JP3645533B2 - X-ray analysis method and X-ray analysis system using the method - Google Patents

X-ray analysis method and X-ray analysis system using the method Download PDF

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に電子線を照射することによって発生する特性X線を検出して、試料の定性分析や定量分析を行うX線分析方法および装置に関し、特に試料の極微小領域の分析に好適なX線分析方法およびX線分析システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、試料の構成元素を知る定性分析や試料の含有元素の存在量を知る定量分析には、X線分析法がよく用いられている。これは、高電圧で加速された電子線やX線を試料表面に照射するとき、入射した電子線やX線のもつエネルギによって試料物質元素の原子の内殻電子は励起され殻外にはじきだされる。このとき、外殻の電子は落ち込み、外殻と内殻の電子のもつエネルギの差に相当するエネルギが特性X線として放出される。この値は元素固有の値をもっているので放射されるX線も固有の波長またはエネルギを持ち、特性X線と呼ばれる。この特性X線の波長またはエネルギおよびそれらの強度を測定することによって、試料表面物質の元素の定性・定量分析が行えることになる。
【0003】
近年の電界放出型電子銃等の高輝度、且つ極微小な電子線プローブの形成が可能な装置の普及により、半導体デバイスの評価等における極微小領域の評価が強く求められている。このような要求の増加により、X線分析の一次プローブとして高輝度且つ極微小な電子線プローブが用いられる機会が急増している。しかし、高輝度且つ極微小な電子線プローブを用いたX線分析法の問題点として、試料及び照射電子線のドリフトによる分析位置ズレや電子線損傷による試料状態の変化などによりデータの信頼性が損なわれるといういう技術的課題があった。
【0004】
すなわち、電界放射電子銃を用いることによりX線分析の1次プローブにビーム径1nmφ以下の電子線プローブを用いることが可能となったため、評価領域として1nmφを要求されることが多いが、そのような評価領域を実現するには、分析位置としてもナノメートルオーダーの精度が要求されることとなる。かかる要求に対して試料ステージや電子線プローブの安定性は必ずしも十分ではなく、スペクトル積算の間に試料ステージまたは電子線プローブまたはその両方にナノメートルオーダーのドリフトが生じる可能性は少なくない。そのような状況のもとで極微小領域の評価を実施したとしても、実際の評価領域は試料ステージや照射プローブのドリフト量を加味したものとなる。
【0005】
また、試料に高輝度且つ極微小電子線を照射すると、試料や試料ホルダーに吸着した例えばハイドロカーボン等のガス成分が電子線プローブに誘引され、コンタミネーションと称されるカーボン汚染を生ずる。コンタミネーションは電子線プローブの照射領域に成長するため、局所的な試料厚さの増加を招来する。照射された電子線プローブは、コンタミネーションによって散乱され、電子線照射領域が拡大してしまう。したがって、予め設定した極微小な電子線照射領域よりも広い範囲から電子線照射により励起されたX線が発生することとなり、目的領域の正しい情報を得ることは出来ない。
【0006】
更に、評価試料によっては、照射した高加速電子線によって試料内の原子が試料外部へ叩き出されるノックオフ(Knock Off)が起き、電子線の照射と共に試料を構成する元素比率に変動が生じることがある。試料内の原子がノックオフによって外部へ叩き出される確率は、試料の高加速電子に対する散乱断面積と、叩き出された原子が試料内に留まらずに真空中へ放出されるための試料厚さなどの条件により変化するが、透過電子顕微鏡による高分解能像観察に用いるような十分に薄い試料に限らず、X線分析に適した比較的厚い領域であっても生じる現象である。Knock Offが生じた場合、高輝度電子線の照射に伴って試料密度が減少し、最終的に空孔が形成されることもある。つまり分析に必要な積算時間中の電子線照射によって試料状態が変化するため、電子線照射領域の正しい情報を得ることが出来ない。
【0007】
上述したX線分析手法を微小部分に適用した場合に生じる技術的な問題に対応するものとして、例えば、特開平5−144402号や特開平6−213830号が知られている。すなわち、前者は、微結晶や結晶粒界等の微小部分析の際、微小領域の分析開始時に測定した透過電子線量と分析中の透過電子線量とを比較し、不一致の場合に微小領域から二次的に発生する信号の取り込みを中断することにより、試料自身の熱ドリフトや試料ホルダのドリフト等による分析位置のずれを検出・補正するようにしたものである。また後者は、従来装置において分析中は電子線がX線分析のみに使われ、二次電子像形成に使われないことことから、試料ドリフト等のため生じる分析位置のずれの確認・補正が困難であったことに鑑み、電子線を時分割して、X線分析位置照射と二次電子像を得るためのX、Yニ次元照射を交互に行って、時系列的な位置ずれを検出し、補正するようにしたものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開平5−144402号や特開平6−213830号に開示された技術は、専ら、試料の極微小部分のX線分析を行う際に生じる試料自身の熱ドリフトや試料ホルダのドリフト等による分析位置のずれを検出・補正するものであって、電子線プローブのコンタミネーションへの対応や、試料におけるノックオフ現象への対応については、何ら考慮されていないという大きな技術的課題があった。
【0009】
そこで、本発明の目的は、上記した技術的課題を解決するためになされたものであり、試料の極微小領域部分にX線分析を行っても試料または試料ステージのドリフトやコンタミネーションおよびノックオフなどの現象がX線分析スペクトルに与える影響を検出し、スペクトルの信頼性を評価し補正することができるX線分析方法およびその分析システムを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のX線分析方法は、試料上の分析点へ電子線を収束照射し、励起される特性X線を測定するX線分析方法において、予め設定した時間を経過するまで又は予め設定したピーク強度に達するまで、特性X線の強度を積算蓄積したX線分析スペクトルを少なくとも2以上の時間的に連続なX線分析スペクトルとして分割収集し、前記収集したX線分析スペクトル間の差が所定の範囲を超えて変動を生じた場合は前記分析点が測定不適当な場所であると判断し他の分析点へ位置変更して再度測定するフィードバックを行うことを特徴とする。場合によっては、この位置変更を行う前に分析点へ電子線が安定に収束照射されているか否かを確認し、或いは確認するための一定の時間を経てから、上述した位置変更を行う事で、より確実かつ精度の高い測定が可能なフィードバックを行う事ができる。
【0011】
このように、時間経過によって変動する可能性がある情報をスペクトルの取得と同時に抽出および表示することで、分析中に積算の継続または中断をリアルタイムに判断することが可能となる。また、高輝度且つ極微小電子線の照射によって試料状態の変動が確認された時間的に連続なスペクトルを用いることにより時間経過による変動量を求めることができる。
【0012】
また、本発明のX線分析方法では、2以上の時間的に連続なX線分析スペクトルにおいて、検出されている特性X線のカウント数及びX線検出器の検出効率、及び定量計算値をリアルタイムで評価することにより、測定中のX線分析スペクトルの変動を検出することを特徴とする。このことにより、各スペクトルにおける検出効率や検出されたカウント数、または各スペクトルから得られる定量計算値の変動状況から測定中に生じた変動を推定し、測定開始時或いは変動前の状態を予測することが可能となる。
【0013】
さらに、本発明のX線分析方法では、2以上の時間的に連続なX線分析スペクトルで時間経過とともにX線分析スペクトルの強度分布が変動する場合には、試料や電子線プローブのドリフトによって分析点が変動したことを検出し、2以上の時間的に連続なX線分析スペクトル上にカーボンピークが出現した場合には、電子線プローブにコンタミネーションの発生を確認し、特性X線強度の顕著な低下を確認した場合には、ノックオフ現象が生じたことを推定し、測定へのフィードバックを行うことを特徴とする。このことにより、試料の極微小部分への照射に伴う障害に対応したデータの分析や補正は遅滞なく行うことができる。
【0014】
さらに、本発明の分析システムでは、予め設定した時間を経過するまでまたは予め設定したピーク強度に達するまで、特性X線の強度を積算蓄積したX線分析スペクトルを少なくとも2以上の時間的に連続なX線分析スペクトルとして分割収集し、前記収集したX線分析スペクトル間の差が所定の範囲を超えて変動を生じた場合は測定へのフィードバックを行うことを特徴としている。そして、好ましくは2以上の時間的に連続なX線分析スペクトルにおいて、検出されている特性X線のカウント数及びX線検出器の検出効率、及び定量計算値をリアルタイムで評価することにより、測定中のX線分析スペクトルの変動を検出することを特徴とするものである。さらに、好ましくは、2以上の時間的に連続なX線分析スペクトルで時間経過とともにX線分析スペクトルの強度分布が変動する場合には、試料や電子線プローブのドリフトによって分析点が変動したと検出し、2以上の時間的に連続なX線分析スペクトル上にカーボンピークが出現した場合には、電子線プローブにコンタミネーションの発生を確認し、特性X線強度の顕著な低下を確認した場合には、ノックオフ現象が生じたことを推定し、測定へのフィードバックを行うことを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のX線分析方法およびその分析システムにおける実施の形態を図に基づいて説明する。本実施の態様では、本発明を透過電子顕微鏡におけるノックオフに適用したものである。尚、各図において同一箇所には同一符号を付している。
【0016】
図1は、本発明にかかるX線分析方法を適用した透過電子顕微鏡システムの構成を示している。このX線分析システムは、観察及び分析点に高輝度且つ極微小電子線を照射する機能を有する透過電子顕微鏡(図示せず)と、この透過電子顕微鏡に備えられたエネルギー分散型X線分析用の半導体検出器1と、半導体検出器1により検出された信号をX線強度に変換するパルス・ハイト・アナライザPalse Height Analyser(以下、PHAという)2と、PHA2からの信号を蓄積し、X線分析スペクトルの表示や定量計算等を行うためのコンピューター3とからなるエネルギー分散型X線分析システムである。
【0017】
かかるシステムにおいて、試料4に高輝度収束電子線5を照射する。本実施形態では試料4としてSi単結晶上に形成されたエピタキシャルSiGeの断面試料を用いた。高輝度の電子線5を照射された領域からは、特性X線6が励起され、半導体検出器1に取り込まれる。半導体検出器1ではX線強度に対応した電気信号が形成され、PHA2へ送信されデジタル信号に変換される。PHA2においてデジタル化された信号は、データ処理用コンピューター3に送られる。このとき、コンピューター3では、予め設定された、例えば積算時間t毎にX線分析スペクトルを分割保存する。本実施形態では、1スペクトルの積算時間を50秒とし、全積算時間400秒間を8つの時間的に連続なスペクトルとして分割取得した。また、測定は同一試料上の近接する分析点において、試料4上における電子線プローブ径として100nmφ(分析点1)、及び1nmφ(分析点2)の2回実施した。2回の測定によって得られた2セットの時間的に連続するスペクトルから、各測定時間毎のSiおよびGeのカウント数の推移、及びそれらカウント数から計算されたGe濃度(Atom%)を、図2の分析点1及び分析点2に示す。図2から明らかなように、分析点1のSiカウント数及びGeカウント数に現れている変動は、統計的誤差範囲内であると判断できる。一方、分析点2におけるSiカウント数は測定開始からほぼ一様に減少しており、ノックオフによるSi元素の叩き出しが起きていることが確認される。このようなカウント数の変動は検出効率の変化によって生じるものではなく、明らかに電子線照射領域の試料状態が変化していることによるもので、従来のX線分析法ではその検出さえ困難なものであった。しかし、本実施の形態では、時間的に連続なスペクトルを取得するので、時間経過によって変動する可能性がある情報をスペクトルの取得と同時に抽出および表示することで、測定中に積算の継続または中断をリアルタイムに判断することが可能となる。
【0018】
また、高輝度且つ極微小電子線の照射に伴う試料状態の変動の有無も、時間経過による変動量を求めることで判定ができる。例えば、図2の分析点2のグラフに示したSiカウント数及びGeカウント数が一様な割合で減少していると仮定し最小二乗法によるフィッティングを行った。フィッティングによって得られたSiカウント数とGeカウント数を与える式、および時間t毎のGe濃度(Atom%)を与える式は図2(b)に示したとおりである。時間経過に伴うGe濃度(Atom%)を示す曲線がt=0の時の値を求めることにより、電子線照射により試料状態が変化する前の状態が推定可能となる。従来の分析法による定量計算ではGe濃度=20.2Atom%と得られていたが、本実施の形態によって時間経過に伴う変動量を予測することにより、試料状態が変化する前の値として16.0Atom%という結果が得られた。但し、本実施の形態では、時間経過に伴うSiカウント数及びGeカウント数に対して、変動量が一定であると仮定して最小二乗法によるフィッティングを行っているが、試料の状態または照射電子線との相互作用が常に一定に作用するとは限らないため、単位時間当りの変動量が時間と共に増加、減少、または増減を繰り返す場合も想定される。そのような変動に対しては、状況に応じてフィッティングに用いる関数を設定することが可能である。また、測定されたカウント数やスペクトルの変動が装置の安定性に依存する可能性を確認する方法として、検出器の飽和時間割合(Deadtime)の時間経過を確認することも有効である。
【0019】
上記した本実施の態様では、本発明を透過電子顕微鏡におけるノックオフに適用した例をもって説明したが、上記実施の形態に限定されることなく、走査透過電子顕微鏡、又は走査電子顕微鏡にも適用することができ、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【0020】
以下、本発明をフローチャートにより説明する。図3が本発明のX線分析方法のフローチャートである。図に見られるように、まず、試料を調整し、TEMを立ち上げる。試料の分析すべき位置を決定した後、試料のドリフトを抑制する手段を実施する。この手段によってもドリフトが排除できない場合には他のドリフト抑制手段を採用する。ドリフトの抑制に成功したら、電子線の収束照射を行う。そして、この照射のビームにドリフトが生じているか否かを判断する。この過程でビームドリフトが発生したと判断される場合には、ビームドリフト抑制手段を行う。ビームドリフトが発生しないことを確認したら、測定を開始する。
【0021】
測定を行っている過程で、測定系の不純物汚染すなわちコンタミの発生、検出効率の低下およびスペクトルの変動をモニターし、これらの発生が見られた場合、再実験可能か否か判断する。すなわち、コンタミが広範囲に及んでいて、分析点を変更してもコンタミの影響を排除できない場合には、そのまま測定を継続し、一方、コンタミの影響を排除できる分析点が見いだせれば、分析点を変更して測定を開始する。他の検出効率の低下あるいはスペクトルの大幅な変動などにおいても同様に、再実験が可能であるか否かを判断して測定の継続を決定する。
測定した分析スペクトルが、充分な強度を有している場合には、測定を終了し、成分元素のピーク強度の測定に入る。一方、十分な測定強度が得られなかった場合には、さらに遡って測定を継続する。
【0022】
次いで、成分元素のピーク強度を測定し、スペクトルを適切な時間間隔に分割する。そして、この分割されたスペクトル間において、強度変化に有意差がある場合には、その強度変化が一様であるか否か判断する。この変化が一様であれば、その変化率を見積もり、実験開始初期のピーク強度比を算出する。この結果をもとに、定量計算を行い組成比を決定する。
一方、スペクトル間の強度変動が一様でない場合には、その変動の原因を推定し、データとして信頼性があれば、適切な評価時間範囲を決定し、その範囲内においてスペクトル強度の変化を評価する。そしてこのスペクトル強度の変化に有意差があり一様に変化していれば、その変化率から実験初期のピーク強度比を算出して計量計算により組成比を決定する。
また、スペクトル間の強度変動に有意差がなかったり、強度が一様に変化していない場合には、推定される変動要因を考慮して真のピーク強度比を推定し同様に定量計算により組成比を決定する。
【0023】
以上に記載したように、本発明によれば、高エネルギーの電子線を用いて試料の微小領域の定量分析を行うにあたり、試料の状態の変化を適切にモニターしながら分析を行い、かつ、測定条件の変化あるいは結果の妥当性について適切な判断を下すことができるようになるため、結果の信頼性が向上するものである。
【0024】
【発明の効果】
本発明のX線分析方法およびその分析システムによれば、X線スペクトルの積算中に、高輝度且つ極微小電子線の照射等によって生じる測定条件の変動を検出することが可能となり、測定データの信頼性を確認することが可能となる。また、二つ以上の時間的に連続なスペクトルから時間経過に伴なう変動量を推定することにより、変動が生じる前の状態を推測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるX線分析方法を適用した透過電子顕微鏡システムの構成を示す構成図。
【図2】分析点1および分析点2において、各測定時間毎のSiおよびGeのカウント数の推移、及びカウント数から計算されたGe濃度(Atom%)を示すグラフ。
【図3】本発明の実施の形態を説明するフローチャート図
【符号の説明】
1:半導体検出器
2:PHA
3:コンピュータ
4:試料
5:照射電子線
6:特性X線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray analysis method and apparatus for qualitative analysis and quantitative analysis of a sample by detecting characteristic X-rays generated by irradiating the sample with an electron beam, and particularly suitable for analyzing a very small region of the sample. The present invention relates to an X-ray analysis method and an X-ray analysis system.
[0002]
[Prior art]
In general, X-ray analysis is often used for qualitative analysis for knowing the constituent elements of a sample and quantitative analysis for knowing the abundance of elements contained in the sample. This is because when the sample surface is irradiated with an electron beam or X-ray accelerated at a high voltage, the inner electron of the atom of the sample substance element is excited by the energy of the incident electron beam or X-ray and repels out of the shell. Is done. At this time, electrons in the outer shell fall, and energy corresponding to the energy difference between the electrons in the outer shell and the inner shell is emitted as characteristic X-rays. Since this value has an element-specific value, the emitted X-ray also has a specific wavelength or energy and is called a characteristic X-ray. By measuring the wavelength or energy of these characteristic X-rays and their intensities, qualitative and quantitative analysis of the elements of the sample surface material can be performed.
[0003]
Due to the spread of high-luminance and ultra-fine electron beam probes such as field emission electron guns in recent years, evaluation of ultra-fine regions in semiconductor device evaluation and the like has been strongly demanded. Due to such an increase in demand, the opportunity to use a high-intensity and extremely minute electron beam probe as a primary probe for X-ray analysis is rapidly increasing. However, the problem with X-ray analysis using a high-intensity and ultra-fine electron beam probe is that the reliability of the data depends on the sample misalignment due to drift of the sample and the irradiated electron beam and the change in the sample state due to electron beam damage. There was a technical problem of being damaged.
[0004]
That is, since an electron beam probe having a beam diameter of 1 nmφ or less can be used as a primary probe for X-ray analysis by using a field emission electron gun, 1 nmφ is often required as an evaluation region. In order to realize a simple evaluation region, the accuracy of nanometer order is required as an analysis position. The stability of the sample stage and the electron beam probe is not always sufficient for such a requirement, and there is a high possibility that a drift of nanometer order will occur in the sample stage and / or the electron beam probe during spectrum integration. Even if an extremely small region is evaluated under such a situation, the actual evaluation region takes into account the drift amount of the sample stage and irradiation probe.
[0005]
Further, when a sample is irradiated with a high-intensity and extremely minute electron beam, a gas component such as hydrocarbon adsorbed on the sample or the sample holder is attracted to the electron beam probe, and carbon contamination called contamination is generated. Since contamination grows in the irradiation region of the electron beam probe, it causes a local increase in sample thickness. The irradiated electron beam probe is scattered by contamination, and the electron beam irradiation area is enlarged. Therefore, X-rays excited by electron beam irradiation are generated from a wider range than a preset very minute electron beam irradiation region, and correct information on the target region cannot be obtained.
[0006]
Further, depending on the sample to be evaluated, knock-off (Knock Off) occurs in which atoms in the sample are knocked out of the sample by the irradiated high acceleration electron beam, and the ratio of elements constituting the sample may vary with the electron beam irradiation. is there. The probability that the atoms in the sample are knocked out by knock-off includes the scattering cross section for the sample's highly accelerated electrons and the sample thickness for the ejected atoms to be released into the vacuum without remaining in the sample. However, the phenomenon is not limited to a sufficiently thin sample used for high-resolution image observation by a transmission electron microscope, and is a phenomenon that occurs even in a relatively thick region suitable for X-ray analysis. When Knock Off occurs, the sample density decreases with the irradiation of the high-intensity electron beam, and vacancies may eventually be formed. That is, since the sample state changes due to the electron beam irradiation during the integration time required for the analysis, correct information on the electron beam irradiation region cannot be obtained.
[0007]
For example, JP-A-5-144402 and JP-A-6-213830 are known as solutions to technical problems that occur when the above-described X-ray analysis method is applied to a minute portion. In other words, the former compares the transmitted electron dose measured at the start of analysis of a micro area with the transmitted electron dose during analysis when analyzing a micro part such as a microcrystal or a grain boundary. By interrupting the capture of the signal that is generated next, the displacement of the analysis position due to the thermal drift of the sample itself, the drift of the sample holder, or the like is detected and corrected. In the latter case, the electron beam is used only for X-ray analysis during analysis in the conventional system, and is not used for secondary electron image formation, so it is difficult to confirm and correct the deviation of the analysis position caused by sample drift. In view of the above, time-division of the electron beam is performed, and X-ray analysis position irradiation and X and Y two-dimensional irradiation for obtaining a secondary electron image are alternately performed to detect a time-series position shift. This is to be corrected.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the techniques disclosed in JP-A-5-144402 and JP-A-6-213830 described above are exclusively the thermal drift of the sample itself and the drift of the sample holder that occur when performing an X-ray analysis of a very small portion of the sample. There is a major technical problem that no consideration has been given to dealing with the contamination of the electron beam probe and dealing with the knock-off phenomenon in the sample. .
[0009]
Therefore, an object of the present invention is made to solve the above technical problem, and even if X-ray analysis is performed on a very small region portion of the sample, drift or contamination of the sample or the sample stage, knock-off, etc. It is an object of the present invention to provide an X-ray analysis method and an analysis system thereof capable of detecting the influence of the above phenomenon on an X-ray analysis spectrum and evaluating and correcting the reliability of the spectrum.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
That is, the X-ray analysis method of the present invention is an X-ray analysis method that converges and irradiates an electron beam to an analysis point on a sample and measures a characteristic X-ray to be excited until a preset time elapses or is set in advance. Until the peak intensity is reached, X-ray analysis spectra obtained by accumulating the accumulated characteristic X-ray intensities are divided and collected as at least two temporally continuous X-ray analysis spectra, and there is a difference between the collected X-ray analysis spectra. When the fluctuation exceeds a predetermined range, it is determined that the analysis point is an unsuitable place for measurement, and feedback is performed to change the position to another analysis point and perform measurement again. In some cases, it is possible to confirm whether or not the electron beam is stably convergently irradiated to the analysis point before performing this position change, or after performing a position change described above after a certain time for confirmation. Therefore, it is possible to provide feedback that enables more reliable and accurate measurement.
[0011]
In this way, by extracting and displaying information that may vary with the passage of time simultaneously with the acquisition of the spectrum, it is possible to determine in real time whether or not to continue integration during analysis. In addition, the amount of change over time can be obtained by using a temporally continuous spectrum in which a change in the sample state is confirmed by irradiation with high brightness and a very small electron beam.
[0012]
In the X-ray analysis method of the present invention, the number of detected characteristic X-rays, the detection efficiency of the X-ray detector, and the quantitative calculation value in two or more temporally continuous X-ray analysis spectra are calculated in real time. It is characterized by detecting fluctuations in the X-ray analysis spectrum during measurement. As a result, the fluctuation that occurred during the measurement is estimated from the detection efficiency in each spectrum, the detected count number, or the fluctuation status of the quantitative calculation value obtained from each spectrum, and the state at the start of measurement or before the fluctuation is predicted. It becomes possible.
[0013]
Furthermore, in the X-ray analysis method of the present invention, when the intensity distribution of the X-ray analysis spectrum fluctuates with time in two or more time-sequential X-ray analysis spectra, the analysis is caused by the drift of the sample or the electron beam probe. When a change in the point is detected and a carbon peak appears on two or more time-sequential X-ray analysis spectra, the occurrence of contamination in the electron probe is confirmed, and the characteristic X-ray intensity is remarkable. If a significant decrease is confirmed, it is estimated that a knock-off phenomenon has occurred, and feedback to the measurement is performed. As a result, analysis and correction of data corresponding to a failure associated with irradiation of a very small portion of the sample can be performed without delay.
[0014]
Furthermore, in the analysis system of the present invention, the X-ray analysis spectrum in which the characteristic X-ray intensity is accumulated and accumulated is continuously continuous for at least two times until a preset time elapses or until a preset peak intensity is reached. The X-ray analysis spectrum is divided and collected, and when a difference between the collected X-ray analysis spectra exceeds a predetermined range and fluctuates, feedback to measurement is performed. And, preferably, in two or more time-continuous X-ray analysis spectra, the number of detected characteristic X-rays, the detection efficiency of the X-ray detector, and the quantitative calculation value are evaluated in real time to measure. It is characterized by detecting fluctuations in the X-ray analysis spectrum. Further, preferably, when the intensity distribution of the X-ray analysis spectrum changes with time in two or more time-sequential X-ray analysis spectra, it is detected that the analysis point has changed due to drift of the sample or the electron beam probe. When a carbon peak appears on two or more temporally continuous X-ray analysis spectra, the occurrence of contamination in the electron probe is confirmed, and a marked decrease in the characteristic X-ray intensity is confirmed. Is characterized by estimating the occurrence of the knock-off phenomenon and performing feedback to the measurement.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the X-ray analysis method and analysis system of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to knock-off in a transmission electron microscope. In the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals.
[0016]
FIG. 1 shows the configuration of a transmission electron microscope system to which an X-ray analysis method according to the present invention is applied. This X-ray analysis system includes a transmission electron microscope (not shown) having a function of irradiating an observation and analysis point with a high-intensity and ultrafine electron beam, and an energy dispersive X-ray analysis provided in the transmission electron microscope. Of the semiconductor detector 1, a pulse height analyzer (hereinafter referred to as PHA) 2 for converting a signal detected by the semiconductor detector 1 into an X-ray intensity, and a signal from the PHA 2, This is an energy dispersive X-ray analysis system including a computer 3 for performing analysis spectrum display and quantitative calculation.
[0017]
In such a system, the sample 4 is irradiated with a high-intensity focused electron beam 5. In this embodiment, an epitaxial SiGe cross-sectional sample formed on a Si single crystal was used as the sample 4. The characteristic X-ray 6 is excited from the region irradiated with the high-intensity electron beam 5 and is taken into the semiconductor detector 1. In the semiconductor detector 1, an electric signal corresponding to the X-ray intensity is formed, transmitted to the PHA 2, and converted into a digital signal. The signal digitized in the PHA 2 is sent to the data processing computer 3. At this time, the computer 3 divides and stores the X-ray analysis spectrum for each preset integration time t, for example. In this embodiment, the integration time of one spectrum is 50 seconds, and the total integration time of 400 seconds is divided and acquired as eight temporally continuous spectra. In addition, the measurement was carried out twice at an analysis point close to the same sample, with an electron beam probe diameter on the sample 4 of 100 nmφ (analysis point 1) and 1 nmφ (analysis point 2). From two sets of temporally continuous spectra obtained by two measurements, the transition of the count numbers of Si and Ge at each measurement time and the Ge concentration (Atom%) calculated from these count numbers are shown in FIG. Analysis points 1 and 2 are shown in FIG. As apparent from FIG. 2, it can be determined that the fluctuations appearing in the Si count number and the Ge count number at the analysis point 1 are within the statistical error range. On the other hand, the Si count number at the analysis point 2 decreases almost uniformly from the start of measurement, confirming that the Si element is knocked out by knock-off. Such fluctuations in the number of counts are not caused by changes in detection efficiency, but are clearly caused by changes in the sample state in the electron beam irradiation region, and even those detections are difficult with conventional X-ray analysis methods. Met. However, in this embodiment, a continuous spectrum is acquired in time, so that information that may vary over time can be extracted and displayed at the same time as the acquisition of the spectrum, so that integration can be continued or interrupted during measurement. Can be determined in real time.
[0018]
In addition, the presence or absence of a change in the sample state associated with irradiation with high brightness and a very small electron beam can also be determined by determining the amount of change over time. For example, assuming that the Si count number and the Ge count number shown in the graph of the analysis point 2 in FIG. 2 are decreasing at a uniform rate, fitting by the least square method was performed. The formula for giving the Si count number and Ge count number obtained by the fitting and the formula for giving the Ge concentration (Atom%) at each time t are as shown in FIG. By obtaining the value when the curve indicating the Ge concentration (Atom%) with the passage of time is t = 0, the state before the sample state is changed by the electron beam irradiation can be estimated. In the quantitative calculation by the conventional analysis method, the Ge concentration was 20.2 Atom%. However, by predicting the amount of change with the passage of time according to the present embodiment, the value before the sample state is changed is 16. A result of 0 Atom% was obtained. However, in this embodiment, fitting by the least square method is performed on the assumption that the variation amount is constant with respect to the Si count number and the Ge count number as time elapses. Since the interaction with the line does not always work constantly, it is also assumed that the amount of fluctuation per unit time repeatedly increases, decreases, or increases / decreases with time. For such variations, it is possible to set a function used for fitting according to the situation. As a method for confirming the possibility that the measured count number or the variation in the spectrum depends on the stability of the apparatus, it is also effective to confirm the time lapse of the saturation time ratio (Deadtime) of the detector.
[0019]
In the above-described embodiment, the present invention is described with an example in which the present invention is applied to knock-off in a transmission electron microscope. It goes without saying that various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention.
[0020]
The present invention will be described below with reference to flowcharts. FIG. 3 is a flowchart of the X-ray analysis method of the present invention. As can be seen in the figure, the sample is first prepared and the TEM is started. After determining the position of the sample to be analyzed, a means for suppressing the drift of the sample is implemented. If drift cannot be eliminated by this means, other drift suppression means is employed. If the drift is successfully suppressed, electron beam convergent irradiation is performed. Then, it is determined whether or not there is a drift in the irradiation beam. If it is determined that beam drift has occurred in this process, beam drift suppression means is performed. When it is confirmed that beam drift does not occur, measurement is started.
[0021]
In the process of measurement, impurity contamination of the measurement system, that is, generation of contamination, decrease in detection efficiency and spectrum fluctuation are monitored, and if these occurrences are observed, it is determined whether or not re-experiment is possible. In other words, if the contamination is widespread and the influence of the contamination cannot be eliminated even if the analysis point is changed, the measurement is continued as it is, and if the analysis point that can eliminate the influence of the contamination is found, the analysis point can be found. Change to start measurement. Similarly, in the case of other reductions in detection efficiency or significant fluctuations in the spectrum, it is determined whether or not re-experiment is possible, and the continuation of measurement is determined.
When the measured analysis spectrum has sufficient intensity, the measurement is terminated and the peak intensity measurement of the component elements is started. On the other hand, when sufficient measurement intensity is not obtained, the measurement is continued further retroactively.
[0022]
The peak intensity of the component elements is then measured and the spectrum is divided into appropriate time intervals. If there is a significant difference in intensity change between the divided spectra, it is determined whether or not the intensity change is uniform. If this change is uniform, the rate of change is estimated and the peak intensity ratio at the beginning of the experiment is calculated. Based on this result, quantitative calculation is performed to determine the composition ratio.
On the other hand, if the intensity fluctuation between spectra is not uniform, the cause of the fluctuation is estimated, and if the data is reliable, an appropriate evaluation time range is determined, and the change in spectrum intensity is evaluated within that range. To do. If there is a significant difference in the change in the spectrum intensity and the change is uniform, the peak intensity ratio at the initial stage of the experiment is calculated from the change rate, and the composition ratio is determined by metric calculation.
In addition, if there is no significant difference in intensity fluctuation between spectra or the intensity does not change uniformly, the true peak intensity ratio is estimated in consideration of the estimated fluctuation factors, and the composition is similarly calculated by quantitative calculation. Determine the ratio.
[0023]
As described above, according to the present invention, when performing a quantitative analysis of a minute region of a sample using a high-energy electron beam, the analysis is performed while appropriately monitoring the change in the state of the sample, and the measurement is performed. Since it becomes possible to make an appropriate judgment about the change of the condition or the validity of the result, the reliability of the result is improved.
[0024]
【The invention's effect】
According to the X-ray analysis method and the analysis system of the present invention, it is possible to detect fluctuations in measurement conditions caused by irradiation with high-intensity and ultra-fine electron beams during integration of X-ray spectra. Reliability can be confirmed. In addition, it is possible to estimate the state before the fluctuation occurs by estimating the fluctuation amount with time from two or more temporally continuous spectra.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a transmission electron microscope system to which an X-ray analysis method according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a graph showing the transition of the Si and Ge count numbers for each measurement time and the Ge concentration (Atom%) calculated from the count numbers at the analysis points 1 and 2;
FIG. 3 is a flowchart for explaining an embodiment of the present invention.
1: Semiconductor detector 2: PHA
3: Computer 4: Sample 5: Irradiated electron beam 6: Characteristic X-ray

Claims (4)

試料上の分析点へ電子線を収束照射し、励起される特性X線を測定するX線分析方法において、予め設定した時間を経過するまで又は予め設定したピーク強度に達するまで、特性X線の強度を積算蓄積したX線分析スペクトルを少なくとも2以上の時間的に連続なX線分析スペクトルとして分割収集し、前記収集したX線分析スペクトル間の差が所定の範囲を超えて変動を生じた場合は前記分析点が測定不適当な場所であると判断し他の分析点へ位置変更して再度測定するフィードバックを行うことを特徴とするX線分析方法。In an X-ray analysis method for measuring an excited characteristic X-ray by irradiating an electron beam to an analysis point on a sample and measuring a characteristic X-ray until a preset time elapses or a preset peak intensity is reached. When X-ray analysis spectrum accumulated and accumulated in intensity is divided and collected as at least two temporally continuous X-ray analysis spectra, and the difference between the collected X-ray analysis spectra exceeds a predetermined range and fluctuates. The X-ray analysis method is characterized in that the analysis point is determined to be a place where measurement is inappropriate and feedback is performed to change the position to another analysis point and perform measurement again. 前記2以上の時間的に連続なX線分析スペクトルにおいて、検出されている特性X線のカウント数及びX線検出器の検出効率、及び定量計算値をリアルタイムで評価することにより、測定中のX線分析スペクトルの変動を検出することを特徴とする請求項1記載のX線分析方法。In the two or more time-sequential X-ray analysis spectra, the number of detected characteristic X-rays, the detection efficiency of the X-ray detector, and the quantitative calculation value are evaluated in real time, so that X The X-ray analysis method according to claim 1, wherein a change in the line analysis spectrum is detected. 前記2以上の時間的に連続なX線分析スペクトルで、時間経過とともにX線分析スペクトルの強度分布が変動する場合には、試料や電子線プローブのドリフトによって分析点が変動したことを検出し、2以上の時間的に連続なX線分析スペクトル上にカーボンピークが出現した場合には、電子線プローブにコンタミネーションの発生を確認し、特性X線強度の顕著な低下を確認した場合には、ノックオフ現象が生じたことを推定し、測定へのフィードバックを行うことを特徴とする請求項1または2記載のX線分析方法。When the intensity distribution of the X-ray analysis spectrum fluctuates with time in the two or more time-sequential X-ray analysis spectra, it is detected that the analysis point has fluctuated due to drift of the sample or electron beam probe, When a carbon peak appears on two or more temporally continuous X-ray analysis spectra, confirm the occurrence of contamination in the electron probe, and if a significant decrease in characteristic X-ray intensity is confirmed, The X-ray analysis method according to claim 1, wherein the occurrence of a knock-off phenomenon is estimated and feedback to measurement is performed. 請求項1ないし請求項3記載のX線分析方法を取り入れたことを特徴とするX線分析システム。4. An X-ray analysis system incorporating the X-ray analysis method according to claim 1.
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