JP2015102452A - 表面分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定結果をわかりやすく表示することができる表面分析装置を提供する。【解決手段】表面分析装置１００は、電子線またはＸ線を試料に照射し試料から発生する電子を検出して電子の運動エネルギーと検出強度との関係を示すスペクトルを取得する表面分析装置であって、検出された電子の運動エネルギーから電子の検出深さを算出する検出深さ算出部７６と、前記スペクトルと、検出深さ算出部７６で算出された電子の検出深さの情報と、を表示部８２に表示させる制御を行う表示制御部７８と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、表面分析装置に関する。

オージェ電子分光装置やＸ線光電子分光装置等の表面分析装置は、試料表面に存在する元素の組成を解析するために有効な手段として知られている。

オージェ電子分光装置では、試料表面に電子線を照射して試料から発生するオージェ電子を検出し、オージェ電子の運動エネルギーをパラメーターとした計数値であるオージェスペクトル（以下、単に「スペクトル」ともいう）を取得することができる。取得されたオージェスペクトルに基づいて、試料表面に存在する元素の定性や定量を行うことができる。

このようなオージェ電子分光装置では、一般的に、スペクトルが横軸を電子の運動エネルギーとし縦軸を検出強度として表示画面上に表示される（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−５３０７６号公報

ここで、オージェ電子分光装置で取得したスペクトルからは、検出された電子の深さの情報を得ることができる。具体的には、電子の運動エネルギーの情報と平均自由行程との関係を示す表等を用いて、検出された電子の運動エネルギーからその電子の平均自由行程を求めて検出深さ（検出された電子が発生した深さ）を推定することができる。この検出深さの情報から、例えば試料の膜構成を推定することができる。

例えば、特許文献１に記載されているように、スペクトルが横軸を電子の運動エネルギーとし縦軸を検出強度として表示画面上に表示されている場合、ユーザーが表示画面を見ても検出深さを把握することは困難であった。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、測定結果をわかりやすく提示することができる表面分析装置を提供することにある。

（１）本発明に係る表面分析装置は、
電子線またはＸ線を試料に照射し試料から発生する電子を検出してスペクトルを取得する表面分析装置であって、
検出された電子の運動エネルギーから電子の検出深さを算出する検出深さ算出部と、
前記スペクトルと、前記検出深さ算出部で算出された電子の検出深さの情報と、を表示部に表示させる制御を行う表示制御部と、
を含む。

このような表面分析装置では、表示制御部がスペクトルと検出深さの情報とを表示部に表示させるため、測定結果をわかりやすく提示することができる。

（２）本発明に係る表面分析装置において、
前記表示制御部は、電子の運動エネルギーと前記検出深さの情報とを関連づけて前記表示部に表示させる制御を行ってもよい。

このような表面分析装置では、表示制御部が電子の運動エネルギーと検出深さの情報とを関連づけて表示部に表示させるため、測定結果をわかりやすく提示することができる。

（３）本発明に係る表面分析装置において、
前記スペクトルから前記試料の膜構造を求める膜構造解析部を含み、
前記表示制御部は、前記膜構造解析部で求められた前記試料の膜構造の情報を前記表示部に表示させる制御を行ってもよい。

このような表面分析装置では、表示制御部が膜構造の情報を表示部に表示させるため、測定結果をわかりやすく提示することができる。

（４）本発明に係る表面分析装置において、
前記表示制御部は、前記スペクトルを、第１軸を電子の運動エネルギーとし第２軸を検出強度として前記表示部に表示させる制御を行ってもよい。

（５）本発明に係る表面分析装置において、
前記表示制御部は、前記検出深さの情報を、前記第１軸に沿う第３軸として前記表示部に表示させる制御を行ってもよい。

このような表面分析装置では、表示制御部が検出深さの情報を電子の運動エネルギーの軸に沿う軸として表示部に表示させるため、測定結果をわかりやすく提示することができる。

（６）本発明に係る表面分析装置において、
電子の運動エネルギーを選択するための操作を受け付ける操作部を含み、
前記表示制御部は、前記操作部が前記操作を受け付けた場合に、選択された電子の運動エネルギーに対応する前記検出深さの情報を前記表示部に表示させる制御を行ってもよい。

このような表面分析装置では、表示制御部が、選択された電子の運動エネルギーに対応する検出深さの情報を表示部に表示させるため、測定結果をわかりやすく提示することができる。

第１実施形態に係る表面分析装置の構成を説明するための図。 第１実施形態に係る表面分析装置のスペクトル生成部で生成されたスペクトルの一例を示す図。 電子の運動エネルギーと平均自由行程との関係を示すグラフ。 オージェ電子の脱出深さと総電子量との関係を示すグラフ。 第１実施形態に係る表面分析装置の表示部に表示されたスペクトル画面の一例を示す図。 第２実施形態に係る表面分析装置の構成を説明するための図。 第２実施形態に係る表面分析装置でシリコン基板表面を測定することで得られたオージェスペクトルの一例を示す図。 図７に示すスペクトルの９０ｅＶ付近に現れているＳｉ ＬＶＶのピークを拡大して示す図。 図７に示すスペクトルの１６００ｅＶ付近に現れているＳｉ ＫＬＬのピークを拡大して示す図。 Ｓｉ ＬＶＶのピークとＳｉ ＫＬＬのピークの強度比を示す表。 電子の運動エネルギー、平均自由行程、および検出深さの関係を示す表。 シリコン基板表面に対してＡｒイオンにより１ｎｍのスパッタを行った後のオージェスペクトル、および２ｎｍのスパッタリングを行った後のオージェスペクトルを示す図。 第２実施形態に係る表面分析装置の表示部に表示された膜構造情報画面の一例を示す図。 変形例に係る表面分析装置の表示部に表示された検出深さ表示画面の一例を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 第１実施形態
まず、第１実施形態に係る表面分析装置について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る表面分析装置１００の構成を説明するための図である。ここでは、表面分析装置１００が、オージェ電子分光装置である例について説明する。

表面分析装置１００は、図１に示すように、電子線源１０と、集束レンズ２０と、対物レンズ３０と、偏向部４０と、試料ステージ５０と、分光部６０と、処理部７０と、操作部８０と、表示部８２と、記憶部８４と、情報記憶媒体８６と、を含んで構成されている。

オージェ電子分光装置とは、オージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＡＥＳ）により試料の分析を行うための装置である。オージェ電子分光法とは、電子線等により励起されて試料から放出されるオージェ電子のエネルギーを測定することによって試料表面に局在する元素の分析を行う手法である。オージェ電子はエネルギーが小さいため、表面敏感であり、極表面（数ｎｍの深さ）の分析が可能である。また、オージェ電子とは、入射電子によって高いエネルギー準位に励起された原子が低いエネルギー準位に遷移するときに放出される、軌道間エネルギー準位差に相当するエネルギーを持った電子をいう。

電子線源１０は、電子線ＥＢを発生させる。電子線源１０は、例えば、公知の電子銃であり、陰極から放出された電子を陽極で加速して電子線ＥＢを放出する。電子線源１０として用いられる電子銃は特に限定されず、例えば、熱電子放出型や、熱電界放出型、冷陰極電界放出型などの電子銃を用いることができる。

集束レンズ２０は、電子線源１０の後段（電子線ＥＢの下流側）に配置されている。対物レンズ３０は、集束レンズ２０の後段に配置されている。集束レンズ２０および対物レンズ３０は、電子線ＥＢを集束させるためのレンズである。

偏向部４０は、集束レンズ２０と対物レンズ３０との間に配置されている。偏向部４０は、集束レンズ２０および対物レンズ３０によって集束された電子線ＥＢを試料Ｓ上で走査する。図示の例では、偏向部４０は、上段偏向器４２と下段偏向器４４とを含んで構成されている。偏向部４０は、上段偏向器４２および下段偏向器４４によって二段偏向系を構成している。これにより、電子線ＥＢの光軸（軌道中心）と集束レンズ２０および対物
レンズ３０の中心とが合った状態で電子線ＥＢを偏向させることができる。

試料ステージ５０は、試料Ｓを保持し、試料Ｓを移動させることができる。試料ステージ５０は、例えば、試料Ｓの水平移動、上下移動、回転、傾斜などの動作を行うことができる。

分光部６０は、試料Ｓから放出されたオージェ電子を分光・検出するオージェ電子分光器を含んで構成されている。オージェ電子分光器としては、例えば、同心半球型分光器（Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒ；ＣＨＡ）や、円筒鏡型分光器（Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ；ＣＭＡ）等を用いることができる。例えばＣＨＡでは、所定の電圧を印加すると、その電圧に対応したエネルギーを持つ電子だけがＣＨＡを通過して検出される。そのため、ＣＨＡに印加する電圧を走査しながら検出される電子の量の情報を取得することでオージェ電子を検出することができる。分光部６０の出力信号は、信号処理部６２に送られる。

信号処理部６２は、例えば、増幅器と、Ａ／Ｄ変換器と、を含んで構成されている。信号処理部６２は、分光部６０の出力信号を増幅した後、アナログデジタル変換して、スペクトル信号として処理部７０に送る。スペクトル信号は、電子の運動エネルギーをパラメーターとした計数値の情報を含む。

操作部８０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部７０に送る処理を行う。操作部８０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。

表示部８２は、処理部７０によって生成された画像を表示するものであり、その機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴなどにより実現できる。表示部８２は、例えば、処理部７０で生成されたスペクトルや、検出深さ（検出された電子が発生した深さ）の情報を表示する。

記憶部８４は、処理部７０のワーク領域となるもので、その機能はＲＡＭなどにより実現できる。記憶部８４は、処理部７０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。また、記憶部８４は、処理部７０の作業領域として用いられ、処理部７０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。

情報記憶媒体８６（コンピューターにより読み取り可能な媒体）は、プログラムやデータなどを格納するものであり、その機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、或いはメモリ（ＲＯＭ）などにより実現できる。処理部７０は、情報記憶媒体８６に格納されるプログラム（データ）に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。情報記憶媒体８６には、処理部７０の各部としてコンピューターを機能させるためのプログラムを記憶することができる。なお、当該プログラムは、ホスト装置（サーバー）が有する情報記憶媒体からネットワーク等を介して情報記憶媒体８６（記憶部８４）に配信されてもよい。

処理部７０は、記憶部８４に記憶されているプログラムに従って、各種の計算処理を行う。処理部７０は、記憶部８４に記憶されているプログラムを実行することで、以下に説明する、制御部７２、スペクトル生成部７４、検出深さ算出部７６、表示制御部７８として機能する。処理部７０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。なお、処理部７０の少なくとも一部をハードウェア（専用回路）で実現してもよい。

処理部７０は、制御部７２と、スペクトル生成部７４と、検出深さ算出部７６と、表示制御部７８と、を含んで構成されている。

制御部７２は、電子線源１０、集束レンズ２０、対物レンズ３０、偏向部４０、および試料ステージ５０を制御する。具体的には、制御部７２は、電子線源１０、集束レンズ２０、対物レンズ３０、偏向部４０、試料ステージ５０を制御するための制御信号を生成し出力する。各制御信号は、駆動部９０に入力される。駆動部９０は、当該制御信号を受けて、電子線源１０、集束レンズ２０、対物レンズ３０、偏向部４０、および試料ステージ５０を動作させる。

スペクトル生成部７４は、信号処理部６２を介して入力される分光部６０の出力信号（スペクトル信号）に基づいて、オージェスペクトルを生成する。

図２は、スペクトル生成部７４で生成されたスペクトルの一例を示す図である。スペクトル生成部７４では、スペクトルを、横軸（第１軸）を電子の運動エネルギー（Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）とし縦軸（第２軸）を検出強度（任意単位）として表す。図２の例では、スペクトルを微分して表している。このように検出された電子のスペクトルを微分することにより、ピークを強調して表すことができる。

スペクトル生成部７４は、さらに、スペクトルに現れるピーク（オージェピーク）を検出することにより、元素の組成の特定（定性分析）や、定量分析を行ってもよい。

検出深さ算出部７６は、検出された電子の運動エネルギーから電子の検出深さを算出する。

ここで、検出深さの算出方法について説明する。

図３は、電子の運動エネルギーと平均自由行程との関係を示すグラフである。図３に示すように、電子が固体内を進む際に、エネルギーを失うことなく進むことができる距離（すなわち平均自由行程）は電子が持つ運動エネルギーに依存する。

図４は、オージェ電子の脱出深さと総電子量との関係を示すグラフである。図４に示すように、平均自由行程がλの電子が試料表面から脱出する総量を１としたときに、電子が試料表面から脱出できる深さ（脱出深さ）が自然対数に依存して減少すると仮定して、脱出深さに対する試料表面から脱出する電子の割合を求めた。ここで、脱出深さとは、入射電子によって試料内部で励起された電子が吸収されることなく試料表面に到達し、真空中に放出される深さをいう。

その結果、図４に示すように、脱出する全電子量の約９５％が平均自由行程λの３倍の深さから発生していることがわかる。この結果から、本実施形態では、検出深さを平均自由行程λの３倍としている。

この結果を用いて、検出深さ算出部７６では、電子の運動エネルギーから平均自由行程を求め、求めた平均自由行程を３倍することで、検出深さを算出している。ここでは、平均自由行程を３倍することで検出深さを算出する場合について説明したが、平均自由行程から検出深さを算出する手法はこれに限定されない。

表示制御部７８は、スペクトル生成部７４で生成されたスペクトル（図２参照）と、検出深さ算出部７６で算出された電子の検出深さの情報と、を表示部８２に表示させる制御を行う。

具体的には、表示制御部７８は、スペクトル生成部７４で生成されたスペクトルを、図２に示すように、横軸（第１軸）を電子の運動エネルギーとし縦軸（第２軸）を電子の検出強度として表示部８２に表示させる制御を行う。また、表示制御部７８は、スペクトルの横軸として表示される電子の運動エネルギーと検出深さの情報とを関連づけて表示部８２に表示させる制御を行う。

図５は、表示部８２に表示されたスペクトル画面の一例を示す図である。

図５に示すように、表示制御部７８は、スペクトルと、検出深さの情報と、を１画面に表示させる。表示制御部７８は、スペクトルの横軸（電子の運動エネルギーの軸）に沿う軸（第３軸）として、検出深さの情報を表示させる。すなわち、電子の運動エネルギーを表す横軸に平行な軸として、検出深さの軸を表示させる。

このとき、表示制御部７８は、電子の運動エネルギーのエネルギー値と当該エネルギー値と対応する検出深さの値とが１対１に対応するように表示させる。図示の例では、表示制御部７８は、電子の運動エネルギーのエネルギー値と、当該エネルギー値に対応する検出深さの値とが、縦軸の方向に並ぶように表示させる。

次に、表面分析装置１００の動作について、図１を参照しながら説明する。

ユーザーが操作部８０で試料Ｓを分析するための電子線ＥＢの照射条件（電子線ＥＢの加速電圧、各レンズ２０，３０の励磁電流、電子線ＥＢの照射領域等）を指定すると、制御部７２は、指定された照射条件に基づいて、制御信号を生成し、駆動部９０に送る。

駆動部９０は、制御部７２で生成された制御信号を受けて、電子線源１０から電子線ＥＢを発生させるための駆動信号を電子線源１０に送る。また、駆動部９０は、制御部７２で生成された制御信号を受けて、試料Ｓ上に電子線ＥＢを集束させるための駆動信号を集束レンズ２０および対物レンズ３０に送る。また、駆動部９０は、制御部７２で生成された制御信号を受けて、指定された試料Ｓ上の照射領域に電子線ＥＢを照射させるための駆動信号を偏向部４０に送る。

これにより、電子線源１０から放出され所定の加速電圧で加速された電子線ＥＢが集束レンズ２０と対物レンズ３０とにより細く絞られて試料Ｓ上に集束され、偏向部４０により試料Ｓ上の所定の領域に照射される。

電子線ＥＢの照射により試料Ｓ表面から発生したオージェ電子は、分光部６０により分光・検出される。分光部６０の出力信号は、信号処理部６２を介して、スペクトル信号として処理部７０に送られる。スペクトル信号は、例えば、記憶部８４に記憶される。

スペクトル生成部７４は、記憶部８４に記憶されているスペクトル信号に基づいて、オージェスペクトルを生成する（図２参照）。

検出深さ算出部７６は、検出された電子の運動エネルギーから電子の検出深さを算出する。検出深さ算出部７６は、例えば、スペクトル生成部７４が生成したスペクトルから電子の運動エネルギーの情報を取得し、取得した電子の運動エネルギーから平均自由行程を求め検出深さを算出する。

なお、検出深さ算出部７６は、記憶部８４に記憶されているスペクトル信号から電子の運動エネルギーの情報を取得して、検出深さを算出してもよい。

表示制御部７８は、図５に示すように、スペクトル生成部７４で生成されたスペクトルを、横軸を電子の運動エネルギーとし縦軸を電子の検出強度として表示部８２に表示させる制御を行う。また、表示制御部７８は、電子の運動エネルギーと検出深さの情報とを関連づけて表示部８２に表示させる制御を行う。これにより、スペクトルと検出深さの情報とを含むスペクトル画面（図５参照）が表示部８２に表示される。

第１実施形態に係る表面分析装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。

表面分析装置１００は、検出された電子の運動エネルギーから電子の検出深さを算出する検出深さ算出部７６と、スペクトルと検出深さ算出部７６で算出された電子の検出深さの情報とを表示部８２に表示させる制御を行う表示制御部７８と、を含む。これにより、スペクトルと検出深さの情報とが表示部８２に表示されるため、測定結果をわかりやすく提示することができる。

表面分析装置１００では、表示制御部７８は、電子の運動エネルギーと検出深さの情報とを関連づけて表示部８２に表示させる制御を行う。これにより、電子の運動エネルギーと検出深さの情報とが関連づけられて表示部８２に表示されるため、測定結果をわかりやすく提示することができる。

表面分析装置１００では、表示制御部７８は、スペクトルを、横軸（第１軸）を電子の運動エネルギーとし縦軸（第２軸）を検出強度として表示部８２に表示させる制御を行う。さらに、表示制御部７８は、検出深さの情報を、横軸（第１軸）に沿う軸（第３軸）として表示部８２に表示させる制御を行う。これにより、検出深さの情報が電子の運動エネルギーの軸に沿う軸として表示部８２に表示されるため、測定結果をわかりやすく提示することができる。

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る表面分析装置について図面を参照しながら説明する。図６は、第２実施形態に係る表面分析装置２００の構成を説明するための図である。

以下、第２実施形態に係る表面分析装置２００において、上述した第１実施形態に係る表面分析装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

表面分析装置２００では、処理部７０は、さらに、膜構造解析部２１０を含んで構成されている。

膜構造解析部２１０は、スペクトル生成部７４で生成されたスペクトルから試料Ｓの膜構造を求める。

ここで、膜構造を求める手法の一例について説明する。

図７は、表面分析装置２００でシリコン基板表面を測定することで得られたオージェスペクトルの一例を示す図である。図７のスペクトルには、Ｓｉのピークに加えて、Ｃ（炭素）とＯ（酸素）が検出されている。検出されたＯは、大気中でシリコンが自然酸化したことによるものと考えられる。また、検出されたＣは、シリコン基板表面の汚染による付着物によるものと考えられる。

図８は、図７に示すスペクトルの９０ｅＶ付近に現れているＳｉ ＬＶＶのピークを拡
大して示す図である。さらに、図８には、金属状態のＳｉ ＬＶＶの標準スペクトル、および酸化状態のＳｉ ＬＶＶの標準スペクトルを図示している。なお、標準スペクトルは、検出領域のすべてが対象となる元素で構成されている試料を測定して得られたものである。

図８に示すＳｉ ＬＶＶのピークに対して、金属状態のＳｉ ＬＶＶの標準スペクトルおよび酸化状態のＳｉ ＬＶＶの標準スペクトルを用いて非負拘束最小二乗法により波形分離を行った。その結果、金属状態のＳｉと酸化状態のＳｉが共に検出されていることがわかった。

図９は、図７に示すスペクトルの１６００ｅＶ付近に現れているＳｉ ＫＬＬのピークを拡大して示す図である。さらに、図９には、金属状態のＳｉ ＫＬＬの標準スペクトル、および酸化状態のＳｉ ＫＬＬの標準スペクトルを図示している。

図９に示すＳｉ ＫＬＬのピークに対して、金属状態のＳｉ ＫＬＬの標準スペクトルおよび酸化状態のＳｉ ＫＬＬの標準スペクトルを用いて非負拘束最小二乗法により波形分離を行った。その結果、わずかに酸化状態のＳｉが検出されているが、ほとんどが金属状態のＳｉであることがわかった。

図１０は、図７に示すスペクトルにおけるＳｉ ＬＶＶのピークとＳｉ ＫＬＬのピークの強度比を示す表である。この強度比は、Ｓｉ ＬＶＶのピークおよびＳｉ ＫＬＬのピークを波形分離することで求めた。また、図１０に示す表では、比較例として、標準スペクトルにおけるＳｉ ＬＶＶのピークとＳｉ ＫＬＬのピークの強度比を記載した。なお、図１０に示す表では、各スペクトルにおけるＳｉ ＫＬＬのピークの強度が１００となるように規格化している。

図１０に示すように、標準スペクトルの金属状態のＳｉ ＬＶＶとＳｉ ＫＬＬの強度比は、Ｓｉ ＬＶＶ：Ｓｉ ＫＬＬ＝５２７：１００であるのに対して、測定で得られたスペクトルの金属状態のＳｉ ＬＶＶとＳｉ ＫＬＬの強度比は、Ｓｉ ＬＶＶ：Ｓｉ ＫＬＬ＝１９：１００であった。また、標準スペクトルの酸化状態のＳｉ ＬＶＶとＳｉ
ＫＬＬの強度比は、Ｓｉ ＬＶＶ：Ｓｉ ＫＬＬ＝１１８：１００であるのに対して、測定で得られたスペクトルの酸化状態のＳｉ ＬＶＶとＳｉ ＫＬＬの強度比は、Ｓｉ ＬＶＶ：Ｓｉ ＫＬＬ＝１７３：１００であった。

すなわち、測定で得られた金属状態のＳｉでは、標準スペクトルと比べて、脱出深さが大きいＳｉ ＫＬＬのピークの強度の割合が大きい。また、測定で得られた酸化状態のＳｉでは、標準スペクトルと比べて、脱出深さが小さいＳｉ ＬＶＶのピークの強度の割合が大きい。

図１１は、電子の運動エネルギー、平均自由行程、および検出深さの関係を示す表である。図１１に示すように、低エネルギー側にピークが検出されるＳｉ ＬＶＶ（運動エネルギー ９１ｅＶ）の検出深さは１．８ｎｍ程度である。これに対して、高エネルギー側にピークが検出されるＳｉ ＫＬＬ（運動エネルギー １６２０ｅＶ）の検出深さは６ｎｍ程度である。また、Ｃ ＫＬＬ（運動エネルギー ２７０ｅＶ）の検出深さは２．７ｎｍ程度である。検出深さは、平均自由行程を３倍することで算出した。

図１０および図１１に示す表から、試料の膜構造を推定することができる。具体的には、試料最表面にＣの付着物があるにも関わらず、低エネルギー側のＳｉ ＬＶＶが検出されていることから、Ｃの厚さは１．８ｎｍ以下であることがわかる。また、低エネルギー側のＳｉ ＬＶＶにおいて、酸化状態のＳｉのみならず、金属状態のＳｉが検出されてい
る。さらに、高エネルギー側のＳｉ ＫＬＬでは、金属状態のＳｉがメインである。そのため、酸化膜の厚みは、２ｎｍ〜６ｎｍ程度と推定される。

図１２は、シリコン基板表面に対してＡｒイオンにより１ｎｍ（ＳｉＯ_２換算）のスパッタを行った後のオージェスペクトル、および２ｎｍ（ＳｉＯ_２換算）のスパッタリングを行った後のオージェスペクトルを示す図である。図１２に示すように、２ｎｍのスパッタリングを行った後では、スパッタリングを行う前に検出されたＣおよびＯは検出されなかったことから、ＣおよびＯの厚さは、２ｎｍ以下であることがわかる。したがって、上述した推定結果は正しいことがわかる。

このような手法を用いて、膜構造解析部２１０は、膜構造を求めることができる。膜構造解析部２１０は、例えば、測定で得られたスペクトルにおける対象元素の低エネルギー側のピークと高エネルギー側のピークの強度比と、対象元素の標準スペクトルにおける低エネルギー側のピークと高エネルギー側のピークの強度比と、を比較することで膜構造を求める。

膜構造解析部２１０は、標準スペクトルの強度比と測定で得られたスペクトルの強度比とを比べて、測定で得られたスペクトルにおいて対象元素の低エネルギー側のピークの強度の割合が大きかった場合には対象元素は試料表面側に位置していると判定する。また、膜構造解析部２１０は、標準スペクトルの強度比と測定で得られたスペクトルの強度比とを比べて、測定で得られたスペクトルにおいて対象元素の高エネルギー側のピークの強度の割合が大きかった場合には対象元素は試料内部側に位置していると判定する。標準スペクトルの情報は、例えば、あらかじめ記憶部８４に記憶されている。

また、膜構造解析部２１０は、検出深さ算出部７６が算出した検出深さから対象元素の検出深さを求め、膜構造を推定してもよい。

膜構造解析部２１０は、対象元素のピークが重なっている場合には、波形分離を行うことでピークを分離して、各ピークの強度を求める。すなわち、膜構造解析部２１０は、波形分離計算により得られたピーク強度比と、対応する標準スペクトルの強度比とを比較することで膜構造を求める。

以下、測定によって図７に示すスペクトルが得られた場合の膜構造解析部２１０の処理の一例について説明する。

膜構造解析部２１０は、まず、測定で得られた図７に示すスペクトルを標準スペクトルを用いて（図８および図９参照）波形分離して、対象となる元素（ここでは金属状態のＳｉと酸化状態のシリコン）の強度を求める（図１０参照）。

次に、膜構造解析部２１０は、金属状態のＳｉについて、標準スペクトルの強度比（Ｓｉ ＬＶＶ：Ｓｉ ＫＬＬ＝５２７：１００）と測定で得られたスペクトルの強度比（Ｓｉ ＬＶＶ：Ｓｉ ＫＬＬ＝１９：１００）を比較する。金属状態のＳｉでは、標準スペクトルの強度比と比べて、高エネルギー側のピークの強度の割合が大きいため、膜構造解析部２１０は金属状態のＳｉが試料内部側に位置していると判定する。

同様に、膜構造解析部２１０は、酸化状態のＳｉについて、標準スペクトルの強度比（Ｓｉ ＬＶＶ：Ｓｉ ＫＬＬ＝１１８：１００）と測定で得られたスペクトルの強度比（Ｓｉ ＬＶＶ：Ｓｉ ＫＬＬ＝１７３：１００）を比較する。酸化状態のＳｉでは、標準スペクトルの強度比と比べて、低エネルギー側のピークの強度の割合が大きいため、膜構造解析部２１０は酸化状態のＳｉが試料表面側に位置していると判定する。

また、膜構造解析部２１０は、図１１に示す検出深さの情報に基づいて、Ｃが試料表面側に位置していると判定する。

次に、膜構造解析部２１０は、試料表面側にＳｉＯ_２（酸化状態のシリコン）が位置し、試料内部側にＳｉ（金属状態のシリコン）が位置しているとの膜構造の情報を出力する。膜構造解析部２１０によって求められた膜構造の情報は、例えば、記憶部８４に記憶される。

表示制御部７８は、膜構造解析部２１０で求められた試料Ｓの膜構造の情報を表示部８２に表示させる制御を行う。

図１３は、表示制御部７８によって表示部８２に表示された膜構造情報画面の一例を示す図である。

表示制御部７８は、例えば図１３に示すように、試料Ｓの膜構造の情報を表として表示部８２に表示させる。なお、図示はしないが、表示制御部７８は、図５に示すスペクトルと検出深さの情報とを含むスペクトル画面と、図１３に示す試料Ｓの膜構造の情報とを１つの画面に表示させてもよい。

表面分析装置２００は、例えば、以下の特徴を有する。

表面分析装置２００では、スペクトルから試料Ｓの膜構造を求める膜構造解析部２１０を含み、表示制御部７８は、膜構造解析部２１０で求められた試料Ｓの膜構造の情報を表示部８２に表示させる制御を行う。これにより、表示制御部７８が表示部８２に膜構造の情報を表示させるため、測定結果をわかりやすく提示することができる。

３． 変形例
なお、本発明は上述した実施形態や変形例に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した第１実施形態に係る表面分析装置１００の例では、表示制御部７８が、図５に示すように検出深さの情報をスペクトルの横軸に沿う軸として表示部８２に表示させる制御を行った。

これに対して、本変形例では、操作部８０が電子の運動エネルギーを選択するための操作を受け付け、操作部８０が電子の運動エネルギーを選択する操作を受け付けた場合に、表示制御部７８が選択された電子の運動エネルギーに対応する検出深さの情報を表示部８２に表示させる制御を行う。

図１４は、表示部８２に表示された検出深さ表示画面の一例を示す図である。

図１４に示すように、例えば、ユーザーが操作部８０を操作することによって表示部８２に表示された矢印Ａを移動させ所望の電子の運動エネルギーの値（図示の例では、６００ｅＶ）を選択すると、表示制御部７８は、選択された電子の運動エネルギーに対応する検出深さの情報（図示の例では「３．８ｎｍ」）を表示部８２に表示させる。検出深さの情報は、検出深さ算出部７６によって算出される。

このように本変形例では、操作部８０が電子の運動エネルギーを選択する操作を受け付けた場合に、表示制御部７８が選択された電子の運動エネルギーに対応する検出深さの情
報を表示部８２に表示させるため、測定結果をわかりやすく提示することができる。

第２実施形態に係る表面分析装置２００においても、同様に、操作部８０が電子の運動エネルギーを選択するための操作を受け付け、操作部８０が電子の運動エネルギーを選択する操作を受け付けた場合に、表示制御部７８が選択された電子の運動エネルギーに対応する検出深さの情報を表示部８２に表示させる制御を行ってもよい。これにより、測定結果をわかりやすく提示することができる。

また、例えば、上述した実施形態では、表面分析装置１００，２００がオージェ電子分光装置である例について説明したが、本発明に係る表面分析装置は、Ｘ線光電子分光装置であってもよい。Ｘ線光電子分光装置とは、Ｘ線光電子分光法（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＸＰＳ）により試料の分析を行うための装置である。Ｘ線光電子分光法とは、固体に一定のエネルギーのＸ線を照射し、光電効果によって外に飛び出した電子（光電子）のエネルギーを測定し、固体の電子状態を調べる手法である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１０…電子線源、２０…集束レンズ、３０…対物レンズ、４０…偏向部、４２…上段偏向器、４４…下段偏向器、５０…試料ステージ、６０…分光部、６２…信号処理部、７０…処理部、７２…制御部、７４…スペクトル生成部、７６…検出深さ算出部、７８…表示制御部、８０…操作部、８２…表示部、８４…記憶部、８６…情報記憶媒体、９０…駆動部、１００，２００…表面分析装置、２１０…膜構造解析部

Claims (6)

1. 電子線またはＸ線を試料に照射し試料から発生する電子を検出してスペクトルを取得する表面分析装置であって、
   検出された電子の運動エネルギーから電子の検出深さを算出する検出深さ算出部と、
   前記スペクトルと、前記検出深さ算出部で算出された電子の検出深さの情報と、を表示部に表示させる制御を行う表示制御部と、
   を含む、表面分析装置。
2. 請求項１において、
   前記表示制御部は、電子の運動エネルギーと前記検出深さの情報とを関連づけて前記表示部に表示させる制御を行う、表面分析装置。
3. 請求項１または２において、
   前記スペクトルから前記試料の膜構造を求める膜構造解析部を含み、
   前記表示制御部は、前記膜構造解析部で求められた前記試料の膜構造の情報を前記表示部に表示させる制御を行う、表面分析装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記表示制御部は、前記スペクトルを、第１軸を電子の運動エネルギーとし第２軸を検出強度として前記表示部に表示させる制御を行う、表面分析装置。
5. 請求項４において、
   前記表示制御部は、前記検出深さの情報を、前記第１軸に沿う第３軸として前記表示部に表示させる制御を行う、表面分析装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
   電子の運動エネルギーを選択するための操作を受け付ける操作部を含み、
   前記表示制御部は、前記操作部が前記操作を受け付けた場合に、選択された電子の運動エネルギーに対応する前記検出深さの情報を前記表示部に表示させる制御を行う、表面分析装置。