JP3664877B2 - 光電子分光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電子分光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
光電子分光装置は、試料にX線を照射し、そのX線の照射により試料から発生した光電子を検出し、検出した光電子から試料の組成および状態を分析する装置である。
【0003】
この光電子分光装置の中には、X線モノクロメータを備え、単色化したX線を試料に照射するものがあるが、このX線モノクロメータを備えた光電子分光装置においては、X線モノクロメータを備えない装置に比べてピークバックグランド比(P/B比)の良いスペクトルが得られる。その理由は、X線モノクロメータにより、制動放射による連続X線が除去され、非弾性散乱電子によるバックグランド信号が著しく減少するためである。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様なX線モノクロメータを備えた装置においても、たとえば半導体ウェファー上の微量な元素の検出は、上述した非弾性散乱電子によるバックグランド信号によって困難となる。
【0004】
このバックグランド信号は、X線の照射により試料内部で発生した光電子やオージェ電子などの二次電子が、試料表面に達する間に非弾性散乱によって運動エネルギーを失い、連続的なエネルギー分布を持つことに起因しているが、このバックグランド成分の信号強度が大きいと、微量元素の光電子信号はバックグランド信号の統計変動によるS/N比によって支配され、微量元素の光電子ピークを検出することは困難になる。
【0005】
本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目的は、バックグランド信号を低減できる光電子分光装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する本発明の光電子分光装置は、X線源と、該X線源から発生したX線を単色化するX線モノクロメータと、該X線モノクロメータと前記X線源間に配置された、試料へのX線の入射角を調整するためのX線入射角調整部材を備えたことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【0008】
さて、上述したように、微量元素の光電子ピークを検出するには、バックグランド信号の低減が有効な手段となる。このバックグランド信号の低減は、光電子の励起源に使用する励起X線の試料に対する侵入深さを小さくし、発生した光電子が試料中で走行する距離、すなわち光電子発生点から試料表面までの距離を短くして、非弾性散乱を抑えることで実現できる。
【0009】
また、X線の侵入深さは、X線の入射角θ0(θ0:X線入射束の試料面に対する角)を、励起X線の波長と試料物質で決まるX線の全反射臨界角θc程度に設定すると、図1に示すように、数nmから10nm程度の小さいものとなる。この励起X線の波長は、X線源のターゲットと前記X線モノクロメータにより決定され、一方、試料物質は半導体ウェファーのように予めわかっているので、全反射臨界角θcは容易に求まり、X線の入射角θ0をこの求めた全反射臨界角θc程度に設定すれば、X線の侵入深さが小さくなってバックグランド信号を低減することができる。
【0010】
以下、図面を用いて、X線の入射角を調整できる機構を備えた本発明の光電子分光装置について説明する。
【0011】
図2は、本発明の光電子分光装置の一例を示した図である。
【0012】
図2において、1は観測チャンバである。2は、観測チャンバ1内に配置されたX線源であり、X線源2は、フィラメント3、フォーカス調整電極4、ターゲット5を備えている。ターゲット5はAlで構成されており、単色化した励起X線を使用する光電子分光装置では、一般的にAlがターゲットに使用される。
【0013】
6は、二重集束型に湾曲したX線モノクロメータ分光結晶であり、X線モノクロメータ分光結晶6は、前記X線源2に対向するように観測チャンバ内に配置されている。このX線モノクロメータ分光結晶6は、結晶[α−SiO2]で形成されており、被測定試料である半導体ウェファー7は、X線モノクロメータ分光結晶6で分光されたAlkα線の照射を受ける。
【0014】
さて、前記X線モノクロメータ分光結晶6は、X線の照射強度を高めるために、大型結晶または小型結晶の集合体で出来ており、その集光面積は大きい。このような集光面積の大きい分光結晶を使用すると、試料表面上に照射されるX線の入射角は大きくなり、一般的な測定では照射X線強度を高める上で大きな役割を果たすが、全反射条件でX線を試料表面に入射させることは困難である。
そこで、図2の装置においては、試料へのX線の入射角を前記全反射臨界角θcに調整するための全反射条件設定シャッター8が、前記X線モノクロメータ分光結晶6の前面に配置されている。この全反射条件設定シャッター8は、前記X線源2からのX線を遮蔽し、また、シャッター移動機構9の駆動により上下方向(図中矢印方向)に移動するので、オペレータは、前記被測定試料7へのX線の入射角が、前記Alkα線の波長(0.833nm)と試料物質シリコンで決まる全反射臨界角θc程度になるように前記シャッター移動機構9を制御する。
【0015】
このような制御により、試料へのX線の入射角は全反射臨界角程度になり、励起X線の試料に対する侵入深さは非常に小さいものとなる。その結果、光電子が試料中で走行する距離は短くなって、非弾性散乱電子によるバックグランド信号量は従来よりかなり少なくなり、前記半導体ウェファー上の微量元素の光電子ピークの検出が可能となる。
【0016】
また、図2の装置においては、電子分光器の構成要素である光電子捕集レンズ10が、試料表面に対して法線方向に配置されているので、試料表面の法線方向に走行した、走行距離の最も短い光電子を取り出せることができる。このように、光電子捕集レンズを試料表面に対して法線方向に配置することも、非弾性散乱電子によるバックグランド信号を低減させるのに重要である。
【0017】
なお、11は、電子分光器の構成要素である静電半球型アナライザである。
【0018】
以上、本発明の光電子分光装置を図2を用いて説明したが、本発明は図2の装置に限定されるものではなく、その他多くの変形が考えられる。
【0019】
たとえば、図3に示すように、上下方向(図中矢印方向)に移動可能なスリットS1と、同様に上下方向に移動可能なスリットS2から成る全反射条件設定スリット12をX線源2の前面に配置し、X線の入射角が、前記Alkα線の波長と試料物質シリコンで決まる全反射臨界角θc程度になるように全反射条件設定スリット12を調整するようにしても良い。なお、図3の構成において、図2と同じ構成には同じ番号が付けられている。
【0020】
また、放物面を有する傾斜積層型人工多層膜によるX線コリメータにより、ある方向性を持つ単色X線を得、そのX線の入射角が全反射臨界角程度になるように試料の傾斜角を調整するようにしても良い。このようにすれば、上述した全反射条件設定シャッターや全反射条件設定スリットは不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 Si基板上にAlkα線を入射角度を変化させて照射したときの、X線の侵入深さを示した図である。
【図2】 本発明の光電子分光装置の一例を示した図であり、全反射条件を規定するシャッターを分光結晶前面に配置した例を示した図である。
【図3】 本発明の光電子分光装置の一例を示した図であり、全反射条件を規定するスリットをX線源前面に配置した例を示した図である。
【符号の説明】
1…観測チャンバ、2…X線源、3…フィラメント、4…フォーカス調整電極、5…ターゲット、6…X線モノクロメータ分光結晶、7…被測定試料、8…全反射条件設定シャッター、9…シャッター移動機構、10…光電子捕集レンズ、11…静電半球型アナライザ、12…全反射条件設定スリット
Claims (3)
- X線源と、
該X線源から発生したX線を単色化して試料に入射させるX線モノクロメータと、
該X線モノクロメータと前記X線源間に配置された、試料へのX線の入射角を調整するためのX線入射角調整部材を備えた光電子分光装置であって、
前記X線入射角調整部材は、前記X線モノクロメータの前面に近接して移動可能に配置され、前記X線源からのX線の一部を遮蔽して、X線が前記X線モノクロメータへ入射する領域を調整するシャッターであることを特徴とする光電子分光装置。 - 前記シャッターが前記モノクロメータの前記試料における入射角が略全反射臨界角より大きいX線を試料へ向けて放射する領域へのX線の入射を妨げることを特徴とする請求項1に記載した光電子分光装置。
- X線源と、
該X線源から発生したX線を単色化して試料に入射させるX線モノクロメータと、
該X線モノクロメータと前記X線源間に配置された、試料へのX線の入射角を調整するためのX線入射角調整部材を備えた光電子分光装置であって、
前記X線入射角調整部材は、前記X線源の前面に配置され、前記X線源から発生したX線が前記X線モノクロメータの一部に入射するよう遮蔽して、その反射するX線の前記試料への入射角が全反射臨界角程度のX線を試料へ向けて放射する前記モノクロメータの領域以外へのX線の入射を妨げる、それぞれ移動可能な二つの部材からなるスリットであることを特徴とする光電子分光装置。
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1998
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