JP4565662B2 - 測定方法および測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、測定方法および測定装置に関し、より特定的には、グロー放電発光分析法を用いた測定方法および測定装置に関する。

従来、測定対象材に電力を供給することによりグロー放電による発光を発生させ、その発光を波長ごとに分光して当該分光した光の強度を測定することにより、測定対象材の成分分析を行なうグロー放電発光分析法および当該グロー放電発光分析方法を実施する測定装置が知られている。そして、測定対象材として基板などのベース材上に薄膜が形成されたものを用いる場合、測定時間に対する所定の波長の光の測定強度に周期的な変化（波状の波形）が見られることが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

このような光の測定強度の周期的な変化は、グロー放電に起因する光のうち、薄膜表面で反射するものと、ベース材表面で反射するものとの干渉現象によって発生する。そして、この光の測定強度を正確に測定するためには、このような周期的な変化の影響を測定結果から除去する必要がある。上述した測定強度の周期的な変化の影響を測定結果から除去する方法として、上述した測定強度の周期的な変化の周期などを利用した演算を行なうことが提案されている。たとえば、特許文献１に開示されたグロー放電発光分析方法では、以下のような測定方法を用いている。

すなわち、特許文献１では、基板上に薄膜が形成された測定対象材に関し、周期的に変化する測定強度のデータから平均周期を算出する。そして、測定時刻を中心とする平均周期内における測定強度の平均値を算出し、当該測定時刻における補正後の（周期的な変化の影響を除去した）測定強度としている。
特願２０００−２８５３０号公報

しかし、上述した従来の測定方法では、以下のような問題があった。すなわち、測定対象材の薄膜の厚みが、エピタキシャル基板のエピタキシャル膜のようにナノメートルオーダー程度と極めて薄くなる場合、測定強度が上述した周期的な変化を示さなくなる。この結果、測定対象材の薄膜の厚みが薄くなると、上述のように測定強度の周期的変化の周期といったデータに基づいて測定強度を補正することができなくなっていた。

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、従来のグロー放電発光分析方法では正確に測定強度を測定することが困難な薄膜を有する測定対象材についての測定を行なうことが可能な測定方法および測定装置を提供することである。

本発明に従った測定方法は、測定準備工程と本測定工程とを備える。測定準備工程は、測定対象材準備工程と、決定工程と、予備測定工程と、波長決定工程とを含む。測定対象材準備工程では、予備測定用の測定対象材を準備する。決定工程では、測定対象材に給電することによりグロー放電による発光を発生させ、当該発光を波長ごとに分光して測定可能な強度を示す光の複数の波長を決定する。予備測定工程では、測定対象材に給電することによりグロー放電による発光を発生させ、当該発光を波長ごとに分光した後、決定工程で決定した複数の波長のそれぞれの光について強度を測定する。波長決定工程では、予備測定工程において測定された複数の波長の光のそれぞれの強度データのうち、所定期間におけるデータの平均値に対するデータの変動量の割合が所定の基準値以下になっているデータを示す光の波長を、本測定工程において測定に用いる測定波長として決定する。

本測定工程は、本測定工程用に準備された測定対象材に給電することによりグロー放電による発光を発生させ、当該発光を波長ごとに分光して当該分光した光の強度を測定することにより、測定対象材の成分分析を行なうグロー放電発光分析法によって、強度を測定する光の波長として波長決定工程において決定された測定波長を用いることにより、測定対象材の表面からの深さ方向における成分元素の濃度分布を測定する測定工程を含む。

このようにすれば、測定準備工程において測定に用いる測定波長を決定した後、当該測定波長を用いて本測定工程での測定対象材の測定を実施するので、構成材料の種類などが正確に分かっていないような測定対象材についても、測定データの時間的な変動（たとえば測定対象材からの反射光の存在に起因する光の干渉に基づく周期的変動）を抑制できる。このため、光の正確な強度データを得ることができるので、測定対象材の深さ方向における成分元素の濃度分布を正確に測定できる。

本発明に従った測定装置は、測定対象材の表面の少なくとも一部が内部に露出する反応室と、ガス供給部材と、励起部材と、計測部材と、測定波長設定部材と、出力装置と、分析制御部とを備える。ガス供給部材は、反応室の内部に測定用ガスを供給する。励起部材は、反応室の内部で測定用ガスをプラズマ化する。計測部材は、プラズマ化した測定用ガスの原子が測定対象材の表面に入射することにより、測定対象材から放出された原子が励起された後放出する光について、複数の波長ごとに強度を測定する。測定波長設定部材は、計測部材において強度が測定される光の波長を設定する。出力装置は、計測部材により測定される複数の波長ごとの光の強度データについて、特定の波長の光について当該強度データを時系列データとして出力する。分析制御部は、励起部材および測定波長設定部材を制御する。出力部材から時系列データとして強度データが出力される光のエネルギーは、測定対象材のバンドギャップエネルギーより大きい。分析制御部では、測定対象材から放出された原子が励起された後放出する光について、計測部材により複数の波長ごとに測定された強度データのうち、所定期間におけるデータの平均値に対するデータの変動量の割合が所定の基準値以下になっているデータを示す光の波長を測定に用いる測定波長として設定し、当該測定波長を示す指示信号を測定波長設定部材へ出力する。

このようにすれば、当該測定装置において上述した本発明に従った測定方法を容易に実施することができる。すなわち、時系列データとして強度データが出力される光のエネルギーが測定対象材のバンドギャップエネルギーより大きいので、当該光のうち測定対象材に入射した成分の少なくとも一部が測定対象材に吸収される。このため、測定対象材の表面に薄い膜が形成されている場合に、グロー放電に起因する光のうち、薄膜表面で反射するものと、ベース材表面で反射するものとの干渉現象によって測定強度が周期的に変化することになる光の成分の割合を低減できる。この結果、測定される光の強度データが変動する程度を小さくできる。このため、測定する光の強度データの変動が１周期以上観測されないような薄い膜を有する測定対象材について、正確な光の強度データを得ることができる。したがって、測定対象材の深さ方向における成分元素の濃度分布の正確な情報を得ることができる。

本発明によれば、従来の方法では正確なデータを得ることができなかった薄い膜を有する測定対象材について、グロー放電発光分光測定法を用いて深さ方向での成分元素の濃度分布のデータを正確に得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１は、本発明に従った測定装置の構成を示す構成模式図である。図２は、図１の測定装置を用いた測定方法を説明するフローチャートである。図３は、図２における測定工程の内容を説明するフローチャートである。図４は、図３の予備測定工程の内容を説明するフローチャートである。図１〜図４を参照して、本発明に従った測定装置および測定方法を説明する。

図１を参照して、本発明に従った測定装置としてのグロー放電発光分析装置１は、グロー放電管２と、電源部３と、ガス供給部６と、分光器７と、分析制御部８と、測定波長設定部２０と、図示しない排気部材とを備える。グロー放電管２は、測定対象材である試料Ｓに対しグロー放電を発生させる。電源部３は、グロー放電管２に高周波電力を供給する。ガス供給部６は、測定に必要なガスをグロー放電管２に供給する。排気部材としては、ガス供給部６からのガス供給前に、グロー放電管２の内部の空気を吸引、排出することにより、グロー放電管２の内部を所定の圧力状態（真空）にする真空引き装置を用いることができる。排気部材の構成としては、任意の構成を採用することができる。

分光器７は、グロー放電管２から生じる光Ｌを分光すると共に、各分光の強度を測定する。分析制御部８は、測定された各分光の強度に基づき各測定対象材の成分分析に係る演算、並びに電源部３とガス供給部６とに対する制御等を行なう。なお、電源部３は交流電源ＡＣ（たとえば出力電圧２２０Ｖの交流電源）に接続されて高周波電力を生成するジェネレータ４と、可変コンデンサを含むマッチングボックス５とを備える。ここでジェネレータ４は電源装置に相当する。

グロー放電管２は、任意の構成を採用することができる。たとえば、グロー放電管２として、以下のような構成を採用してもよい。すなわち、グロー放電管２として、内部に貫通孔を形成したランプボディに、当該貫通孔の一方端部側に絶縁材を介在させて陽極およびセラミックスを押圧ブロックにより取り付けた構成にしてもよい。当該貫通孔は試料の正面に配置され、ガス供給部６からの不活性ガスが導かれる。また、当該貫通孔の他方端部（試料に面する側の一方端部と反対側の端部）は分光器７に繋がっていてもよい。貫通孔の他方端部側には集光レンズを配置してもよい。また上記セラミックスには試料Ｓが試料押圧部材により押圧された状態で取り付けられる。試料押圧部材は電圧印加電極を兼ねてもよい。試料押圧部材は、電源部３と電源線Ｄにより接続され、電源部３から供給される高周波電力を試料Ｓに印加して試料Ｓへの給電を行なってもよい。

電源部３を構成するジェネレータ４は、第１接続コードＳ１により分析制御部８と接続され、任意の構成を採用することができる。たとえば、ジェネレータ４の構成として、高周波電力生成部、制御部および電力計測部を備える構成を採用してもよい。ジェネレータ４の高周波電力生成部は、交流電源ＡＣと接続されて電圧が正（＋）および負（−）に変化する交流の高周波電力を生成する。また、高周波電力生成部は制御部と接続され、制御部の制御により高周波電力の出力形態（たとえば分析開始から分析終了まで連続して高周波電力を供給する連続給電モードや電力供給および電力供給停止を交互にパルス的に切り替えることにより断続的に高周波電力が給電される断続給電モードなどの出力形態）および電力値等を調整する。高周波電力生成部はたとえば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を生成する。

ジェネレータ４の制御部は給電切替手段としても機能し、上述した連続給電モードと断続給電モードなどの出力形態の切替を分析制御部８の指示に基づき行なう。さらに、制御部は断続給電モードでは回数設定手段としても機能する。この場合、第１接続コードＳ１を通じて分析制御部８から出力されてきた信号により、制御部は断続給電モードでの単位時間（１秒間）当たりの給電回数である給電周波数を約３０Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲で調節可能としてもよい。また、給電周波数は、たとえば好ましくは５０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下、より好ましくは１００Ｈｚ程度に調節してもよい。

さらに、また、制御部は、分析制御部８から出力された信号に基づいて、各出力形態の条件を設定する設定手段としての機能を有していてもよい。たとえば、制御部は断続給電モードに関して、断続給電モード中の１回分の給電時間を設定する時間設定手段としての機能を有していてもよい。たとえば、断続給電モードで交互に繰返される給電と電力供給停止とについて、給電時間Ｔ１と、給電および電力供給停止の１サイクルに要するサイクル時間Ｔ２とを考えた場合に、ジェネレータ４の制御部は給電時間Ｔ１とサイクル時間Ｔ２との比（給電占有率）を分析制御部８からの信号に基づいて設定してもよい。なお、給電占有率（Ｔ１／Ｔ２）は、たとえば１０％程度に設定することができる。

なお、上述した断続給電モードでは給電周波数の調節により１秒間当たり３０〜３０００回、電力供給と電力供給停止が交互に繰返されるが、この繰返しに従来のマッチングボックス５の可変コンデンサの駆動が機構的に追従できない場合がある。このため、ジェネレータ４の制御部がスパッタリングによる試料Ｓのインピーダンス値の変動に対応する調整を行なうようにすることが好ましい。このようにジェネレータ４の制御部が調整を行なうことで、断続給電モードであってもスパッタリングによる試料Ｓのインピーダンス値の変動に対応して適切な給電を行なえる。なお、制御部が試料Ｓのインピーダンス値の変動に対応した調整を行なうのは断続給電モードの場合であり、連続給電モードでは後述するように電源部３のマッチングボックス５が調整を行なう。

ジェネレータ４の電力計測部は、２本の内部接続線により制御部および高周波電力生成部と接続されていてもよい。電力計測部は、高周波電力生成部で生成されて図１に示す試料押圧部材９へ向かう高周波電力の進行波の電力値である出力値Ｐｆを検出する第１検出手段、および、試料Ｓから反射して戻ってくる反射波の電力値である反射値Ｐｒを検出する第２検出手段として機能している。電力計測部は、断続給電モードにおける制御部での上述した試料Ｓのインピーダンス値の変動に対応した調整のため、検出した出力値Ｐｆおよび反射値Ｐｒを制御部へ伝送している。

また、第２接続コードＳ２により分析制御部８と接続されている電源部３のマッチングボックス５の構成としては、任意の構成を採用することができる。たとえば、マッチングボックス５は、上述した連続給電モードにおいて、ジェネレータ４で生成された高周波電力の出力形態を調整する可変コンデンサ、当該可変コンデンサの電気容量を調整する調整部材としてのモータ、およびモータの駆動等の制御を行なうコンデンサ制御部を備えていてもよい。

可変コンデンサはモータの駆動に応じて自身の電気容量を変更できるようになっていてもよい。マッチングボックス５のコンデンサ制御部は、たとえば第２接続コードＳ２により分析制御部８と接続されていてもよい。後述するように分析制御部８からマッチングボックス５へ伝送されてくる断続給電モードに設定されているかを伝える通知信号に基づいて、コンデンサ制御部はモータの駆動を制御してもよい。具体的には、コンデンサ制御部が断続給電モードの通知信号を受け付けた場合、当該コンデンサ制御部は可変コンデンサの電気容量が一定に固定されるようにモータを一定の状態に維持する制御を行なう。この場合、断続給電モードではマッチングボックス５で高周波電力のモジュールおよびフェーズは調整されない。

一方、マッチングボックス５が（上述のようにたとえばコンデンサ制御部が）断続給電モードの通知信号を分析制御部８から受け付けていない場合、即ち、連続給電モードが設定されているときには、マッチングボックス５では試料Ｓからの反射値Ｐｒが最小となるようにモータの駆動が制御されることにより可変コンデンサの電気容量が変更される。なお、反射値Ｐｒが最小であれば、コンデンサ制御部は可変コンデンサの電気容量を変更する制御は行なわない。このように、連続給電モードでは、試料のインピーダンス値の変動はマッチングボックス５で対処される。

また、図１に示すガス供給部６は、アルゴンガスのような不活性ガス又は不活性ガスの混合ガス等を充填したボンベ（図示せず）、および、第３接続線Ｓ３と接続された電磁弁（図示せず）を備える。電磁弁は、分析制御部８の第２基板１７の制御により開閉されることにより、上記ボンベからの不活性ガスの供給を制御する。

グロー放電管２からの光Ｌを測定する分光器７はポリクロメータによるもので、第１スリット７ａ、回折格子７ｂ、第２スリット７ｃ、および複数の光電子増倍管(フォトマルチプライヤ）７ｄを備えている。第１スリット７ａは、図１に示すようにグロー放電管２から入射する光Ｌを透過させる。回折格子７ｂは、第１スリット７ａを透過した光Ｌを分光する。第２スリット７ｃは、各測定対象成分に相当する波長に分光された光を透過させる。複数の光電子増倍管７ｄは、第２スリット７ｃを透過したそれぞれの光の強度を検出する。なお、各光電子増倍管７ｄは、複数のコードを束ねた接続線束Ｓ４により分析制御部８に接続されている。分析制御部８は、光電子増倍管７ｄが検出した光の強度を、測定値データとして接続線束Ｓ４を介して取得する。

図１に示す測定波長設定部２０は、後述する成分分析を行なうための特定の波長を設定するもので、たとえば、回折格子７ｂの角度を制御することにより所定の測定波長の光がスリット７ｃを通過し、光電子増倍管７ｄにより測定されるようにするためのものであり、任意の構成を採用することができる。たとえば、測定波長設定部２０は、回折格子７ｂの角度を変更するための駆動部材の一例であるモータと、当該モータの動作を制御するための制御部とを備えていてもよい。当該制御部は、第６接続コードＳ６を介して分析制御部８と接続されている。制御部は、分析制御部８からの制御信号に基づいて、モータの動作を制御することにより、回折格子７ｂの角度を調整する。モータとしては、たとえばステッピングモータなどを用いてもよい。この場合、回折格子７ｂの回転軸にステッピングモータの駆動軸を接続し、回折格子７ｂの角度を当該ステッピングモータの回転により直接的に制御することができる。

なお、分光器７をモノクロメータによって構成してもよい。また、回折格子を回転させずに各波長のスペクトル分布をフォトダイオードアレイ等の検出器を用いて、同時測光できるポリクロメータを用いることもできる。この場合、測定波長設定部は、たとえば角度が固定された回折格子と、当該回折格子と検出器との間に位置するスリット７ｃなどの光制限部材とから構成される。測定波長設定部２０はさらにたとえば光制限部材の位置を移動可能な構成を採用することができる。具体的には、光制限部材の配置を機械的に移動させるためのシリンダやモータなどの動作を測定波長設定部２０にて制御するようにしてもよい。また、分光器７としてポリクロメータを用いる場合、同時測光した各波長の光の一部の必要な波長の光についての測定データを電気的に抽出する、といった制御を後述の出力部材で行なってもよい。

図１に示す分析制御部８としては、たとえばコンピュータを用いることができる。出力部材としての分析制御部８は、第１基板１６、第２基板１７、ＣＰＵ８ｂ、記憶装置としてのハードディスク８ｃ、一次記憶装置としてのメモリ８ｄおよびこれらの機器を接続するための内部バス８ａを備える。第１基板１６には、光電子増倍管７ｄから延在する接続線束Ｓ４が接続される。第２基板１７には、ジェネレータ４から延在する第１接続コードＳ１、マッチングボックス５から延在する第２接続コードＳ２、ガス供給部６から延在する第３接続コードＳ３および測定波長設定部２０から延在する第６接続コードＳ６が接続される。また、各基板１６、１７は、上述した内部バス８ａを介してＣＰＵ８ｂ、ハードディスク８ｃ、およびメモリ８ｄに接続される。なお、内部バス８ａには外部接続線Ｓ５を介してモニタ装置８ｅも接続されている。さらに、第２基板１７には図示していない排気部材としての真空引き装置も接続されている。

第２基板１７は、ＣＰＵ８ｂの制御により測定波長を示す信号がＣＰＵ８ｂから伝送されると、測定波長を示す指示信号を測定波長設定部２０へ出力する。指示信号としては、測定波長の値を示す信号であってもよいし、当該測定波長の値に対応した回折格子７ｂの角度を示す信号であってもよい。指示信号として測定波長の値を示す信号が第２基板１７から測定波長設定部２０に送出される場合、測定波長設定部２０において当該信号に基づき回折格子７ｂの角度を決定し、当該決定された角度の値に基づいてモータなどの駆動部材が制御されてもよい。また、指示信号として回折格子７ｂの角度を示す信号が第２基板１７から測定波長設定部２０に送出される場合、測定波長設定部２０において受け取った信号により示される角度の値に基づいて、モータなどの駆動部材が制御されてもよい。

また、第２基板１７は、ＣＰＵ８ｂの制御により設定されたモードを示す信号がＣＰＵ８ｂから伝送されると、モード切替の指示信号をジェネレータ４へ出力する。また、第２基板１７は、各モードにおける制御パラメタを示す指示信号を、電源部３に向けて送出する。制御パラメタとしては、たとえば断続給電モードにおける給電周波数および給電占有率、高周波電力のピーク電力値、変動するインピーダンス値に対応した調整に用いられる基準電力値（基準値）等が挙げられる。なお、第２基板からは、ガス供給部６および排気部材に対する制御に係る指示信号も送出される。ガス供給部６および排気部材に対する制御に係る指示信号は上述した給電モードに関係なく同様となっていてもよい。

本発明の出力部材を構成するＣＰＵ８ｂは、ハードディスク８ｃに記憶された制御用のプログラムに基づいて各種処理を行なう。例えば、ユーザによる測定波長の設定を受け付けて、設定された測定波長に対応する信号を第２基板１７に伝送する処理を行なう。また、ＣＰＵ８ｂは、ハードディスク８ｃに記憶された測定値分析用のプログラムをメモリ８ｄにロードし、当該プログラムに従って演算処理を行なう。この演算処理により、分光器７の光電子増倍管７ｄから取得した測定値に基づき試料Ｓの成分の濃度等に係る分析が行なわれる。なお、測定値分析用のプログラムには、各光電子増倍管７ｄが測定した光の強度に基づき試料Ｓの成分分析をＣＰＵ８ｂに行なわせる処理が規定されており、また、分析結果を種々のグラフの形態でモニタ装置８ｅ等に出力する処理も規定されている。つまり、測定される複数の波長ごとの光の強度データについて、特定の波長の光について当該強度データを時系列データとしてモニタ装置８ｅなどの出力装置に出力する処理もＣＰＵ８ｂにより行なわれる。また、ＣＰＵ８ｂはユーザによる基準時間の設定を受け付けて、基準時間と分析時間とを比較しながら測定する、測定時間設定機能（タイマ機能）のような各種機能を備えていてもよい。

ハードディスク８ｃは記憶部として、上述した各種プログラム、さらにユーザにより設定された基準電力値（基準値）のような各種パラメタ、および測定値および分析値に係る各種データを記憶する。ハードディスク８ｃに記憶される制御用のプログラムは、起動するとモニタ装置８ｅに各種入力あるいは出力用画面を表示してもよい。分析制御部８には、図示しないキーボードなどの入力装置が接続されている。分析制御部８には、上述したモニタ装置８ｅにおける表示などを利用しながら、ユーザが測定周波数の設定、モード選択、給電周波数の設定、給電占有率の設定などを行なった結果として、信号が入力装置から入力される。

次に、上述した構成のグロー放電発光分析装置１による分析方法を、図２〜図４を参照して説明する。

図２に示すように、まず測定対象材である基板を準備する基板準備工程（Ｓ１００）を実施する。基板としては、たとえば表面にエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャル基板を準備する。

次に、測定工程（Ｓ２００）を実施する。測定工程（Ｓ２００）では、図３に示すようにまず準備工程（Ｓ２１０）を実施する。具体的には、基板準備工程（Ｓ１００）で準備された試料Ｓとしての基板を、グロー放電発光分析装置１のグロー放電管２にセットする。その後、グロー放電管２の内部の真空引きを排気部材としての真空引き装置で行なう。

次に、測定波長が決定済であるか否かを判断する判断工程（Ｓ２２０）を実施する。この判断工程（Ｓ２２０）では、試料Ｓについて光電子増倍管７ｄで測定する光の波長がすでに決定されているかどうかを判断する。判断工程（Ｓ２２０）において、測定波長がすでに決定されている場合（判断工程（Ｓ２２０）でＹＥＳと判断された場合）には、後述するように当該試料Ｓに対して本測定工程（Ｓ２４０）を実施する。本測定工程（Ｓ２４０）の内容は後述する。

一方、判断工程（Ｓ２２０）において測定波長が決定されていないと判断された場合（判断工程（Ｓ２２０）でＮＯと判断された場合）には、当該試料Ｓについて測定波長を決定するための予備測定工程（Ｓ２３０）が実施される。予備測定工程（Ｓ２３０）では、図４に示すように、まず測定可能な波長の抽出工程（Ｓ２３１）を実施する。具体的には、ガス供給部６より測定に必要な不活性ガス（アルゴンガス）をグロー放電管２の内部に供給する。その状態で、試料Ｓに給電することによりグロー放電による発光を発生させ、当該発光を波長ごとに分光して波長ごとの光の強度データを得る。そして、当該強度データに基づいて、分析に用いることが可能な発光強度を示す波長（測定波長の候補となり得る波長）を複数抽出する。この測定波長の候補となり得る波長は、測定対象の元素ごとに複数抽出することが好ましい。ここで、分析に用いることが可能な波長について、一義的に規定することは難しいが、分光強度や分光の干渉の有無や程度などをパラメータとして決定し得る。

次に、抽出された波長の光を用いて、試料Ｓについて分析(グロー放電発光分析法）を、所定時間予備的に行なう工程（Ｓ２３２）を実施する。この工程（Ｓ２３２）では、抽出工程（Ｓ２３１）で抽出した複数の波長について、それぞれ所定時間だけグロー放電発光分析法による分析を行なう。つまり、先ずグロー放電管２に供給したアルゴンガスから生じたアルゴンイオンが、試料Ｓの表面に衝突することでスパッタリングが起こる。その結果、試料Ｓの表面からイオンを含む粒子が飛び出す。次に、この粒子がプラズマ中で励起されてから基底状態に戻る際に元素固有の発光が生じる。さらに、図１に示すように、この発光による光Ｌを分光器７で分光する。この分光した各光の強度を、光電子増倍管７ｄにより測定する。その測定値を分析制御部８が光電子増倍管７ｄから（分光器７から）取得する。

この結果、たとえば数ｍｓｅｃ間隔で検出された複数のデータが連なった、各波長の光について発光強度の時系列データ（実際には試料Ｓの表面から深さ方向における成分濃度分布に対応するデータ）が得られる。この工程（Ｓ２３２）において、各波長の光についての発光強度のデータを取得する上記所定時間としては、試料Ｓの構成などに応じて、適宜設定することができる。

次に、測定結果に基づき、本測定に用いる光の波長を決定する工程（Ｓ２３３）を実施する。この工程（Ｓ２３３）では、上述した工程（Ｓ２３２）で得られた各波長の光の発光強度のデータを比較し、時間的な変動の相対的に少ないものを測定波長として決定する。判断基準としては、たとえば発光強度の時間的な変動（周期的な変動）が相対的に少ない波長を目視で判断してもよいが、所定の判定値を算出してその判定値を用いて判断してもよい。たとえば、発光強度のデータのある期間（たとえば５秒）における平均値に対して、当該期間中でのデータの変動量(最大値−最小値の値）の割合がたとえば５％以下となっていること、といった基準を用いることができる。このようにして、測定波長を決定することができる。なお、測定波長は測定対象の元素ごとに決定する。なお、この工程（Ｓ２３３）は、上述のような数値基準を利用して分析制御部で自動的に行なうようにしてもよい。

上述のように図３で示した予備測定工程（Ｓ２３０）が実施された後、あるいは工程（Ｓ２２０）でＹＥＳと判断された後、本測定工程（Ｓ２４０）が実施される。当該本測定工程（Ｓ２４０）では、上記予備測定工程（Ｓ２３０）で決定された測定波長を用いて、試料Ｓについてグロー放電発光分析法を用いた成分分析を行なう。なお、先に予備測定工程（Ｓ２３０）が実施されている場合には、測定対象材である試料Ｓとして、予備測定工程（Ｓ２３０）で測定した試料と同じ種類の試料を新たにグロー放電発光分析装置１に設置した上で、測定を行なう。この本測定工程（Ｓ２４０）での測定の条件は、基本的に予備測定工程（Ｓ２３０）での図４に示した工程（Ｓ２３２）での条件と同様である。

すなわち、この本測定工程（Ｓ２４０）では、先ずグロー放電管２に供給したアルゴンガスから生じたアルゴンイオンが、試料Ｓの表面に衝突することでスパッタリングが起こる。その結果、試料Ｓの表面からイオンを含む粒子が飛び出す。次に、この粒子がプラズマ中で励起されてから基底状態に戻る際に元素固有の発光が生じる。さらに、図１に示すように、この発光による光Ｌを分光器７で分光する。この分光した各光の強度を、光電子増倍管７ｄにより測定する。その測定値を分析制御部８が光電子増倍管７ｄから（つまり分光器７から）取得する。

得られた測定値の時系列での変化は、試料Ｓの表面から上述のように粒子が飛び出すことによって、当該試料の表面層が徐々に除去されていくため、試料Ｓの表面からの深さ方向における成分元素の濃度分布の変化を示すことになる。つまり、上述のような測定方法によって、試料Ｓの深さ方向元素分析（定性分析：取得した測定値に基づく、試料Ｓの各成分が表面からどのような深さで分布しているかの分析）を行なうことができる。また、金属材料等に対する定量分析では、分析制御部８が取得した測定値に基づき試料Ｓに含まれる元素の濃度を分析する。このように分析した結果を分析制御部８は外部に出力する。たとえば、分析制御部８は、モニタ装置８ｅで分析結果の表示等を行なう。

このようにすれば、時間的な変動（周期的な変動）の無い（あるいは極めて小さい）波長の光について発光強度を測定することになるので、試料Ｓが極めて薄い薄膜（従来の測定方法では周期的な発光強度の変動が起きるものの、測定結果としては変動の１周期分以下のデータしか測定できないような薄い薄膜）を有するような場合に、発光強度を正確に測定することができる。

[実施例１]
本発明の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。具体的には、まず、グロー放電発光分析における測定結果の波長依存性を確認する実験を行なった。

（試料）
試料としては、サファイア基板上に、厚みが２．２μｍのＧａＮからなるバッファ層、および当該バッファ層上に形成された厚み１５０ｎｍのＡｌＧａＮ層が形成されたエピタキシャル基板を準備した。ＡｌＧａＮ層におけるアルミニウムの濃度は９原子％である。また、サファイア基板としては直径が５．０８ｃｍであって平面形状が円形状の基板を用いた。なお、ここで準備したエピタキシャル基板のＡｌＧａＮ層のバンドギャップエネルギーは３．６５ｅＶであり、ＧａＮからなるバッファ層のバンドギャップエネルギーは３．４ｅＶである。

（実験内容）
第１段階として、準備した試料を本発明に従ったグロー放電発光分析装置にセットし、ガリウム（Ｇａ）およびアルミニウム（Ａｌ）についてグロー放電により得られる光の波長毎の強度を計測した。そして、この計測結果から、グロー放電発光分析を行なう測定波長の候補となる波長（候補波長）を複数選択した。なお、このときの測定条件としては、グロー放電管の内部でのアルゴン（Ａｒ）ガスの圧力を４００Ｐａ、試料に印加される電力の出力（ＲＦ出力）を４０Ｗ、給電方式としてＲＦ断続給電方式を用いた。

さらに、第２段階として、当該試料について、グロー放電発光分析を行ない、上記候補波長の光について測定強度のデータを取得した。なお、測定条件は上述した第１段階での測定条件と同様とした。

（結果）
第１段階としての測定の結果、Ｇａについては、通常のグロー放電発光分析に用いられる４１７ｎｍという波長のほか、４０３ｎｍおよび２９４ｎｍという２つの波長が、４１７ｎｍに対して検出される発光強度は１桁程度小さくなるが、他の波長に比べて比較的高い測定強度を示す波長として検出された。このため、Ｇａについては、候補波長として４１７ｎｍ、４０３ｎｍおよび２９４ｎｍという３つの波長を選択した。なお、これらの候補波長の光のエネルギーは、それぞれ２．９７ｅＶ、３．０８ｅＶ、および４．２２ｅＶである。

また、Ａｌについては、通常のグロー放電発光分析に用いられる３９６ｎｍという波長のほか、３９４ｎｍ、３０９ｎｍおよび３０８ｎｍという３つの波長が、波長３９６ｎｍに対して検出される発光強度は１桁程度小さくなるものの、他の波長に比べて比較的高い測定強度を示す波長として検出された。このため、Ａｌについては、候補波長として上記３９６ｎｍ、３９４ｎｍ、３０９ｎｍおよび３０８ｎｍという４つの波長を選択した。なお、これらの候補波長の光のエネルギーは、それぞれ３．１３ｅＶ、３．１５ｅＶ、４．０１ｅＶ、および４．０３ｅＶである。

第２段階としての測定の結果について、Ｇａについての測定結果を図５および図６に示す。図５および図６は、上述した試料について、実施例１でのＧａのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。図５および図６では、横軸が測定時間（単位：秒（ｓ））を示し、縦軸が検出された出力としての発光強度（単位：出力電圧（Ｖ））を示す。また、図５および図６において、Ｇａ４１７とはＧａについての波長４１７ｎｍの光の出力を示す。また、Ｎとは窒素（Ｎ）についての波長１４９ｎｍの光の出力を示す。また、Ａｌとはアルミニウム（Ａｌ）についての波長３９６ｎｍの光の出力を示す。また、Ｇａ４０３とはＧａについての波長４０３ｎｍの光の出力を示す。また、Ｇａ２９４とはＧａについての波長２９４ｎｍの光の出力を示す。

図５および図６から分かるように、Ｇａについて、波長４１７ｎｍの光の測定強度にはある程度のばらつき（周期的変動）が見られるのに対して、波長４０３ｎｍの光および波長２９４ｎｍの光の測定強度は相対的に周期的変動が小さくなっている。特に、波長２９４ｎｍの光を用いた測定強度は、図６に示すように波長４１７ｎｍの光を用いた測定強度のデータに比べて周期的変動が低減されている。このため、Ｇａについては波長２９４ｎｍの光を用いてグロー放電発光分析を行なうことで、周期的変動の影響を受けない正確なデータを得ることが可能である。

また、第２段階としての測定の結果について、Ａｌについての測定結果を図７〜図９に示す。図７〜図９は、上述した試料について、実施例１でのＡｌのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。図７〜図９では、上述した図５および図６と同様に横軸が測定時間（単位：秒（ｓ））を示し、縦軸が検出された出力としての発光強度（単位：出力電圧（Ｖ））を示す。また、図７〜図９において、ＧａとはＧａについての波長４１７ｎｍの光の出力を示す。また、Ｎとは窒素（Ｎ）についての波長１４９ｎｍの光の出力を示す。また、Ａｌ３９６とはアルミニウム（Ａｌ）についての波長３９６ｎｍの光の出力を示す。また、Ａｌ３９４とはＡｌについての波長３９４ｎｍの光の出力を示す。また、Ａｌ３０９とはＡｌについての波長３０９ｎｍの光の出力を示す。また、Ａｌ３０８とはＡｌについての波長３０８ｎｍの光の出力を示す。

図７〜図９から分かるように、Ａｌについて、波長３９６ｎｍの光の測定強度にはある程度の周期的変動が見られるのに対して、波長３０９ｎｍの光および波長３０８ｎｍの光の測定強度は相対的に周期的変動が小さくなっている。特に、波長３０９ｎｍの光を用いた測定強度は、図８に示すように波長３９６ｎｍの光を用いた測定強度のデータに比べて周期的変動が低減され、また、その測定強度も安定している。このため、Ａｌについては波長３０９ｎｍの光を用いてグロー放電発光分析を行なうことで、周期的変動の影響を受けない正確なデータを得ることが可能である。

[実施例２]
上記実施例１における実験に加えて、インジウム（Ｉｎ）についてもグロー放電発光分析における測定結果の波長依存性を確認する実験を行なった。

（試料）
試料としては、サファイア基板上に、厚みが２．２μｍのＧａＮからなるバッファ層、および当該バッファ層上に形成された厚み１５０ｎｍのＩｎＧａＮ層が形成されたエピタキシャル基板を準備した。ＩｎＧａＮ層におけるインジウムの濃度は１５原子％である。また、サファイア基板としては直径が５．０８ｃｍであって平面形状が円形状の基板を用いた。なお、ここで準備したエピタキシャル基板のＩｎＧａＮ層のバンドギャップエネルギーは２．７５ｅＶであり、ＧａＮからなるバッファ層のバンドギャップエネルギーは３．４ｅＶである。

（実験内容）
第１段階として、準備した試料を本発明に従ったグロー放電発光分析装置にセットし、インジウム（Ｉｎ）についてグロー放電により得られる光の波長毎の強度を計測した。そして、この計測結果から、グロー放電発光分析を行なう測定波長の候補となる波長（候補波長）を複数選択した。なお、このときの測定条件としては、グロー放電管の内部でのアルゴン（Ａｒ）ガスの圧力を４００Ｐａ、試料に印加される電力の出力（ＲＦ出力）を４０Ｗ、給電方式としてＲＦ断続給電方式を用いた。

さらに、第２段階として、当該試料について、グロー放電発光分析を行ない、上記候補波長の光について測定強度のデータを取得した。なお、測定条件は上述した第１段階での測定条件と同様とした。

（結果）
第１段階としての測定の結果、Ｉｎについて、通常のグロー放電発光分析に用いられる４５１ｎｍという波長のほか、３２５ｎｍおよび３０３ｎｍという２つの波長が、４５１ｎｍに対して検出される発光強度はある程度小さくなるが、他の波長に比べて比較的高い測定強度を示す波長として検出された。このため、Ｉｎについては、候補波長として４５１ｎｍ、３２５ｎｍおよび３０３ｎｍという３つの波長を選択した。なお、これらの候補波長の光のエネルギーは、それぞれ２．７５ｅＶ、３．８１ｅＶ、および４．０９ｅＶである。

第２段階としての測定の結果について、Ｇａについての測定結果を図１０および図１１に示す。図１０および図１１は、上述した試料について、実施例２でのＩｎのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。図１０および図１１では、横軸が測定時間（単位：秒（ｓ））を示し、縦軸が検出された出力としての発光強度（単位：出力電圧（Ｖ））を示す。また、図１０および図１１において、Ｉｎ４５１とはＩｎについての波長４５１ｎｍの光の出力を示す。また、Ｎとは窒素（Ｎ）についての波長１４９ｎｍの光の出力を示す。また、Ａｌとはアルミニウム（Ａｌ）についての波長３９６ｎｍの光の出力を示す。また、Ｉｎ３０３とはＩｎについての波長３０３ｎｍの光の出力を示す。Ｉｎ３２５とはＩｎについての波長３２５ｎｍの光の出力を示す。また、ＧａとはＧａについての波長４１７ｎｍの光の出力を示す。

図１０および図１１から分かるように、Ｉｎについて、波長４５１ｎｍの光の測定強度には変動（測定時間の経過とともにその測定強度のレベルが大きく変動する状態）が見られるのに対して、波長３０３ｎｍの光および波長３２５ｎｍの光の測定強度は相対的に測定強度の時間的な変動が小さくなっている。このため、Ｉｎについては波長３０３ｎｍまたは波長３２５ｎｍの光を用いてグロー放電発光分析を行なうことで、従来用いられていた波長４５１ｎｍの光による測定の場合より正確なデータを得ることが可能であると考えられる。

[実施例３]
本発明の効果を確認するため、以下のような試料を準備して本発明に従ったグロー放電発光分析を行なった。以下、説明する。

（試料）
試料として、図１２に示す断面構造の発光素子を準備した。図１２は、実施例３において測定対象材とした発光素子の構成を示す断面模式図である。図１２を参照して、準備した試料としての発光素子を説明する。

発光素子では、厚みが４００μｍでありサファイアからなる基板３１上に、ＭＯＣＤＶ法を用いて厚みが５μｍのｎ型ＧａＮ層３２が形成されている。ｎ型ＧａＮ層３２のｎ型不純物としてはＳｉを用いた。ｎ型ＧａＮ層３２上には発光層３４が形成されている。発光層３４は、厚みが１５ｎｍでＩｎ_0.01ＧａＮからなるバリア層３４ａと、厚みが３ｎｍでＩｎ_0.14ＧａＮからなる井戸層３４ｂとをＭＯＣＶＤ法により交互に６周期積層し、合計厚みが１２３ｎｍの多量子井戸構造とした。発光層３４上には、ＭＯＣＶＤ法により厚みが１０ｎｍのＧａＮからなるアンドープＧａＮ層３５が形成されている。アンドープＧａＮ層３５上には、ＭＯＣＶＤ法により、Ｍｇを不純物としたｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎ層３６が形成されている。ｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎ層３６の厚みは２０ｎｍとした。ｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎ層３６上には、ＭＯＣＶＤ法により、Ｍｇを不純物として混入したｐ型ＧａＮ層３７が形成されている。

（実験内容）
上述した実施例１において、まず、ＧａおよびＡｌのそれぞれについて、薄膜についての測定が比較的正確に実施できた波長（Ｇａについては２９４ｎｍ、Ａｌについては３０９ｎｍ）を用いて、上述した試料に対してグロー放電発光分析を行なった。また、ＧａおよびＡｌについては、従来一般的に用いられていた波長（Ｇａについては４１７ｎｍ、Ａｌについては３９６ｎｍ）を用いた測定も同時に実施した。また、上述したＧａおよびＡｌについての分析の際に、ＮおよびＩｎについては、それぞれ波長１４９ｎｍ、４５１ｎｍの光の測定強度を示している。なお、測定装置としては実施例１と同様のグロー放電発光分析装置を用い、このときの測定条件としては、グロー放電管の内部でのアルゴン（Ａｒ）ガスの圧力を４００Ｐａ、試料に印加される電力の出力（ＲＦ出力）を４０Ｗ、給電方式としてＲＦ断続給電方式を用いた。

また、上述した実施例２において、Ｉｎについて、薄膜についての測定が比較的正確に実施できた波長（３０３ｎｍおよび３２５ｎｍ）を用いて、上述した試料に対してグロー放電発光分析を行なった。また、このＩｎについての測定の際、Ｇａ、ＡｌおよびＮについては、従来一般的に用いられていた波長（Ｇａについては４１７ｎｍ、Ａｌについては３９６ｎｍ、Ｎについては１４９ｎｍ）を用いた測定も同時に実施した。なお、このＩｎについての測定において用いた測定装置および測定条件は、上述したＧａおよびＡｌの測定において用いた測定装置および測定条件と同様とした。

（結果）
測定結果を、図１３〜図１６を参照して説明する。図１３〜図１６は、上述した試料について、実施例３でのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。

図１３〜図１６では、横軸が測定時間（単位：秒（ｓ））を示し、縦軸が検出された出力としての発光強度（単位：出力電圧（Ｖ））を示す。図１３〜図１６では、Ｇａ、窒素（Ｎ）、インジウム（Ｉｎ）、Ａｌのそれぞれの元素について測定結果が示されている。また、図１３には、Ａｌについて波長３０９ｎｍおよび波長３９６ｎｍの光に関する測定結果が示されている。また、図１４には、Ｇａについて波長２９４ｎｍおよび４１７ｎｍの光に関する測定結果が示されている。また、図１５には、Ｉｎについて波長３０３ｎｍおよび波長４５１ｎｍの光に関する測定結果が示されている。また、図１６には、Ｉｎについて波長３２５ｎｍおよび４５１ｎｍの光に関する測定結果が示されている。

図１３において、Ａｌ３９６およびＡｌ３０９とは、それぞれＡｌについての波長３９６ｎｍおよび波長３０９ｎｍの光の出力を示す。また、図１４において、Ｇａ４１７およびＧａ２９４とは、それぞれＧａについての波長４１７ｎｍおよび波長２９４ｎｍの光の出力を示す。また、図１５において、Ｉｎ３０３およびＩｎ４５１とは、それぞれＩｎについての波長３０３ｎｍおよび波長４５１ｎｍの光の出力を示す。また、図１６において、Ｉｎ３２５およびＩｎ４５１とは、それぞれＩｎについての波長３２５ｎｍおよび波長４５１ｎｍの光の出力を示す。

図１３を参照して、Ａｌについて波長３０９ｎｍの光の出力の方が、波長３９６ｎｍの光の出力より大きな値を示していた。また、波長３０９ｎｍの光の出力は、特に周期的変動などは示していなかった。

また、図１４を参照して、Ｇａについて波長４１７ｎｍの光の出力では周期的変動が見られたものの、波長２９４ｎｍの光の出力では周期的変動は見られず、安定した出力データを得ることができた。

また、図１５および図１６を参照して、Ｉｎについて波長４５１ｎｍの光の出力より、波長３０３ｎｍまたは波長３２５ｎｍの光の出力の方が、データの変動が少なくなっており、安定したデータを得られている。なお、図１５および図１６ではＩｎの出力データが周期的な変動を示しているが、当該変動は測定対象とした素子の構造（多重量子井戸構造）を反映したものであると考えられる。

以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を要約すれば、本発明に従った測定方法は、図２に示すように測定対象材である基板（試料Ｓ）を準備する工程（基板準備工程（Ｓ１００））と、測定工程（Ｓ２００）とを備える。測定工程（Ｓ２００）では、グロー放電発光分析法を用いて、試料Ｓの表面からの深さ方向における成分元素の濃度分布を測定する。具体的には、試料Ｓに給電することによりグロー放電による発光を発生させ、当該発光を波長ごとに分光して分光した光の強度を測定することにより、試料Ｓの成分分析（深さ方向における成分元素の濃度分布の測定）を行なう。測定工程（Ｓ２００）において、強度を測定する光のエネルギーは試料Ｓのバンドギャップエネルギーより大きい。また、より好ましくは、強度を測定する光の波長は、グロー放電発光分析法による事前測定を行なうことにより得られた光の強度データの時間的変化（周期的変化）が相対的に小さい波長を選択する。選択の基準としては、たとえば強度データの値と測定時間とのグラフを出力し、当該グラフから目視により判別してもよいし、強度データの数値から演算することにより所定の判別値を算出し、当該判別値と基準値とを比較して所定の基準を満たす光の波長を選択してもよい。たとえば、Ｇａについての測定に用いる波長２９４ｎｍの光のエネルギーは４．２２ｅＶであり、Ａｌについての測定に用いる波長３０９ｎｍの光のエネルギーは４．０１ｅＶである一方、試料Ｓとしてのエピタキシャル基板のエピタキシャル膜であるＡｌＧａＮ膜のバンドギャップエネルギーは、９％ＡｌのＡｌＧａＮ膜については３．６５ｅＶであり、１８％ＡｌのＡｌＧａＮ膜については３．８３ｅＶである。また、Ｉｎについての測定に用いる波長３０３ｎｍおよび波長３２５ｎｍの光のエネルギーはそれぞれ４．０９ｅＶおよび３．８２ｅＶである一方、試料としてのエピタキシャル基板のエピタキシャル膜であるＩｎＧａＮ膜のバンドギャップエネルギーは、１５％ＩｎのＩｎＧａＮ膜については２．７５ｅＶである。

このようにすれば、強度を測定する光のエネルギーが試料Ｓのバンドギャップエネルギーより大きいため、グロー放電発光分析法において強度を測定する光のうち、試料Ｓに入射する光の成分の少なくとも一部が試料Ｓに吸収される。このため、試料Ｓの表面に薄いエピタキシャル膜が形成されている場合に、グロー放電に起因する光のうち、試料Ｓとしてのエピタキシャル基板の表面で反射するものと、当該エピタキシャル基板における最表面のエピタキシャル膜とその直下の別の膜（あるいはベース基板）との界面で反射するものとの干渉現象によって測定強度が周期的に変化することになる光の成分の割合を低減できる。この結果、測定される光の強度データが上記干渉によって周期的変動を起こすことを抑制できる。このため、測定する光の強度データの変動が１周期以上観測されないような薄いエピタキシャル膜を有する試料Ｓについて、当該膜に関して正確な光の強度データを得ることができる。したがって、試料Ｓの深さ方向における成分元素の濃度分布の正確な情報を得ることができる。

本発明に従った測定方法は、図３および図４に示すように、測定準備工程（準備工程（Ｓ２１０）および予備測定工程（Ｓ２３０））と本測定工程（Ｓ２４０）とを備える。測定準備工程は、測定対象材準備工程（準備工程（Ｓ２１０））と、決定工程（図４の抽出工程（Ｓ２３１））と、予備測定工程（図４の工程（Ｓ２３２））と、波長決定工程（図４の工程（Ｓ２３３））とを含む。準備工程（Ｓ２１０）では、予備測定用の測定対象材であるエピタキシャル基板（試料Ｓ）を準備する。抽出工程（Ｓ２３１）では、試料Ｓに給電することによりグロー放電による発光を発生させ、当該発光を波長ごとに分光して測定可能な強度を示す光の複数の波長（候補波長）を決定する。たとえば、上述した実施例１では、Ｇａについて候補波長は４１７ｎｍ、４０３ｎｍおよび２９４ｎｍという３つの波長である。また、Ａｌについて候補波長は３９６ｎｍ、３９４ｎｍ、３０９ｎｍおよび３０８ｎｍという４つの波長である。また、上述した実施例２では、Ｉｎについての候補波長は３０３ｎｍ、３０５ｎｍおよび４５１ｎｍという３つの波長である。予備測定工程（Ｓ２３２）では、試料Ｓに給電することによりグロー放電による発光を発生させ、当該発光を波長ごとに分光した後、決定工程で決定した複数の波長のそれぞれの光について強度を測定する。波長決定工程（Ｓ２３３）では、予備測定工程（Ｓ２３２）において測定された複数の波長の光のそれぞれの強度データのうち、相対的に時間的な変化（周期的変動）が少ないデータを示す光の波長を、本測定工程（Ｓ２４０）において測定に用いる測定波長として決定する。たとえば、上述した実施例におけるＧａについての２９４ｎｍ、Ａｌについての３０９ｎｍ、Ｉｎについての３０３ｎｍまたは３２５ｎｍという波長がそれぞれ測定に用いる波長（測定波長）に相当する。また、波長決定工程（Ｓ２３３）において、「相対的に時間的な変化が少ないデータを示す光の波長」とは、複数の候補波長の光の測定データのうち、時間的な出力の変動の相対的に少ないものを意味する。そして、「相対的に時間的な変化が少ないデータを示す光の波長」の判別方法としては、たとえば候補波長の光の測定データを時系列的に表示したグラフを目視で確認して判別してもよいが、測定データについて数値的演算を行ない、所定の判別値を算出して当該算出値と予め設定しておいた基準値とを対比することにより、判別を行なってもよい。たとえば、発光強度のデータのある期間（たとえば５秒）における平均値に対して、当該期間中でのデータの変動量(最大値−最小値の値）の割合がたとえば５％以下となっていること、といった基準を用いることができる。

また、このように決定された波長の光では、特に薄膜を有する試料Ｓに関して、グロー放電発光分析を行なうときに試料Ｓから反射してから観測される光における当該薄膜表面で反射するものと、薄膜と薄膜下の別の膜やベース基板との界面で反射するものとの干渉現象によって測定強度が周期的に変化することになる光の成分の割合が低減される。そして、結果的に観測波長の光のエネルギーは、試料Ｓを構成する材料のバンドギャップエネルギーより大きくなっている。

本測定工程（Ｓ２４０）は、本測定工程用に準備された測定対象材（試料Ｓ）に給電することによりグロー放電による発光を発生させ、当該発光を波長ごとに分光して当該分光した光の強度を測定することにより、試料Ｓの成分分析を行なうグロー放電発光分析法によって、強度を測定する光の波長として波長決定工程（Ｓ２３３）において決定された測定波長（たとえばＧａについて２９４ｎｍ、Ａｌについて３０９ｎｍ、Ｉｎについて３０３ｎｍまたは３２５ｎｍ）を用いることにより、試料Ｓの表面からの深さ方向における成分元素の濃度分布を測定する測定工程を含む。

このようにすれば、波長決定工程（Ｓ２３３）において測定に用いる測定波長を決定した後、当該測定波長を用いて本測定工程（Ｓ２４０）での測定対象材の測定を実施するので、構成材料の種類などが正確に分かっていないような試料Ｓについても、測定データの変動、たとえば試料Ｓからの反射光の存在に起因する光の干渉に基づく周期的変動を抑制できる。このため、光の正確な強度データを得ることができるので、薄膜を有する試料Ｓの深さ方向における成分元素の濃度分布を正確に測定できる。

本発明に従った測定装置（グロー放電発光分析装置１）は、測定対象材（試料Ｓ）の表面の少なくとも一部が内部に露出する反応室（グロー放電管２）と、ガス供給部材（ガス供給部６）と、励起部材（電源部３）と、計測部材（分光器７）と、測定波長設定部材（測定波長設定部２０）と、出力部材（分析制御部８）とを備える。ガス供給部６は、グロー放電管２の内部に測定用ガスを供給する。電源部３は、グロー放電管２の内部で測定用ガスをプラズマ化する。分光器７は、プラズマ化した測定用ガスの原子が試料Ｓの表面に入射することにより、試料Ｓから放出された原子が励起された後放出する光について、複数の波長ごとに強度を測定する。測定波長設定部２０は、分光器７において強度が測定される光の波長を設定する。分析制御部８は、分光器７により測定される複数の波長ごとの光の強度データについて、特定の波長の光について当該強度データを時系列データとして出力する。分析制御部８から時系列データとして強度データが出力される光のエネルギーは、試料Ｓのバンドギャップエネルギーより大きい。

このようにすれば、当該測定装置において上述した図２〜図４で説明したような本発明に従ったグロー放電発光分析法を容易に実施することができる。すなわち、時系列データとして強度データが出力される光のエネルギーが試料Ｓのバンドギャップエネルギーより大きいので、当該光のうち試料Ｓに入射した成分の少なくとも一部が試料Ｓに吸収される。このため、試料Ｓの表面に薄い膜が形成されている場合に、グロー放電に起因する光のうち、試料Ｓとしてのエピタキシャル基板の表面で反射するものと、当該エピタキシャル基板における最表面のエピタキシャル膜とその直下の別の膜（あるいはベース基板）との界面で反射するものとの干渉現象によって測定強度が周期的に変化することになる光の成分の割合を低減できる。したがって、測定される光の強度データが当該干渉によって変動する程度を小さくできる。このため、測定する光の強度データの変動が１周期以上観測されないような薄い膜を有する試料Ｓについて、正確な光の強度データを得ることができる。この結果、試料Ｓの深さ方向における成分元素の濃度分布の正確な情報を得ることができる。また、分光測定のタイミングとスパッタリングのタイミングとを最適化してシンクロナイズさせることにより、さらに定量の際のリニアリティを向上させることができる。

本発明に従ったエピタキシャル基板は、上記グロー放電発光分析法を用いて、表面からの深さ方向における成分元素の濃度分布が測定されている。このようにすれば、成分元素の深さ方向における分布を正確に特定されたエピタキシャル基板を得ることができる。なお、当該エピタキシャル基板では、その表面の一部のみにおいて上述した測定方法（グロー放電発光分析法）を実施することにより、当該エピタキシャル基板の深さ方向の濃度分布を保障することができる。たとえば、上述した測定方法を実施する場所を、基板の端部などデバイスを形成しない部分などに設定すれば、エピタキシャル基板でのデバイスの採取個数を減らすことなく、確実に品質が保証されたエピタキシャル基板を得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に従った測定装置の構成を示す構成模式図である。 図１の測定装置を用いた測定方法を説明するフローチャートである。 図２における測定工程の内容を説明するフローチャートである。 図３の予備測定工程の内容を説明するフローチャートである。 実施例１でのＧａのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。 実施例１でのＧａのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。 実施例１でのＡｌのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。 実施例１でのＡｌのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。 実施例１でのＡｌのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。 実施例２でのＩｎのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。 実施例２でのＩｎのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。 実施例３において測定対象材とした発光素子の構成を示す断面模式図である。 実施例３でのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。 実施例３でのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。 実施例３でのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。 実施例３でのグロー放電発光分析を行なった結果を示すグラフである。

符号の説明

１ グロー放電発光分析装置、２ グロー放電管、３ 電源部、４ ジェネレータ、５ マッチングボックス、６ ガス供給部、７ 分光器、７ａ，７ｃ スリット、７ｂ 回折格子、７ｄ 光電子増倍管、８ 分析制御部、８ａ 内部バス、８ｂ ＣＰＵ ８ｃ ハードディスク、８ｄ メモリ、８ｅ モニタ装置、９ 試料押圧部材、１６ 第１基板、１７ 第２基板、２０ 測定波長設定部、３１ 基板、３２ ｎ型ＧａＮ層、３４ 発光層、３４ａ バリア層、３４ｂ 井戸層、３５ アンドープＧａＮ層、３６ ｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎ層、３７ ｐ型ＧａＮ層。

Claims (2)

1. 測定準備工程と、
   本測定工程とを備え、
   前記測定準備工程は、
   予備測定用の測定対象材を準備する測定対象材準備工程と、
   前記測定対象材に給電することにより、グロー放電による発光を発生させ、前記発光を波長ごとに分光して測定可能な強度を示す光の複数の波長を決定する決定工程と、
   前記測定対象材に給電することにより、グロー放電による発光を発生させ、前記発光を波長ごとに分光した後、前記決定工程で決定した複数の波長のそれぞれの光について強度を測定する予備測定工程と、
   前記予備測定工程において測定された複数の波長の光のそれぞれの強度データのうち、所定期間におけるデータの平均値に対する前記データの変動量の割合が所定の基準値以下になっているデータを示す光の波長を、前記本測定工程において測定に用いる測定波長として決定する波長決定工程とを含み、
   前記本測定工程は、前記本測定工程用に準備された測定対象材に給電することによりグロー放電による発光を発生させ、前記発光を波長ごとに分光して当該分光した光の強度を測定することにより、前記測定対象材の成分分析を行なうグロー放電発光分析法によって、前記強度を測定する光の波長として前記波長決定工程において決定された前記測定波長を用いることにより、前記測定対象材の表面からの深さ方向における成分元素の濃度分布を測定する測定工程を含む、測定方法。
2. 測定対象材の表面の少なくとも一部が内部に露出する反応室と、
   前記反応室の内部に測定用ガスを供給するガス供給部材と、
   前記反応室の内部で前記測定用ガスをプラズマ化する励起部材と、
   前記プラズマ化した測定用ガスの原子が前記測定対象材の表面に入射することにより、前記測定対象材から放出された原子が励起された後放出する光について、複数の波長ごとに強度を測定する計測部材と、
   前記計測部材において強度が測定される光の波長を設定する測定波長設定部材と、
   前記計測部材により測定される前記複数の波長ごとの光の強度データについて、特定の波長の光について当該強度データを時系列データとして出力する出力装置と、
   前記励起部材および前記測定波長設定部材を制御する分析制御部とを備え、
   前記出力部材から前記時系列データとして前記強度データが出力される光のエネルギーは、前記測定対象材のバンドギャップエネルギーより大きく、
   前記分析制御部では、前記測定対象材から放出された原子が励起された後放出する光について、前記計測部材により複数の波長ごとに測定された強度データのうち、所定期間におけるデータの平均値に対する前記データの変動量の割合が所定の基準値以下になっているデータを示す光の波長を測定に用いる測定波長として設定し、前記測定波長を示す指示信号を前記測定波長設定部材へ出力する、測定装置。

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