JPH0445552A - 表面分析装置 - Google Patents

表面分析装置

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JPH0445552A
JPH0445552A JP11772790A JP11772790A JPH0445552A JP H0445552 A JPH0445552 A JP H0445552A JP 11772790 A JP11772790 A JP 11772790A JP 11772790 A JP11772790 A JP 11772790A JP H0445552 A JPH0445552 A JP H0445552A
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JP
Japan
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sample
ray
plane
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rays
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Pending
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JP11772790A
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English (en)
Inventor
Soichi Inoue
壮一 井上
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、X線光学装置を利用した半導体などの試料表
面の微小領域の構成元素の分析を行う表面分析装置に関
するものである。
(従来の技術) X線光学装置は、X線顕微鏡、X線望遠鏡。
コリメータ等応用範囲が広いが、特に、半導体技術では
、IC,LSI等の半導体装置の微細化が進むにつれて
この微細加工に有利なX線光学システムが期待されるよ
うになってきた。この技術では1例えば、露光装置、表
面分析装置など、このシステムを必要とするところは多
い。
X線は、光のように反射、屈折させる物質がないためX
線を用いて像を結像させることは困難であるが1回折を
利用したり、斜め入射を行って全反射をさせれば不可能
ではない、また、X線は、面に斜めに入射するとき、入
射光線と反射面との為す斜入射角がある値より小さくな
ると全反射をする。その角度は、波長の長い程または表
面物質の単位面積当りの質量の重い程大きい、また、X
線で小さい物体を見るときにはその吸収係数が小さいと
全部透明になってしまう、そこで、その吸収係数を大き
くするためにはX線の波長は長い方が良いが、長い波長
はX線の全反射の臨界角を大きくする。したがって、た
とえば10人前後の軟X線を用いると全反射を起こす斜
入角射角は1表面を金を用いて約6X10−”ラジアン
になる。この程度の軟X線は空気に吸収されやすいため
ヘリウムや水素ガス等で光路を満たすか真空に抜いてし
まう必要がある。全反射を利用したX線光学装置として
は、たとえば、カークバトリック・バエズ型ミラーやウ
オルター型ミラーが知られている。とくにウォルターI
型ミラーは、非点収差や球面収差を補正し、また、X線
を単色化する必要がないので効率が高く、明るい像が得
られる。したがって、このミラーは、電子励起型のX線
源を用いたコンパクトなX線顕微鏡等に利用されるよう
になった。第2図は、ウォルター■型ミラーの中央断面
を示している。反射面は図の太線で示した部分209で
あり、回転双曲面201、 回転楕円面202より構成
されている。203.204は回転双曲面の焦点、20
4、205は回転楕円面の焦点であり、これら焦点は、
光軸206を通る。回転双曲面201、回転楕円面20
2は、この光軸206を回転中心とした回転体である。
この光学装置を顕微鏡の拡大結像型として用いる場合は
、焦点203を含み光軸206に垂直な平面207(物
体平面)上にサンプルを置き、焦点205を含み光軸2
06を垂直な平面208(像平面)上で拡大像を検出す
る。このサンプルより発生した(サンプルを透過した)
X線の一部は回転双曲面201、回転楕円面202でそ
れぞれ1回ずつ全反射して像平面208上で拡大結像す
る。尚、サンプルより発生して、または、(サンプルを
透過して)直接平面208(像平面)へ達するX線を遮
断するためストッパ210を設ける。また、2】1は、
結像に関与するX線の光路を示している。また、この光
学装置を顕微3N 鏡の縮少結像型として用いる場合は、平面208を物体
平面、平面207を像平面とすれば良い。すなわち、平
面208上にサンプルを置き、平面207上でノ4\ 縮少像を検出する。
このウォルター■型ミラーの分解能は使用波長、反射面
へのX線斜入射角、反射面の研磨精度の3つのパラメー
タで決定される。反射面の粗さがh〔人〕(山と谷の高
さの差)、斜入射角をθ[radコとするとレイリーの
結像条件より、使用波長λ〔人〕は、 λ〉8h −8inθ を満足する必要がある。従って短波長のX線を使用する
場合には、反射面の粗さhを低減するか斜入射角θを小
さく設計する必要が生じる。なお、発明者は、たとえば
一つの回転楕円面と離心ネの異なる複数の回転双曲面を
組合せた反射面を有する一つの反射鏡を具備したX線結
像光学装置を開発したが、これは、ミラーの内径に対す
る物体平面、像平面間距離あるいは、ミラー・像平面間
距離の比率を小さく保ったまま斜入角を小さく設計でき
、しかも短波長のX線結像系が可能になる。
ところで、シリコン半導体基板などの試料に荷電粒子を
照射し、試料表面より発生するX線を検出することによ
って試料表面の微小領域の構成元素分析を行う手段とし
て、従来はEPMA (ElectronProbe 
Micro−^nalyzer)を用いてきた。このE
PMAの装置構成は、第3図に示される。電子銃301
より放射する熱電子を5〜50kVで加速後、集束レン
ズ302と対物レンズ303で0.1〜17mまで絞り
込み、試料304に照射する。試料304表面から発生
する特性X線をX線分光結晶305によって分光し、特
定の特性X線のみをX線検出器306で検出することに
より試料表面の構成元素の定性、定量分析を行う、試料
をX−Yステージ307によって2次元的に走査するこ
とにより、試料表面構成元素の2次元分布を示す画像を
形成することが出来る。
EPMAの面内および深さ方向分解能は入射電子の試料
内での広がりに起因したX線の発生領域の広がりによっ
て決定される。入射電子のエネルギーをE 0(key
) 、試料の励起エネルギー、密度、原子番号、原子量
をそれぞれEx(keV)、ρ[g/d]、Z、A、と
すると特性X線の発生深さR8x〔虜〕5面内広がりの
半径Rsv[μs〕はそれぞれ、ただしγ=0.187
2”” と記述される。つまり、入射電子をいくら細く絞り込ん
でもX線発生領域は上式で決定される広がりを持つ6例
えば、5i(Ez=1.74keV、p =2.33g
/a1. Z=14、A = 28.086)を試料と
して、電子の加速電圧E、を20kVとした場合、上式
に各数値を代入して、Rsx=3.454、Rs、=1
.98−となる。
試料、加速電圧によって多少異なるものの、従来のEP
MAの面内および深さ方向分解能は1p程度である。
(発明が解決しようとする課題) 前述のように従来のEPMAにあっては、試料の面内お
よび深さ方向の分解能はせいぜい1−程度である。この
種は入射電子の試料内での広がりに起因したX線の発生
領域の広がりによって決定されているため、これ以上の
分解能向上は原理的に不可能である。
本発明は、上記事情によってなされたもので、従来のE
PMAより1桁以上高い面内分解能を有する微小領域構
成元素分析を行う表面分析装置を提供することを目的と
している。
〔発明の構成〕
(11題を解決するための手段) 本発明は、上記課題を解決するために、荷電粒子発生源
と、試料上の分析領域に該荷電粒子発生源より発生する
荷電粒子を均一に照射する荷電粒子照射手段と、この分
析領域より発生する特性X線の分布を拡大結像するX線
結像型光学素子と、このX線拡大結像型光学素子の像面
に位置するX線像検出手段とを備えたことを特徴とする
表面分析装置を提供する。なお、また上記記載の表面分
析装置において、位置分解能とエネルギー分解能のいず
れか一方あるいは両方を有するX線像検出手段を備えた
ことを特徴とする表面分析装置を用いる。
(作用) 本発明は、高分解能のX線拡大結像型光学素子を用いる
ことにより、入射電子の試料内部での広がりによる分解
能劣化から解放され、従来のEPMAより1桁以上高い
面内分解能を達成することができる。上記装置による表
面分析方法では、荷電粒子発生源より発生した荷電粒子
線を試料表面に照射して、該試料表面の該荷電粒子線照
射領域より発生した特性X線の分布を、X線拡大結像型
光学素子によ−クで拡大結像し、X線検出手段により該
拡大結像したX線像を検出することにより、試料表面の
構成元素分布を高空間分解能で得ることができる。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
第1図は本発明の表面分析方法の実施例の装置構成図で
ある。電子銃101より放射する熱電子を5〜50kV
で加速後、集束レンズ102で集束し、偏向器103に
て電子を偏向、対物レンズ104で100゜〜1■まで
絞り、  X−Yステージ109に載置された試料10
5に照射する。試料105には、たとえば、シリコン半
導体基板を用いる。 この電子照射は、X線光学系の視
野に相当する試料表面を励起する目的であるから、電子
の集束性は重要ではなくむしろ視野内を均一な強度で照
射することが望ましい、この電子照射領域より発生する
試料の特性X線の分布をX線拡大結像型光学素子106
によって2次元X線検出器107上に拡大結像する。X
線拡大結像型光学素子106としては色収差を生じない
全反射型ミラーを用いる。特にウォルター型ミラーは幾
何学的収差が小さいので有効である。2次元X線検出器
107としてマイクロチャンネルプレート(MCP)や
CCDを用いる場合はこれらの分解能が10〜50−程
度であるから、試料面上での分解能を0.1−以下にす
るためにはX線拡大結像型光学素子106の倍率を10
0〜500倍程度にする。
また5分解能が1am以下の検出器なら、X線拡大結像
型光学素子106の倍率は10〜20倍でよい。
この検出器およびMCPやCCDにはエネルギー分解能
がないので、X線の光路上にフィルター108を挿入す
る。例えば、シリコン(Si)基板上のアルミニウム(
^幻を観察したい場合にはフィルター108としてSi
薄膜を用いる。Siに対するSi−にα線とAQ−にα
線の吸収係数差が非常に大きいため、高コントラストの
検出像が得られる。また、両者の励起エネルギーの差が
大きい場合には、電子の加速電圧を両者の励起エネルギ
ーの間に設定することによって高コントラストの拡大像
が得られる。シリコン(Si)基板上の炭素(C)を観
察したい場合、Si、 Cの励起エネルギーはそれぞれ
1.74keV、0.277keVであるから、電子の
加速電圧をその中間の1keVとすればCのみが励起さ
れる。連続X線をカットする、たとえば、長波長用に炭
素フィルムのような、 フィルター108を挿入するこ
とによりコントラストを向上させる。
この装置構成の場合、従来のEPMAと同じく入射電子
が試料中で散乱して広がるものの、発生するX線はX線
拡大結像型光学素子106によって拡大結像されるため
面内の分解能はX線拡大結像型光学素子106の結像特
性によって決定される。
この光学素子106には、試料105より発生して直接
検出器107へ達するX線を遮蔽するためのストッパ1
10が配置されている。 その材料にはたとえば、銅板
が用いられ、X線が長波長ならアルミニウム板を用いる
〔発明の効果〕
前述のように1本発明は、高分解能のX線拡大結像型光
学素子を用いることにより、入射電子の試料内部での広
がりによる分解能劣化の影響を無くす事が出来るので、
従来のEPMA装置より1桁以上高い面内分解能を有す
る表面分析装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明の一実施例における表面分析装置の概
略断面図、第2図は、ウォルター■型ミラーを用いたX
線拡大結像型光学素子の概略断面図、第3図は、従来の
表面分析装置に使われるEPMA装置の概略断面図であ
る。 101・・・電子銃、102・・・集束レンズ。 103・・・偏向器、      104・・・対物レ
ンズ。 105・・・試料、 106・・・X線拡大結像型光学素子、107・・・2
次元X線検出器、108・・・フィルター109・・・
X−Yステージ、  201・・・回転双曲面、202
・・・回転楕円面、 203、204・・・回転双曲面の焦点、204、20
5・・・回転楕円面の焦点、206・・・光軸、 208・・・像平面、 210・・・ストッパ、 301・・・電子銃、 303・・・対物レンズ、 305・・・X線分光結晶、 307・・・X−Yステージ。 207・・・物体平面、 209・・・反射面、 211・・・光路、 302・・・集光レンズ、 304・・・試料、 306・・・X線検出器、 (8733)代理人 弁理士 猪股祥晃 (ほか1名) 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  荷電粒子発生源と、試料上の分析領域に前記荷電粒子
    発生源より発生する荷電粒子を均一に照射する荷電粒子
    照射手段と、この分析領域より発生する特性X線の分布
    を拡大結像するX線拡大結像型光学素子と、このX線拡
    大結像型光学素子の像面に位置するX線像検出手段とを
    具備したことを特徴とする表面分析装置。
JP11772790A 1990-05-09 1990-05-09 表面分析装置 Pending JPH0445552A (ja)

Priority Applications (1)

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JP11772790A JPH0445552A (ja) 1990-05-09 1990-05-09 表面分析装置

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ID=14718794

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JP (1) JPH0445552A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007132743A (ja) * 2005-11-09 2007-05-31 Olympus Corp 校正機能を有する赤外顕微鏡及び赤外顕微鏡の校正方法
JP2008119623A (ja) * 2006-11-14 2008-05-29 Ok Engineering:Kk ループ流式バブル発生ノズル

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