JPH04359857A - 荷電粒子エネルギー分析装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子エネルギー分
析装置に関し、より詳しくは、超微細素子の表面をキャ
ラクタリゼーションするために必要とされる円筒鏡型分
析器を備えた荷電粒子エネルギー検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の微細化にともなって数百Å
程度の領域の組成決定、化学結合状態決定が必要になっ
ている。

【０００３】このような要求を満足できる評価手段は、
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）　と元素分析器（ＥＤＸ，
ＥＥＬＳ等）を用いるものや、走査型トンネル顕微鏡に
トンネル電流分光器（ＳＴＭ−ＳＴＳ）　又はオージェ
電子分光器（ＡＥＳ）　を用いたもののみである。

【０００４】ＴＥＭ　を基本とする分析においては、μ
ｍ以下の切片試料を作成することが不可欠であり、試料
作成に膨大な労力が必要とされる。また、ＳＴＭ　を主
体とする方法は、近年開発された分析手法であり、デー
ターの解析が容易でない。

【０００５】ＡＥＳ　においては、数百Å程度の微小領
域にプローブである電子を収束させると電流が大幅に減
少し、信号であるオージェ電子の総量が大幅に減少し、
Ｓ／Ｎ比の低下を避けることができない。

【０００６】ところで、図３（Ａ）　に示すような円筒
鏡型分析器（ＣＭＡ）３１は、阻止電場型分析器（ＬＥ
ＥＤ−ＡＥＳ）型に比べてショットノイズが１、２桁小
さく、しかも分析される電子軌道が厳密に決まっている
ため、それ以外の電子、例えば分析器内の壁面で散乱し
た電子が検出器に入射する確率もまた桁違いに少なく高
い性能を示す。また、点光源（電子発生源）に対して極
めて明るい分析器である。このため今日、オージェ電子
分光分析器は、多くの場合に円筒鏡型分析器が使用され
ている。

【０００７】この円筒鏡型分析器３１は、径の異なる外
円筒３２と内円筒３３を同軸上に重ね合わせたもので、
その軸上の一端に試料Ｗをおき、他端に２次電子増倍管
３４を配置する。

【０００８】また、内円筒３３のうち、試料Ｗの取付け
領域の近傍と電子増倍管３４の近傍にはそれぞれスリッ
ト３５，３６が形成されている。

【０００９】そして検出の際には、内円筒３３を接地す
るとともに外円筒３２に負の掃引電圧Ｖ０　を印加し、
さらに、内円筒３３に設けた電子銃３７から試料Ｗに向
けて電子線を照射する。

【００１０】これによれば、試料Ｗから出た電子は、ス
リット３５を通過して外円筒３２との間隙に一旦放出さ
れた後に、その間隙にかかる電界によって他のスリット
３６を通して再び内円筒３４に入って収束する。そして
、この電子を電子増倍管３４によって増幅し、ＸＹオシ
ロスコープ（図示せず）に表示するようにしている。

【００１１】この場合、掃引電圧Ｖ０　の大きさを経時
的に変化させ、電子増倍管３４に到達する電子エネルギ
ーの大きさを順次変えて検出すれば、図３（Ｂ）　に示
すような特性が得られ、オージェ電子のエネルギーの大
きさがわかり、これによって表面元素の種類や化学結合
状態が判断される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この装置によ
れば、掃引電圧Ｖ０を変化させて異なる電子エネルギー
の強度を時間をおいて別々に測定した後に、測定結果を
積算してエネルギー強度分布を表示するようにしている
ために、分析に時間がかかるといった問題がある。

【００１３】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、分析時間を短縮できる円筒型の荷電粒子
エネルギー分析装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１，
２に例示するように、外円筒２の中に間隔をおいて重ね
合わされ、該外円筒２との間に電圧が印加される内円筒
１と、前記内円筒１の両端の近傍にそれぞれ設けられた
荷電粒子通過用のスリット３，４と、前記内円筒１の一
端側に取付けられる試料Ｗに電子を照射する電子銃５と
、前記内円筒１内の他端側に取付けられ、前記内円筒１
の内面に対向する複数の検出素子７，１７を持つ多チャ
ンネル荷電粒子エネルギー検出器６，１６とを有するこ
とを特徴とする荷電粒子エネルギー分析装置によって達
成する。

【００１５】または、図２（Ａ），（Ｂ）　に示すよう
に、前記検出素子７，１７は、前記内円筒１に平行に配
置される円筒状プレートの周方向に複数配置され又は環
状に形成されるとともに、長手方向に沿って複数取り付
けられていることを特徴とする前記荷電粒子エネルギー
分析装置によって達成する。

【００１６】

【作　　用】本発明によれば、荷電粒子エネルギー検出
器６として、複数の検出素子を用いたチャンネル型のも
のを使用している。

【００１７】この場合、試料Ｗから放出された電子のう
ち、運動エネルギーの大きな電子は複数の検出素子７の
うち試料Ｗに遠いものに到達し、エネルギーの小さなも
のは近い検出素子７に達することになる。

【００１８】したがって、各検出素子７を各電子エネル
ギーに対応させて一時に電子エネルギー・強度の関係を
測定することが可能になり、分析時間が短縮される。

【００１９】また、第２の発明によれば、検出素子７，
１７を円筒状プレート８，１８の周方向に多数配置した
り環状に形成しているために、同一エネルギーの電子の
入力数が多くなり感度が大きくなる。

【００２０】

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。

【００２１】（ａ）本発明の第１実施例の説明図１は、
本発明の一実施例を示すエネルギー分析装置の概要構成
図、図２はその装置に用いる荷電粒子エネルギー検出器
の斜視図を示している。

【００２２】図中符号１は、導電性外円筒２内において
同軸上に配置される導電性の内円筒で、その両端寄りの
部分にはそれぞれ電子通過用のスリット３，４が形成さ
れ、また、これらの円筒１，２には、内円筒１を外円筒
２より高い電圧に設定する掃引電圧Ｖ１　が印加されて
いる。さらに、内円筒１の内部には電子銃５が取付けら
れ、内円筒１の一端側に置かれた試料Ｗに電子ビームを
照射するように構成されている。

【００２３】６は、多チャンネル型の荷電粒子エネルギ
ー検出器で、この検出器６は、図２（Ａ）　に示すよう
に平面円形又は方形の微小検出素子７を円筒状の絶縁性
プレート８の周方向及び長手方向に規則的に複数配置し
たものであり、内円筒１の軸上の電子収束領域に配置さ
れ、その領域に到達した電子を各微小検出素子７によっ
て受けるように構成されている。

【００２４】また、荷電粒子エネルギー検出器６の内面
には、各微小検出素子７に接続された配線電極７ａが配
置されて外部に引出されており、微小検出素子７に入っ
た電子をアンプ９によって増幅するように構成されてい
る。

【００２５】荷電粒子エネルギー検出器６の絶縁性プレ
ート８は石英によって形成されたもので、長さ約１ｃｍ
、直径２００μｍ以下の大きさに形成され、この程度の
直径によれば試料Ｗから放出される電子の放出角度依存
性は殆ど無視できる。

【００２６】また、微小検出素子７は、プレート８に孔
を設けてその内面に電極（不図示）を形成したもので、
３μｍの間隔で配置されている。

【００２７】上記したアンプ９は、各微小検出素子７の
うち周方向に配列されたものを１単位として短絡し、長
手方向に沿って単位毎に増幅するもので、運動エネルギ
ーの小さな電子ほど試料Ｗから近い領域に到達するとい
った性質を利用して、大きさの異なる電子のエネルギー
の強度を一時に検出するように構成されている。

【００２８】なお、図中符号１０は、内外円筒１，２に
電圧を印加する掃引電圧電源、１１は、掃引電圧電源１
０と外円筒２の接続線に直列に出力端子を接続する絶縁
トランス、１２は、絶縁トランス１１の入力端子に接続
して掃引電圧に変調電圧を重畳する発振器、１３は、掃
引電圧及びアンプに同期して検出結果を画像表示するＸ
Ｙレコーダを示している。また、符号Ｃは、荷電粒子エ
ネルギー検出器６の各配線電極７ａとアンプ９の間に接
続されるコンデンサ、Ｖ２　はその配線電極７ａに抵抗
Ｒを介して接続される直流電源を示している。

【００２９】次に、上記した実施例装置の作用について
説明する。

【００３０】上述した実施例において、掃引電圧に変調
電圧を重ねてこれを内円筒１と外円筒２の間に印加し、
さらに、内円筒１の一端側の試料Ｗに電子線を照射する
と、試料Ｗから反射電子、２次電子、オージェ電子及び
その他のエネルギーの荷電粒子が飛び出す。

【００３１】この場合、電子は試料Ｗ近くのスリットか
ら外円筒２及び荷電粒子エネルギー検出器６に向けて放
出されるが、外円筒２に到達する前に内円筒１・外円筒
２間の電界により内円筒１に引き戻され、検出器６近傍
のスリット４から内円筒１内に入り、収束して荷電粒子
エネルギー検出器６表面の各微小検出素子７に照射され
ることになる。

【００３２】また、運動エネルギーの大きな電子は、微
小検出素子７のうち試料Ｗから遠いものに到達し、これ
に対してエネルギーの小さな電子は近い微小検出素子７
に達することになる。

【００３３】ところで、上記した荷電粒子エネルギー検
出器６は、プレート８に到達する荷電粒子を各微小検出
素子７により独立にカウントする機構を有しており、内
円筒１と外円筒２の間にかける静電場の電位の掃引と微
小検出素子７の間の電位を同期させることによってどの
位置にどの位の量の荷電粒子が到達したかを知ることが
でき、計測することができる。

【００３４】したがって、電子のエネルギーを検出する
際に掃引電圧を固定した状態で、長手方向に沿って各微
小検出素子７の入射エネルギーを独立に検出すれば、数
十ｅＶのエネルギー範囲における電子の強度が一度に検
出，分析できることになり、図３（Ｂ）　に示すような
特性結果を得るための時間が短縮される。

【００３５】なお、上記した微小検出素子７は、電子を
増倍させて出力するもので、円筒状プレート８，１８の
周方向に多数配置しているために、同一エネルギーの電
子の入力数が多くなって感度が高く、チャンネルトロン
に比べて感度が３〜５倍程度優れているため、検出出力
が大きくなる。

【００３６】（ｂ）本発明のその他の実施例の説明上記
した実施例においては、荷電粒子エネルギー検出器６の
微小検出素子７を周方向及び長さ方向に点在させている
が、図２（Ｂ）　に示す検出器１６のように、環状に形
成した微小検出素子１７を一定間隔をおいて石英製円筒
状プレート１８の長さ方向に配置してもよい。この場合
の微小検出素子１７は、プレート１８の周方向に断面Ｃ
字状の溝を形成し、その内壁面に電極（不図示）を形成
するとともに、溝を横切る領域に電極配線１９を取付け
ることになる。

【００３７】この検出器１６によれば、プレート１８内
の電極配線１９が単純化されるために検出器の形成が容
易になるといった利点がある。

【００３８】また、上記した実施例では、一度に全範囲
のエネルギーを検出する場合について説明したが、検出
しようとする電子エネルギーの全範囲を同時に検出でき
ないときには、その範囲をいくつかに区分してバッチ処
理を行ってもよい。このような場合には、掃引電圧を数
段階で変化させ、その掃引電圧の変化と微小検出素子７
のエネルギー範囲を同期させる必要があるが、掃引電圧
の変更回数はバッチ処理の回数で済むために検出時間は
従来よりも減少することには変わりはない。

【００３９】さらに、検出するエネルギーの範囲の一部
がズレるように掃引電圧を変更してもよく、これによれ
ば、検出素子７に欠陥が生じている場合でも所定の範囲
の検出を確実におこなえる。しかも、各電子エネルギー
を重ねて検出することになるので、同じエネルギーの電
子を複数回検出してその平均値をとるような場合にも、
従来装置に比べてその検出の手間が省ける。

【００４０】なお、上記した実施例のスリット３，４は
単に開口しただけのものであるが、端面効果を小さくす
るためにメッシュを設けてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、荷電
粒子エネルギー検出器として、複数の検出素子を用いた
多チャンネルのものを使用しているので、電子エネルギ
ーの相違により到達点が異なることを利用し、各検出素
子を各エネルギーに対応させて一定範囲の電子エネルギ
ーと強度との関係を一時に測定することが可能になり、
分析時間を短縮することができる。

【００４２】また、第２の発明によれば、検出素子を円
筒状プレートの周方向に多数配置したり環状に形成して
いるために、同一エネルギーの電子の入力数を多くして
感度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例装置を示す概要構成図である
。

【図２】本発明の一実施例装置に用いられる荷電粒子エ
ネルギー検出器の一例を示す斜視図である。

【図３】従来例を説明する図である。

【符号の説明】

１　　　　内円筒 ２　　　　外円筒 ３　　　　スリット ４　　　　スリット ５　　　　電子銃 ６　　　　荷電粒子エネルギー検出器 ９　　　　アンプ ７，１７　　　　微小検出素子 ８，１８　　　　プレート ７ａ，１９　　　　配線電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外円筒（２）の中に間隔をおいて重ね合わ
   され、該外円筒（２）との間に電圧が印加される内円筒
   （１）と、前記内円筒（１）の両端の近傍にそれぞれ設
   けられた荷電粒子通過用のスリット（３，４）と、前記
   内円筒（１）の一端側に取付けられる試料（Ｗ）に電子
   を照射する電子銃（５）と、前記内円筒（１）内の他端
   側に取付けられ、前記内円筒（１）の内面に対向する複
   数の検出素子（７，１７）を持つ多チャンネル荷電粒子
   エネルギー検出器（６，１６）とを有することを特徴と
   する荷電粒子エネルギー分析装置。
2. 【請求項２】前記検出素子（７，１７）は、前記内円筒
   （１）に平行に配置される円筒状プレート（８，１８）
   の周方向に複数配置され又は環状に形成されるとともに
   、長手方向に沿って複数取り付けられていることを特徴
   とする前記荷電粒子エネルギー分析装置。