JPH03505122A - 隔膜表面の構造を検査する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 隔膜表面の構造を検査する方法及び装置技術分野 本発明は、隔膜表面の数μｍの幅の構造を検査する方法及び装置に関する。

超小形電子回路、超小形機械素子の構造小型化の進展に伴い、（μｍサブμ範囲 の）超微細構造を高分解能で分析することが工業的に重要となってきた。

表面分析に関し実用の場で評価を受けたのは電子分光法である。電子分光機器の 基本構造はＢ、　Ｗａｎｎｂｃｒｇ。

Ｕ、　Ｇｅｔｉｎｇ、　Ｋ、　Ｓｉｃｇｂａｈｎ、　　”Ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉ ｎｘｉｐｌｅｓ　１ｎｅｌｅｃＨＯｎ　５ｐｅｃ＋ｒｏｓｃｏｐｙ″、所収Ｊｏ ｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＰｈｙｓｉｃｓＥ、　　Ｂｄ、　７（１９７４）、　　Ｐ、 　１４９−１５９の刊行物に記載しである。

この著作には被検電子を発生する３つの基本的可能性が指摘しである。電子はＸ 線光源又は紫外線光源又は試料表面の１次電子線で発生することができる。

先行技術 普通微細構造の表面分析は電子線の集束性が良いのでオージェ配置（電子励起オ ージェ電子分光、ｅ−ＡＥＳ）を利用して行われる。この方法では欠点として被 検構造が高負荷に曝され、そのため試料中に数多くの放射線損傷が生じ、又この 方法は絶縁物質に適用することができない。

Ｘ線を利用して電子の励起を行うとき（Ｘ線光電子分光、ＸＰＳ）、前記２つの 欠点は防止される。同時にこの方法は固体表面の結合状態について情報を提供す る。

しかしながらＸ線は電子線はど容易には集束することができず、それ故この方法 は空間分解能がかなり劣り、それ故微細構造の検査にはあまり適していない。

ＸＰＳ法の分解能は空間的にごく限定した領域内でＸ線を発生することで向上さ せることができる。このため】０次電子線が隔膜の裏面に集束され、隔膜中でＸ 線を解放する。解放されたＸ線は、隔膜の前面から脱出し、空間的に狭く限定さ れたＸ線源となる。隔膜中でＸ線が吸収されるのでこの方法では薄い隔膜（数μ ｍ）を使用しなければならない。この局所Ｘ線源が隔膜表面で局所的に光電子を 解放し、この光電子が分光計で分析される。光電子の脱出深さが小さいので最も 上の原子層のみ検出される。

かかる高分解能ＸＰＳ法がＪ、　Ｃａｘａｕｘにより記載され（Ｍｉｃｒｏａｎ ａｌｙｓｃ　ｅｌ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｅ　Ｐｈｏｔｏ−ｅｌｅｃｊｒｏｎｉ ｑｕｅｓＸ：　）’ｒｉｎｃｉｐｅ　ｅｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｐｒｅ ｖｉｓｉｂ）ｅｓ、　Ｒｅｖｕｃｄｅ　ＰｂｙＳｉｑｌ］ｅＡｐｐｌｉｑｕｅｃ 、　　１９７５．　　Ｐ、２６３−２８０）　、Ｃ，Ｔ。

Ｉ（ｏｖｌａｎｄにより実施された（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　ＥＳＣＡ：　Ａ　ｎｅ ｗｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　［ｏｒ　ｅｉｅｃｔｒｏｎ　５ｐｅｃ＋ｒｏ＋ｃｏｐ ｙ、　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｖｅｒｓ、　　ＶｏｌＪＯ，１９７ ７、Ｐ、２７４−２７５　）　ｏ　この方法ではＸ線量子により励起された光電 子が入射１次電子方向の延長上でのみ分光計により検出することができる。この 角度配置は商用オージェ検出器では実現不可能であり、それ故この方法を適用す るには特殊な測定装置を作製しなければならない。

本発明は、高分解能ＸＰＳ法をそれが商用オージェ検出器に適用できるよう改良 することを課題とする。

この課題が本発明によれば、１次電子線が設定可能な第１角度で隔膜の裏面に衝 突し、隔膜前面から脱出する２次光電子が設定可能な第２角度で観測されるよう ＸＰＳ法を改良することにより解決される。

本発明の別の課題は、商用オージェ検出器をそれが本発明方法を実施するのに適 するよう改良することである。

この課題は、入口側に入射絞りを備え又出口側には被検構造を有する隔膜を取り 付けた通路を有する試料ホルダにより解決される。

本発明の有利な諸構成が従属請求項に明示しである。

商用オージェ装置の変更をできるだけ少なくするため試料は請求の範囲２によれ ば、隔膜表面の被検微細構造が入射電子線と分光計軸線との間の角の二等分線上 にほぼ位置するよう保持することができる。これでもってオージェ配置の放射幾 何学は維持される。

本方法の有利な１構成が請求の範囲３に明示しである。測定信号がバックグラウ ンド放射線で乱されるのができるだけ少なくなるよう本方法は隔膜の裏面から放 出される２次電子を抑制してそれが分光計に衝突し得ないよう実施される。

請求の範囲４によれば、１次ビームの電子エネルギーは散乱電子も非散乱電子も 隔膜を通過することのない程度に低減される。従って測定結果を歪め得るような １次ビームの電子が隔膜前面から脱出することはない。これにより試料表面では 電子によってではなくＸ線放射による励起のみ起き得るよう確保してもある。

本方法は請求の範囲５によれば通常の電子走査像（ＳＥＭ像）を生成するのにも きわめて好適である。このため走査した１次ビームの電子エネルギーは構造の結 像に利用される１次電子も２次電子も隔膜の前面から脱出する程度に高められる 。

請求の範囲６には本方法を実施するのに格別適した装置が明示しである。試料ホ ルダが通路を有し、これがファラデー箱として働き、これにより隔膜の裏面から 脱出する電子が抑制される。

請求の範囲７に明示した構成の試料ホルダでもって試料は入射電子線と分光計軸 線との間の角の二等分線上に位置することになる。これによりオージェ装置内で 一般的な電子源と分光計との配置を維持することができる。請求の範囲８によれ ばこの角度が入射電子線と分光計軸線との間の角度に合わせて６０°である。

請求の範囲９に記載した有利な１展開では試料ホルダは通路開口が設けである２ つの面間の角度を二分する軸線を中心に回転可能である。試料を１８０°回すこ とで装置は高分解能ＸＰＳ検査モードからオージェ電子検査モードに簡単に切り 替えることができる。

測定用に分光計中に最大の信号を用意するため請求の範囲１０によれば試料ホル ダの傾動により入射角及び観測方向を最適化することができる。

ファラデー効果を保証するため少なくとも通路の壁は伝導性物質で被覆しておか ねばならない。特に蘭単な１構成では試料ホルダが請求の範囲１１によれば全て 金属、好ましくはアルミニウムから作製しである。

本発明で達成される利点は特に商用オージェ装置を利用してＸＰＳ測定を高分解 能で実施できることにある。

オーダニ法の諸利点、特に高分解能がＸＰＳ法の諸利点と兼備され、はぼ全ての 構造を検査することができ又試料に現れる放射線損傷が少なくなる。

本方法はＸ線リソグラフィー用マスクの検査、超小形機械学分野の隔膜上のあら ゆる微細構造の検査、そして隔膜上に調製することのできる生物物質の検査に適 している。

図面の簡単な説明 隔膜表面の構造を検査する方法、そしてそれを実施する試料ホルダについて各１ つの実施例を図面に示し、以下詳しく説明する。

第１ａ図はオージェ検査装置の概要図。

第１ｂ図はＸＰＳ検査装置の概要図。

第２ａ図は本発明によるＸＰＳ検査装置の概要図。

第２ｂ図は試料中の諸過程の概要図。

第３図はＸ線マスクの透明範囲のポイント分析。

第４ａ図は金吸収構造の走査像。

第４ｂ図は金吸収構造の走査像。

第５図は珪素・合端についてのライン走査。

第６図はＸＰＳ検査用試料ホルダ横断面図。

第７図は試料ホルダの三次元図。

発明を実施する方策 図中、電子線は直線矢印として示し符号ｅ−が付けてあり、波形矢印はＸ線であ る。第１図に２つの周知の表面検査法が概略示しである。第１ａ図のオージェ検 査では電子線が電子源１から角度βで試料２の表面に衝突する。光電子分光計３ を利用して試料表面から角度γで脱出する２次電子を分析する。この観測方向は 光電子分光計の軸線と一致する。

ＸＰＳ検査では観測した光電子がＸ線量子により試料表面から解放される。第１ ｂ図に示唆したようにＸ線源４から放出されるＸ線は集束が悪い。

第２ａ図及び第２ｂ図に見られる本発明方法では１次電子線１４が電子源１から 角度δで隔膜５（例えば厚さ２μｍ）の裏面に衝突し、隔膜の前面には被検構造 １１（例えば厚さ数１０ｎｍ）（本実施例の場合Ｘ線マスク）が取り付けである 。電子線はＳｉ隔膜中にＸ線放射１３を励起し、この例ではＳｉＫα放射が励起 に利用される。電子線はきわめて細く集束することができるので、電子線により 生成したＸ線放射は空間的にごく狭い範囲１２に限定してあり、これにより高い 局所分解能が達成される。Ｘ線放射は隔膜表面の空間的に狭く限定された範囲内 で光電子１５を励起する。

隔膜前面から特定角度φで脱出する光電子は構造分析のため光電子分光計３によ り検査される。

本発明方法で分析するのはＸ線により励起された脱出深さ数原子層の光電子だけ である。隔膜裏面に入射する電子線の１次電子と拡散電子は本発明による試料ホ ルダを用いて本発明方法により光電子分光計から効果的に遠ざけられる。

第３図はＸ線マスクの透明範囲のポイント分析を示す。光電子線の強度（縦軸） は光電子のエネルギー（横軸）に関連して記載しである。珪素中の２つの異なる 電子レベルに起因する２つの強度極大（Ｓ　ｉ　２　ｓ。

５ｉ２ｐ）の他、２つの相対極大を認めることができ、これはエネルギーの点で 炭素（Ｃ）又はアルゴン（Ａｒ）の電子スペクトルからの線と一致する。従って 炭素原子及びアルゴン原子での汚染が可視可能となり、これは隔膜表面のスパッ タリング後も残る。同時に、表面の微量元素を分析するにあたってのこの方法の 能力がこれで証明される。

この１次電子線でもって隔膜の裏面で５００×５００μｍ以下の面が走査される 。これにより隔膜表面構造の適宜に大きな範囲を検査することができる。

この実施例では試料ホルダの大きさを隔膜の全表面が検出されるほどに大きく選 定することができるので面の大きさに制限はない。

第４ａ図及び第４ｂ図にはエネルギー１５８８ｅＶ（Ｓ　ｉ　２　ｓ極大）の光 電子を利用して描いた構造のラスタ像が示しである。

構造端についてのライン走査により本方法の分解能が明確となる。

第５図は珪素・合端に沿った測定信号の強度を示す。分解限界は６μｍであり、 従来ＸＰＳ法で達成された４０μｍの分解能よりかなり低い。

上記方法を実施する試料ホルダ（第６図及び第７図）はアルミニウム製基体６か らなり、これが２つの相互に傾斜した面７．８を有する。２つの面７，８がなす 角度αは入射する電子線と観測方向（分光計軸線）との間の角度γ（第２ａ図） に等しい。試料ホルダの幾何学は被検表面がこの角度を二分するよう選定しであ る。角度δ、φはほぼ同じ大きさである。

基体を貫通した通路９は２つの面７，８に穴を備えている。入射電子線方向を向 いたこの穴は絞り１０（直径約１ｍｍ）で一部層われ、反対側の穴の前には被検 構造１１を有する隔膜５が取り付けである。

ファラデー箱として働く通路９を有するこの試料ホルダで、１次電子線が隔膜に 衝突することで発生した２次電子は分光計に衝突しないようになっている。障害 となるバックグラウンド放射線がこれにより最低限度に低減する。

試料ホルダの特殊な幾何学により、入射電子線と、Ｘ線により生成した光電子の 観測方向を決定する分光計軸線とのなす角度は従来のオージェ装置を使って高分 解能ＸＰＳ法を実施することを可能とする。

試料ホルダは辺長が数ｃｍ、通路径は約１ｍｍである。試料ホルダはそのままの 配置でオージェ法による検査も実施できるよう図示軸線を中心に回転可能である 。

より大きな面（直径数Ｃｍの隔膜表面）を検査するため試料ホルダはかなり大き 〈実施することもできる。

Ｆｉｇ　　１ Ｆｉｇ、２ Ｆｉｇ、　６ Ｆｉｇ、　７ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成２年１２月１７毫 ・

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．光電子分光（ＸＰＳ）を利用して隔膜表面を検査する方法であって、１次電 子線を照射することにより被検隔膜の局所範囲からＸ線を解放し、このＸ線自身 で光電子を励起し、この光電子を分光計により分析する方法において、１次電子 線を設定可能な第１角度で隔膜の裏面に衝突させ、隔膜前面から脱出する光電子 を設定可能な第２角度で観測することを特徴とする方法。
2. ２．１次電子線の入射角と２次光電子用観測角とが近似的に一致することを特徴 とする請求の範囲１記載の方法。
3. ３．隔膜の裏面から放出される２次電子を抑制してそれが分光計に衝突しないよ うにすることを特徴とする請求の範囲１及び２記載の方法。
4. ４．隔膜前面から１次ビームの電子が脱出できないほど１次ビームの電子エネル ギーを低減したことを特徴とする請求の範囲１乃至３のいずれか１項記載の方法 。
5. ５．標準電子走査像を生成するのに利用することのできる１次電子と２次電子が 隔膜の前面から脱出する程度に１次ビームの電子エネルギーを高めたことを特徴 とする請求の範囲１乃至３のいずれか１項記載の方法。
6. ６．オージェ電子測定の装置と試料ホルダとからなる請求の範囲１乃至５のいず れか１項記載の方法を実施する装置において、試料ホルダが通路を有し、これが 入口側に入射絞りを備えており又その出口側には被検構造を有する隔膜が取り付 けてあることを特徴とする装置。
7. ７．通路開口を設けた２つの面がなす角度αが１次ビームと観測方向との間の角 度とほぼ同じ大きさであることを特徴とする請求の範囲６記載の装置。
8. ８．角度αが６０°であることを特徴とする請求の範囲６及び７記載の装置。
9. ９．通路開口を設けた面間の角度を二分する軸線を中心に試料ホルダが回転可能 であることを特徴とする請求の範囲６乃至８のいずれか１項記載の装置。
10. １０．分光計中で強度が最大となるよう試料ホルダの傾動により入射角及び反射 角を最適化することができることを特徴とする請求の範囲６乃至８のいずれか１ 項記載の装置。
11. １１．試料ホルダが金属、好ましくはアルミニウムからなることを特徴とする請 求の範囲６乃至９のいずれか１項記載の装置。