means. In this characteristic X-ray analyzer, the irradiating means irradiates a sample held by the sample holding means with an electron beam; the sample holding means can hold the analysis surfaces of two or more samples on the same plane. Yes, and it is possible to move the sample so that one sample is selectively irradiated with the electron beam from the irradiation means; the incident X-ray adjusting means is excited from the analysis surface of the sample by the electron beam The sample holding means or the X-ray detection means is moved or the sample holding means is tilted so that only characteristic X-rays are incident on the X-ray detection means; and the X-ray detection means detects the incident characteristic X-rays. To do.

照射手段には公知の電子銃を用いることができる。電子線が試料の照射面に達するまでに通過する経路中に、電子線を集束させる集束レンズおよび対物レンズを設けてもよい。
電子線は、一般に、1〜30keV程度のエネルギーを有するように加速され、試料の分析表面上で直径40nm〜300nm程度に集束される。
A known electron gun can be used as the irradiation means. A focusing lens and an objective lens for focusing the electron beam may be provided in a path through which the electron beam passes until reaching the irradiation surface of the sample.
The electron beam is generally accelerated so as to have an energy of about 1 to 30 keV, and is focused to a diameter of about 40 nm to 300 nm on the analysis surface of the sample.

試料保持手段は、2以上の試料の分析面を同一平面上に保持することが可能である。試料の分析面を同一平面上にすることは、例えば、1つの基準面に各試料の分析面の一部(好ましくは、測定領域の周囲部分)を密着させることによって行なうことができる。基準面への分析面の密着は、試料を基準面に対して押し付けることによって行なわれ、そのような機構は当該分野において公知である。例えば、試料は、ネジ式固定具または弾性部材によって基準面の方向に押し付けられる。分析面が同一平面内にあることにより、試料保持手段上で試料を照射位置に移動させるだけで、保持するすべての試料について、斜出射角度がほぼ等しい特性X線を検出・分析することが可能になり測定が容易になる。   The sample holding means can hold the analysis surfaces of two or more samples on the same plane. The analysis planes of the samples can be set on the same plane, for example, by bringing a part of the analysis plane of each sample (preferably, the peripheral part of the measurement region) into close contact with one reference plane. The analysis surface is brought into close contact with the reference surface by pressing the sample against the reference surface, and such a mechanism is known in the art. For example, the sample is pressed in the direction of the reference plane by a screw-type fixture or an elastic member. Since the analysis surface is in the same plane, it is possible to detect and analyze characteristic X-rays with almost the same oblique emission angle for all the samples held by simply moving the sample to the irradiation position on the sample holding means. Measurement becomes easy.

試料保持手段はまた、照射手段からの電子線が、1つの試料に選択的に照射されるように試料を移動させることが可能である。移動機構には、当該分野において公知の機構が使用できる。例として、直交する2方向に独立して平行移動させることが可能な機構(例えば、二次元マニピュレータ)が挙げられる。   The sample holding means can also move the sample so that one sample is selectively irradiated with the electron beam from the irradiation means. As the moving mechanism, a mechanism known in the art can be used. As an example, a mechanism (for example, a two-dimensional manipulator) that can be translated independently in two orthogonal directions can be cited.

試料保持手段は、分析面を平行にして2以上の試料を保持する機構と移動機構とを常に一体として有さなくてもよい。例えば、試料台が、分析面を平行に2以上の試料を保持する機構を有し、試料ステージが試料台を移動させる機構を有し、そして試料台は、試料ステージに着脱可能であって、特性X線測定時には試料ステージに保持され、試料を保持させるときには試料ステージから取り外されてもよい。   The sample holding means may not always have a mechanism for holding two or more samples with the analysis plane parallel and a moving mechanism. For example, the sample stage has a mechanism for holding two or more samples in parallel with the analysis surface, the sample stage has a mechanism for moving the sample stage, and the sample stage is detachable from the sample stage, It may be held on the sample stage during characteristic X-ray measurement, and may be removed from the sample stage when holding the sample.

試料保持手段に保持される2以上の試料は、すべてが分析試料であってもよいし、1以上の標準試料を含んでもよい。2以上の試料の分析面は、同一工程によって同じ角度θで斜めエッチングまたは同じ斜め研磨を行なわれていることが好ましい。   All of the two or more samples held in the sample holding means may be analysis samples or may include one or more standard samples. The analysis surfaces of two or more samples are preferably subjected to oblique etching or the same oblique polishing at the same angle θ by the same process.

X線検出手段は、試料の測定層から励起された特性X線を検出する。X線検出手段には、公知のX線検出器、例えば波長分散型X線分光器およびエネルギー分散型X線分光器が使用でき、好ましくは波長分散型X線分光器である。X線検出手段は、開口制限部材を備えて、検出・測定する特性X線の入射角度を制限してもよい。開口制限部材は、当該分野において公知あり、例えば、スリットまたはアパーチャー(好ましくは0.5mm以下のスリット幅またはアパーチャー径)を有する部材である。開口制限部材の使用によって、検出・測定する特性X線の斜出射角度を、より容易に制限することが可能となる。   The X-ray detection means detects characteristic X-rays excited from the measurement layer of the sample. As the X-ray detection means, a known X-ray detector such as a wavelength dispersive X-ray spectrometer and an energy dispersive X-ray spectrometer can be used, and a wavelength dispersive X-ray spectrometer is preferable. The X-ray detection means may include an aperture limiting member to limit the incident angle of the characteristic X-ray to be detected / measured. The opening limiting member is known in the art, and is, for example, a member having a slit or an aperture (preferably a slit width or an aperture diameter of 0.5 mm or less). By using the aperture limiting member, the oblique emission angle of the characteristic X-ray to be detected / measured can be more easily limited.

入射X線調整手段は、試料保持手段もしくはX線検出手段を移動させるか、または試料保持手段を傾斜させることが可能な任意の手段である。試料保持手段またはX線検出手段を移動させるためには、入射X線調整手段として、公知の直線移動機構、例えば、ステッピングモータ、マニピュレータを使用できる。入射X線調整手段としてマニピュレータを採用する場合、試料保持手段の移動機構と併せて三次元マニピュレータを使用してもよい。試料保持手段を傾斜させるためには、入射X線調整手段には、所定軸に対して一定の範囲(例えば、水平に対して±45°)で回転させることを可能にする公知の機構を利用でき、例えば、ステッピングモータが用いられる。   The incident X-ray adjusting means is any means capable of moving the sample holding means or the X-ray detection means or tilting the sample holding means. In order to move the sample holding means or the X-ray detection means, a known linear movement mechanism such as a stepping motor or a manipulator can be used as the incident X-ray adjustment means. When a manipulator is employed as the incident X-ray adjusting means, a three-dimensional manipulator may be used in combination with the moving mechanism of the sample holding means. In order to incline the sample holding means, the incident X-ray adjustment means uses a known mechanism that allows it to be rotated within a certain range (for example, ± 45 ° with respect to the horizontal) with respect to a predetermined axis. For example, a stepping motor is used.

各元素は電子線によりそれぞれ固有のエネルギーを有する特性X線を放出するので、X線検出手段により検出された、分析試料の各測定層からの特性X線のエネルギースペクトラムを、各元素または標準試料のそれと比較・分析することにより、当該各層の元素組成を決定することができる。また、分析試料の各測定層からの特性X線のエネルギースペクトラムを、標準試料の特性X線のエネルギースペクトラムと比較・分析することにより、分析試料の各層が所望の元素組成であるか否かを容易に決定できる。   Since each element emits characteristic X-rays having specific energy by an electron beam, the energy spectrum of the characteristic X-rays from each measurement layer of the analysis sample detected by the X-ray detection means is expressed by each element or standard sample. The elemental composition of each layer can be determined by comparing / analyzing with that of the above. In addition, by comparing and analyzing the energy spectrum of the characteristic X-rays from each measurement layer of the analysis sample with the energy spectrum of the characteristic X-rays of the standard sample, whether or not each layer of the analysis sample has a desired elemental composition is determined. Easy to determine.

本発明によれば、積層構造物の各層の元素組成および分布を、容易でかつ比較的高い精度で分析することが可能になる。特に、薄膜積層構造の化合物半導体の元素組成および分布を設計、品質管理に必要な精度で分析することができ、これにより、半導体装置の生産において、歩留り管理、改善および高性能化のための設計が工業的規模で可能となる。   According to the present invention, the elemental composition and distribution of each layer of the laminated structure can be easily analyzed with a relatively high accuracy. In particular, it is possible to analyze the elemental composition and distribution of compound semiconductors with a thin film stack structure with the accuracy required for design and quality control, and thereby design for yield management, improvement and higher performance in semiconductor device production. Is possible on an industrial scale.

以下、具体的な実施形態に言及することによって本発明の装置を説明する。   Hereinafter, the apparatus of the present invention will be described by referring to specific embodiments.

本発明の装置の1つの実施形態を図2に示す。本発明の装置は、電子銃22、試料ステージ24、ステッピングモータ26、およびX線カウンター28を備える。   One embodiment of the device of the present invention is shown in FIG. The apparatus of the present invention includes an electron gun 22, a sample stage 24, a stepping motor 26, and an X-ray counter 28.

電子銃22は、電子線10を射出し、これを試料ステージ24上の試料台50に保持されている試料2または2’の分析面に照射する。電子銃22と試料2または2’との間で電子線10が通過する経路中には、電子線10を集束させる集束レンズ30および対物レンズ32が設けられている。   The electron gun 22 emits the electron beam 10 and irradiates the analysis surface of the sample 2 or 2 ′ held on the sample stage 50 on the sample stage 24. In a path through which the electron beam 10 passes between the electron gun 22 and the sample 2 or 2 ′, a focusing lens 30 and an objective lens 32 that focus the electron beam 10 are provided.

試料台50は、保持する試料2および2’に選択的に電子銃22からの電子線10が照射するように、試料ステージ24上を移動可能である。   The sample stage 50 is movable on the sample stage 24 so that the electron beams 10 from the electron gun 22 are selectively irradiated to the held samples 2 and 2 '.

試料台50(図3)は、試料の分析面を密着させる基準平面部材52を有する。基準平面部材52には、保持可能な試料の数に対応する数(ここでは、2つ)の長方形の切込み54がある。この切込み54の周囲の部分に、試料の分析面(測定領域周辺部)を密着させる。切込み54周囲の密着面は、この面に密着した試料2および2’の分析面が同一平面内に存在するように、精密に表面処理されている。基準平面部材52の下方に、平面部材56が側壁58に支持されて存在する。平面部材56には、試料押さえ機構60が設けられ、試料の分析面を基準平面部材に密着させる。
試料台50が試料ステージ34上に取り付けられたとき、試料の分析面には、この切込み54を通して電子線10が照射される。分析面の照射領域から誘導放出された特性X線のうち、密着する平面部材52が存在しない方向(図3中の矢印の方向)に出射した特性X線を検出・分析する。
The sample stage 50 (FIG. 3) has a reference plane member 52 that closely contacts the analysis surface of the sample. The reference plane member 52 has a number (two in this case) of rectangular incisions 54 corresponding to the number of samples that can be held. The analysis surface (periphery of the measurement region) of the sample is brought into close contact with the portion around the notch 54. The close contact surface around the cut 54 is precisely surface-treated so that the analysis surfaces of the samples 2 and 2 ′ that are in close contact with this surface exist in the same plane. Below the reference planar member 52, the planar member 56 is supported by the side wall 58. The flat member 56 is provided with a sample pressing mechanism 60, which closely contacts the analysis surface of the sample with the reference flat member.
When the sample stage 50 is mounted on the sample stage 34, the electron beam 10 is irradiated to the analysis surface of the sample through the cut 54. Among the characteristic X-rays that are stimulated and emitted from the irradiation area of the analysis surface, the characteristic X-rays emitted in the direction in which the flat member 52 that is in close contact does not exist (the direction of the arrow in FIG. 3) are detected and analyzed.

ステッピングモータ26は、駆動制御部34によって制御され、試料ステージ24を一定の範囲で回転させて傾斜させる。   The stepping motor 26 is controlled by the drive control unit 34 to rotate and tilt the sample stage 24 within a certain range.

X線カウンター28は入射した特性X線を検出する。X線カウンター28は、X線計測部36に電気的に接続され、X線計測部36は、X線カウンター28からの信号を受けてX線を計測する。X線カウンター28の前にはスリット38が載置される。X線計測部36、駆動制御部34は、X線計測値判定・演算部40に電気的に接続される。   The X-ray counter 28 detects the incident characteristic X-ray. The X-ray counter 28 is electrically connected to the X-ray measurement unit 36, and the X-ray measurement unit 36 receives the signal from the X-ray counter 28 and measures X-rays. A slit 38 is placed in front of the X-ray counter 28. The X-ray measurement unit 36 and the drive control unit 34 are electrically connected to the X-ray measurement value determination / calculation unit 40.

電子銃20から射出された電子線10は、集束レンズ30および対物レンズ32により試料2または2’の分析面に集束して照射する。電子線10は、試料2または2’の分析層の照射部位から、特性X線を誘導放出する。実質的に分析層のみから誘導放出された特性X線がスリット40を通過してX線カウンター28に入射するように、試料ステージ24の位置を調節する。すなわち、X線計測部36により計測された特性X線のエネルギースペクトラムに基づいて、駆動制御部34により制御されたステッピングモータ26が、試料ステージ24を回転傾斜させる。X線カウンター28は、実質的に試料2または2’の分析層のみから誘導放出された特性X線を検出する。X線カウンター28により検出された特性X線は、X線計測部36で計測されて、X線計測値判定・演算部40において処理される。   The electron beam 10 emitted from the electron gun 20 is focused and irradiated on the analysis surface of the sample 2 or 2 ′ by the focusing lens 30 and the objective lens 32. The electron beam 10 stimulates and emits characteristic X-rays from the irradiation site of the analysis layer of the sample 2 or 2 '. The position of the sample stage 24 is adjusted so that characteristic X-rays that are substantially stimulated and emitted only from the analysis layer pass through the slit 40 and enter the X-ray counter 28. That is, based on the characteristic X-ray energy spectrum measured by the X-ray measurement unit 36, the stepping motor 26 controlled by the drive control unit 34 rotates and tilts the sample stage 24. The X-ray counter 28 detects characteristic X-rays that are stimulated and emitted substantially only from the analysis layer of the sample 2 or 2 '. Characteristic X-rays detected by the X-ray counter 28 are measured by the X-ray measurement unit 36 and processed by the X-ray measurement value determination / calculation unit 40.

(実施例1)
本発明の方法により、化合物半導体装置(GaAlInP系発光素子)の積層層(1100nmのAlGaInP/50nmのGaInP/1100nmのAlGaInP/GaAs基板)の組成を分析する。
Example 1
By the method of the present invention, the composition of the laminated layer (1100 nm AlGaInP / 50 nm GaInP / 1100 nm AlGaInP / GaAs substrate) of the compound semiconductor device (GaAlInP-based light emitting element) is analyzed.

化合物半導体装置をArイオンエッチング装置(フラットミリング型エッチング装置)で処理し、測定層(50nmのGaInP/1100nmのAlGaInP)を露出させる。Arイオンエッチング条件は、Arイオンガンの加速電圧1kV、電流20μA、化合物半導体装置の表面に対する角度(傾斜角度θ)1°である。標準試料(GaP、AlおよびInPの個別の試料)も同様に処理する。   The compound semiconductor device is processed by an Ar ion etching device (flat milling etching device) to expose the measurement layer (50 nm GaInP / 1100 nm AlGaInP). The Ar ion etching conditions are an Ar ion gun acceleration voltage of 1 kV, a current of 20 μA, and an angle (inclination angle θ) of 1 ° with respect to the surface of the compound semiconductor device. Standard samples (GaP, Al and InP individual samples) are processed in the same manner.

分析には、図2に示した本発明の装置を用いる。特性X線の検出・分析には、波長分散型X線分光器(WDS)を用いた。処理した化合物半導体装置および標準試料を、分析面(すなわち、露出面)が同一面上にあるように、試料台に載置する。電子線を50nmのGaInP層に照射する。このとき、走査型電子顕微鏡(SEM)像により電子線照射位置が目的のGaInP層にあることを確認する。次いで、X線検出器で計測される特性X線のピークを観測しつつ、ステッピングモータを駆動させて試料ステージを傾斜させる。試料ステージをさらに傾斜させても、X線検出器で計測される特性X線のプロフィールが実質的に変化しなくなる位置に試料ステージを固定して、特性X線をX線カウンターで検出・分析する。   For the analysis, the apparatus of the present invention shown in FIG. 2 is used. A wavelength dispersive X-ray spectrometer (WDS) was used for detection and analysis of characteristic X-rays. The treated compound semiconductor device and the standard sample are placed on the sample stage so that the analysis surface (that is, the exposed surface) is on the same surface. An electron beam is irradiated to the 50 nm GaInP layer. At this time, it is confirmed by a scanning electron microscope (SEM) image that the electron beam irradiation position is in the target GaInP layer. Next, the sample stage is tilted by driving the stepping motor while observing the peak of the characteristic X-ray measured by the X-ray detector. Even if the sample stage is further tilted, the characteristic X-ray profile measured by the X-ray detector is fixed at a position where it does not substantially change, and the characteristic X-ray is detected and analyzed by the X-ray counter. .

次に、試料台をステージ上で移動させて、電子線を標準試料に照射する。試料の分析面を化合物半導体装置の分析面と平行に配置しているので、ステージの傾斜を変化させることなく、所望の特性X線がX線カウンターに検出される。標準試料からの特性X線のピーク強度と、分析試料からの特性X線のピーク強度とを比較することにより、分析試料のGaInP層に含まれる各元素の割合を求めることができる。   Next, the sample stage is moved on the stage to irradiate the standard sample with an electron beam. Since the analysis surface of the sample is arranged in parallel with the analysis surface of the compound semiconductor device, desired characteristic X-rays are detected by the X-ray counter without changing the tilt of the stage. By comparing the peak intensity of the characteristic X-ray from the standard sample with the peak intensity of the characteristic X-ray from the analytical sample, the ratio of each element contained in the GaInP layer of the analytical sample can be obtained.

続いて、1100nmのAlGaInP層に電子線が照射するように、試料台を試料ステージ上を移動させた。この際にも、試料ステージの傾斜を変化させることなく、単一層からの特性X線を検出できる。AlGaInP層から得られた特性X線を、標準試料の特性X線と比較分析して各元素の割合を求める。その結果、GaInP層が所定の元素組成であることが確認できた。   Subsequently, the sample stage was moved on the sample stage so that the 1100 nm AlGaInP layer was irradiated with the electron beam. Also at this time, characteristic X-rays from a single layer can be detected without changing the inclination of the sample stage. The characteristic X-rays obtained from the AlGaInP layer are compared with the characteristic X-rays of the standard sample to determine the ratio of each element. As a result, it was confirmed that the GaInP layer had a predetermined elemental composition.

(実施例2)
化合物半導体装置(GaAlInP系発光素子)の積層層(500nmのAlGaInP/10nmのGaInP/1100nmのAlGaInP/GaAs基板)の組成を評価する。
(Example 2)
The composition of the laminated layer (500 nm AlGaInP / 10 nm GaInP / 1100 nm AlGaInP / GaAs substrate) of the compound semiconductor device (GaAlInP-based light emitting element) is evaluated.

500nmのAlGaInP/10nmのGaInPは抵抗が高く、従来のEPMA測定においてもチャージアップを起こし、正確な定量ができない。そこで、500nmのAlGaInPの表面に500nmのカーボン膜を電子ビーム蒸着により形成する。その後、カーボン薄膜が上部に形成された化合物半導体装置をArイオンエッチング装置(フラットミリング型エッチング装置)で処理して、GaInP層を傾斜角度0.1°で露出させる。   500 nm AlGaInP / 10 nm GaInP has high resistance, causing charge-up even in the conventional EPMA measurement, and accurate quantification cannot be performed. Therefore, a 500 nm carbon film is formed on the surface of 500 nm AlGaInP by electron beam evaporation. Thereafter, the compound semiconductor device having the carbon thin film formed thereon is processed by an Ar ion etching apparatus (flat milling type etching apparatus) to expose the GaInP layer at an inclination angle of 0.1 °.

実施例1と同様にして、GaInP層からの特性X線を検出・分析した結果、GaInP層が所定の元素組成であることが確認できた。   As in Example 1, as a result of detecting and analyzing characteristic X-rays from the GaInP layer, it was confirmed that the GaInP layer had a predetermined elemental composition.

(実施例3)
化合物半導体装置(GaAlInP系発光素子)の積層層(1100nmのAlGaInP/50nmのGaInP/1100nmのAlGaInP/GaAs基板)の組成を評価した。
(Example 3)
The composition of the laminated layer (1100 nm AlGaInP / 50 nm GaInP / 1100 nm AlGaInP / GaAs substrate) of the compound semiconductor device (GaAlInP-based light emitting element) was evaluated.

試料のGaInP層を研磨により角度1°で露出させた。図4に具体的な研磨装置および方法を示す。基準面に対してθ=1°の傾斜を有する面(試料載置面)72を備えた角度研摩冶具70のその面に研磨試料2を載置・固定した。角度研摩冶具70をガイドリング74に、角度研摩冶具の基準面がガイドリングの基準底面と平行であるように固定した。ガイドリング74の基準底面がラッピングディスク78の上面に密着するまで、試料を、ラッピングディスク上に固定した研磨紙76により研磨した。   The sample GaInP layer was exposed at an angle of 1 ° by polishing. FIG. 4 shows a specific polishing apparatus and method. The polishing sample 2 was placed and fixed on the surface of the angle polishing jig 70 provided with a surface (sample mounting surface) 72 having an inclination of θ = 1 ° with respect to the reference surface. The angle polishing jig 70 was fixed to the guide ring 74 so that the reference surface of the angle polishing jig was parallel to the reference bottom surface of the guide ring. The sample was polished with the polishing paper 76 fixed on the wrapping disk until the reference bottom surface of the guide ring 74 was in close contact with the upper surface of the wrapping disk 78.

研磨面を測定に適切な状態にするため、まず、3ミクロン研磨紙(型番:RE−3;住友スリーエム)で粗研磨を行い、次に0.3ミクロン研磨紙(型番:RE−03;住友スリーエム)で仕上げ研磨を行なった。   In order to make the polished surface suitable for measurement, first, rough polishing is performed with 3 micron polishing paper (model number: RE-3; Sumitomo 3M), and then 0.3 micron polishing paper (model number: RE-03; Sumitomo). Final polishing was performed by 3M).

研磨後、実施例1と同様にして、GaInP層からの特性X線を検出・分析した結果、GaInP層が所定の元素組成であることが確認できた。   After polishing, the characteristic X-rays from the GaInP layer were detected and analyzed in the same manner as in Example 1. As a result, it was confirmed that the GaInP layer had a predetermined elemental composition.

本発明の方法の概要を示す。An overview of the method of the present invention is shown. 本発明の装置の概要を示す。The outline | summary of the apparatus of this invention is shown. 本発明の装置に使用し得る試料台の例を示す。(a)は斜視図であり、(b)は側断面図であり、(c)は上面図である。矢印の方向に出射する特性X線を検出・測定する。The example of the sample stand which can be used for the apparatus of this invention is shown. (A) is a perspective view, (b) is a side sectional view, and (c) is a top view. Detect and measure characteristic X-rays emitted in the direction of the arrow. 実施例3で用いた研磨装置および研磨方法を示す。(a)は角度研磨冶具を示し、(b)研磨状態を示す。The polishing apparatus and polishing method used in Example 3 are shown. (A) shows an angle polishing jig and (b) shows a polishing state.

符号の説明Explanation of symbols

θ 研磨角度
α 特性X線の出射角度
d 測定層の層厚
a 測定臨界膜厚
β 表面凹凸
m 測定可能距離
2 試料
4 露出面
6 測定層
8 層界面
10 電子線
20 特性X線
22 電子銃
24 試料ステージ
26 ステッピングモータ
28 X線カウンター
30 集束レンズ
32 対物レンズ
34 駆動制御部
36 X線計測部
38 スリット
40 X線計測値判定・演算部
50 試料台
52 基準平面部材
54 切込み
56 平面部材
58 側壁
60 試料押さえ用弾性部材
70 角度研磨冶具
72 試料載置面
74 ガイドリング
76 研磨紙
78 ラッピングディスク
θ Polishing angle α Characteristic X-ray emission angle d Measurement layer thickness a Measurement critical thickness β Surface irregularity m Measurable distance 2 Sample 4 Exposed surface 6 Measurement layer 8 Layer interface 10 Electron beam 20 Characteristic X-ray 22 Electron gun 24 Sample stage 26 Stepping motor 28 X-ray counter 30 Focusing lens 32 Objective lens 34 Drive control unit 36 X-ray measurement unit 38 Slit 40 X-ray measurement value determination / calculation unit 50 Sample stage 52 Reference plane member 54 Cut 56 Plane member 58 Side wall 60 Sample holding elastic member 70 Angle polishing jig 72 Sample mounting surface 74 Guide ring 76 Abrasive paper 78 Lapping disk

Claims (15)

薄層の積層構造を有する分析試料に加工処理を行なって、測定層をその層界面に対して斜めに露出させる工程;
電子線照射によって、露出させた測定層から特性X線を励起させる工程;
測定層からの特性X線のみを検出する工程;および
検出した特性X線から元素組成を決定する工程
からなる薄層の分析方法。
Processing the analytical sample having a thin layered structure to expose the measurement layer obliquely with respect to the layer interface;
Exciting the characteristic X-rays from the exposed measurement layer by electron beam irradiation;
A method for analyzing a thin layer comprising a step of detecting only characteristic X-rays from a measurement layer; and a step of determining an elemental composition from the detected characteristic X-rays.
加工処理がエッチングまたは研磨である、請求項1に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 1, wherein the processing is etching or polishing. 露出させた測定層の露出面が、測定層の層界面に対して、式d>a+b*sinθ(a:測定臨界膜厚、b:露出面上での電子線のビーム径、d:測定層の層厚)を満たす角度θをなす面である、請求項1に記載の薄層分析方法。   The exposed surface of the exposed measurement layer is expressed by the formula d> a + b * sin θ (a: critical thickness of measurement, b: beam diameter of electron beam on the exposed surface, d: measurement layer) The thin-layer analysis method according to claim 1, wherein the thin-layer analysis method is a plane that forms an angle θ satisfying (layer thickness). 露出させた測定層の露出面が、式b<(d−a)/sinθ−β/tanθ(a:測定臨界膜厚、b:露出面上での電子線のビーム径、d:測定層の層厚、θ:測定層の露出面と層界面とがなす角度)を満たす表面凹凸βを有する、請求項1に記載の薄層分析方法。   The exposed surface of the exposed measurement layer is expressed by the formula b <(da) / sin θ-β / tan θ (a: critical thickness of measurement, b: beam diameter of the electron beam on the exposed surface, d: of the measurement layer The thin layer analysis method according to claim 1, wherein the surface roughness β satisfies a layer thickness, θ: an angle formed by an exposed surface of the measurement layer and a layer interface. エッチングがイオンスパッタエッチングである、請求項2に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 2, wherein the etching is ion sputter etching. イオンスパッタエッチングがアルゴンスパッタエッチングである、請求項5に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 5, wherein the ion sputter etching is argon sputter etching. アルゴンスパッタエッチングが0.5〜2kVの加速電圧で実施される、請求項6に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 6, wherein the argon sputter etching is performed at an acceleration voltage of 0.5 to 2 kV. 露出させる工程の前に、分析試料の構成元素以外の導電性物質の薄膜を該分析試料の表面上に形成させる工程をさらに包含する、請求項1に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 1, further comprising a step of forming a thin film of a conductive substance other than the constituent elements of the analysis sample on the surface of the analysis sample before the exposing step. 導電性物質がカーボンまたは金属である、請求項8に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 8, wherein the conductive substance is carbon or metal. 導電性物質が金または銅である、請求項9に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 9, wherein the conductive substance is gold or copper. 特性X線を検出する工程が、エネルギー分散型X線検出器または波長分散型X線検出器を用いて実施される、請求項1に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 1, wherein the step of detecting characteristic X-rays is performed using an energy dispersive X-ray detector or a wavelength dispersive X-ray detector. 特性X線を励起させる工程から元素組成を決定する工程までが、露出された別の層について繰り返される、請求項1に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 1, wherein the steps from exciting the characteristic X-ray to determining the elemental composition are repeated for another exposed layer. 特性X線を励起させる工程から元素組成を決定する工程が、分析試料とともに1つの保持手段に同時に保持された標準試料について繰り返される、請求項1に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 1, wherein the step of determining the element composition from the step of exciting the characteristic X-ray is repeated for a standard sample simultaneously held in one holding means together with the analysis sample. 標準試料が、分析試料と同じ露出工程を実施される、請求項13に記載の薄層分析方法。   The thin layer analysis method according to claim 13, wherein the standard sample is subjected to the same exposure step as the analysis sample. 照射手段;試料保持手段;入射X線調整手段;および、X線検出手段を備え、
照射手段は、試料保持手段に保持された試料に電子線を照射し;
試料保持手段は、2以上の試料の分析面を同一平面上に保持することが可能であり、そして照射手段からの電子線が1つの試料に選択的に照射されるように試料を移動させることが可能であり;
入射X線調整手段は、電子線により試料の分析面から励起される特性X線のみがX線検出手段に入射するように、試料保持手段もしくはX線検出手段を移動させるか、または試料保持手段を傾斜させ;そして
X線検出手段は、入射した特性X線を検出する、
特性X線分析装置。
Irradiation means; sample holding means; incident X-ray adjustment means; and X-ray detection means,
The irradiation means irradiates the sample held by the sample holding means with an electron beam;
The sample holding means can hold the analysis surfaces of two or more samples on the same plane, and move the sample so that the electron beam from the irradiation means is selectively irradiated to one sample. Is possible;
The incident X-ray adjusting means moves the sample holding means or the X-ray detection means so that only characteristic X-rays excited from the analysis surface of the sample by the electron beam enter the X-ray detection means, or the sample holding means And the X-ray detection means detects the incident characteristic X-ray,
Characteristic X-ray analyzer.
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