JPH063295A - 表面分析装置 - Google Patents
表面分析装置Info
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- JPH063295A JPH063295A JP4160616A JP16061692A JPH063295A JP H063295 A JPH063295 A JP H063295A JP 4160616 A JP4160616 A JP 4160616A JP 16061692 A JP16061692 A JP 16061692A JP H063295 A JPH063295 A JP H063295A
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- sample
- thin film
- energy
- electron
- analysis
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】固体試料表面の元素分析，化合状態の評価さら
に形状評価・構造解析を同時に可能とする表面分析装置
を提供すること。 【構成】固体試料２にＸ線，電子線又はイオン線１を照
射するための線源，試料面に鉛直な軸のまわりで、極角
及び方位角方向において制御した複数の電子エネルギ分
析器もしくは検出器３，４、電子エネルギスペクトルの
表示・処理を行なうための計算機１７を含む。 【効果】固体試料表面の元素分析，化合状態の評価に加
えて試料表面の形状評価や構造解析を同時に行ない、高
効率な表面分析が可能である。
に形状評価・構造解析を同時に可能とする表面分析装置
を提供すること。 【構成】固体試料２にＸ線，電子線又はイオン線１を照
射するための線源，試料面に鉛直な軸のまわりで、極角
及び方位角方向において制御した複数の電子エネルギ分
析器もしくは検出器３，４、電子エネルギスペクトルの
表示・処理を行なうための計算機１７を含む。 【効果】固体試料表面の元素分析，化合状態の評価に加
えて試料表面の形状評価や構造解析を同時に行ない、高
効率な表面分析が可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＸ線，電子又はイオン等
の照射によって試料表面の元素分析，状態分析さらに構
造解析を行なう表面分析装置に係り、特に、試料表面の
元素分析，状態分析及び形状評価・構造解析を同時に、
しかも感度の向上だけではなく、膜厚や形状を高精度で
測定するのに好適な表面分析装置に関する。
の照射によって試料表面の元素分析，状態分析さらに構
造解析を行なう表面分析装置に係り、特に、試料表面の
元素分析，状態分析及び形状評価・構造解析を同時に、
しかも感度の向上だけではなく、膜厚や形状を高精度で
測定するのに好適な表面分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、試料表面から放出される２次的
電子の運動エネルギの測定には電子エネルギ分析器が用
いられる。例えば、半球面型分析器や円筒鏡型分析器は
例えばジャーナル オブ ヴァキューム サイエンス
テクノロジィ 第１２巻 第１号１９７５ ３７９〜３
８４頁（J.Vac.Sci.Technol.,Vol.１２，No.１，1975，
ｐｐ３７９−３８４）に代表される、いわゆる、静電場
偏向方式の電子エネルギ分析器が従来から用いられてい
る。いま、定まった静電場の中で電子を運動させると、
電子はその運動エネルギによって異なった軌道を描く。
静電場の入口と出口に適当なスリットを設けることで、
電子を運動エネルギにしたがって選別できる。この原理
を利用して考案されたものが上記方式の電子エネルギ分
析器で、特に、半球面型分析器は試料面からある方向に
放出される電子の計測に適している。しかし、逆にいえ
ば、この型の分析器１個だけでは検出立体角に制限があ
り、ある特定方向に放出された電子のみしか計測できな
い。
電子の運動エネルギの測定には電子エネルギ分析器が用
いられる。例えば、半球面型分析器や円筒鏡型分析器は
例えばジャーナル オブ ヴァキューム サイエンス
テクノロジィ 第１２巻 第１号１９７５ ３７９〜３
８４頁（J.Vac.Sci.Technol.,Vol.１２，No.１，1975，
ｐｐ３７９−３８４）に代表される、いわゆる、静電場
偏向方式の電子エネルギ分析器が従来から用いられてい
る。いま、定まった静電場の中で電子を運動させると、
電子はその運動エネルギによって異なった軌道を描く。
静電場の入口と出口に適当なスリットを設けることで、
電子を運動エネルギにしたがって選別できる。この原理
を利用して考案されたものが上記方式の電子エネルギ分
析器で、特に、半球面型分析器は試料面からある方向に
放出される電子の計測に適している。しかし、逆にいえ
ば、この型の分析器１個だけでは検出立体角に制限があ
り、ある特定方向に放出された電子のみしか計測できな
い。
【０００３】また、表面分析装置では、低速電子回折法
との併用が可能な阻止電場方式の電子エネルギ分析器例
えば、レビュー オブ サイエンティフィック インス
トラメント（Rev.Sci.Instrum．５０（１０)，１９７
９，ｐｐ１２４９−１２５５）がよく用いられる。これ
は半球面型のグリッドを利用したもので、半球面型グリ
ッドにマイナスのある電位を印加すると、その電位以上
の運動エネルギを持つ電子のみがグリッドを通過できる
ハイパスフィルタ型である。印加電位を掃引しながらグ
リッドを通過する電子を検出することで、いわゆる通常
スペクトルの積分型電子スペクトルが得られる。この方
式の電子エネルギ分析器は試料面からあらゆる方向に放
出される電子を検出でき、検出立体角をより広くとれる
という利点がある。また、上記文献で論じられているよ
うに、角度分布を得る目的で、グリッドを通過した電子
を平板型の荷電粒子検出器で増幅した後、けい光スクリ
ーン上に写し、さらにビデオカメラにとってこれをデジ
タル化して計算機で表示するといった試みがなされてい
る。しかし、この方式では、信号対雑音比が低く、しか
も、計測のダイナミックレンジが狭いため、短時間計測
は不可能であるという欠点があった。また、通常平板型
の荷電粒子検出器を用いているため角度分布像が歪むと
いう欠点があった。
との併用が可能な阻止電場方式の電子エネルギ分析器例
えば、レビュー オブ サイエンティフィック インス
トラメント（Rev.Sci.Instrum．５０（１０)，１９７
９，ｐｐ１２４９−１２５５）がよく用いられる。これ
は半球面型のグリッドを利用したもので、半球面型グリ
ッドにマイナスのある電位を印加すると、その電位以上
の運動エネルギを持つ電子のみがグリッドを通過できる
ハイパスフィルタ型である。印加電位を掃引しながらグ
リッドを通過する電子を検出することで、いわゆる通常
スペクトルの積分型電子スペクトルが得られる。この方
式の電子エネルギ分析器は試料面からあらゆる方向に放
出される電子を検出でき、検出立体角をより広くとれる
という利点がある。また、上記文献で論じられているよ
うに、角度分布を得る目的で、グリッドを通過した電子
を平板型の荷電粒子検出器で増幅した後、けい光スクリ
ーン上に写し、さらにビデオカメラにとってこれをデジ
タル化して計算機で表示するといった試みがなされてい
る。しかし、この方式では、信号対雑音比が低く、しか
も、計測のダイナミックレンジが狭いため、短時間計測
は不可能であるという欠点があった。また、通常平板型
の荷電粒子検出器を用いているため角度分布像が歪むと
いう欠点があった。
【０００４】なお、この種の表面分析装置として関連す
るものには他に、文献として、ニュークリア インスト
ラメント メソード（Nucl.Instrum.Methods．１７２(1
980)ｐｐ３２７−３３６）及びレビュー オブ サイエ
ンティフィック インストラメンツ(Rev.Sci.Instrum．
６０（１９８９）ｐｐ２２３１−２２３４）等が挙げら
れる。
るものには他に、文献として、ニュークリア インスト
ラメント メソード（Nucl.Instrum.Methods．１７２(1
980)ｐｐ３２７−３３６）及びレビュー オブ サイエ
ンティフィック インストラメンツ(Rev.Sci.Instrum．
６０（１９８９）ｐｐ２２３１−２２３４）等が挙げら
れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体デバイス
をはじめとした数多くの電子デバイスでは用いる材料の
薄膜化・多層化の傾向は著しく、このため、従来に比べ
てより高度な薄膜形成技術が必要不可欠となってきてい
る。しかも、用いる材料は多岐にわたり、電子デバイス
への薄膜応用は多種多様の様相を呈するようになってき
ている。このような傾向の中で、より高度な薄膜形成技
術の達成には、形成技術そのものの高度化は勿論のこ
と、形成時あるいは形成後の薄膜に関する評価技術とし
ての表面計測が重要な位置をしめており、より高度な表
面計測技術が必要とされている。
をはじめとした数多くの電子デバイスでは用いる材料の
薄膜化・多層化の傾向は著しく、このため、従来に比べ
てより高度な薄膜形成技術が必要不可欠となってきてい
る。しかも、用いる材料は多岐にわたり、電子デバイス
への薄膜応用は多種多様の様相を呈するようになってき
ている。このような傾向の中で、より高度な薄膜形成技
術の達成には、形成技術そのものの高度化は勿論のこ
と、形成時あるいは形成後の薄膜に関する評価技術とし
ての表面計測が重要な位置をしめており、より高度な表
面計測技術が必要とされている。
【０００６】例えば、半導体結晶基板に下地元素と同種
もしくは異なった種類の元素をいわゆるエピタキシャル
に成長させるような薄膜形成プロセスでは、その成長過
程で異種元素が下地元素とどのように化合しているか、
あるいは下地の結晶格子に対してどのようなサイトに成
長しているか等がしばしば問題となる。このような化合
状態や構造に関する知見と膜厚や凹凸等の膜形成状態に
関する知見とを同時に得ることが、薄膜形成プロセスを
制御する上できわめて重要となる。
もしくは異なった種類の元素をいわゆるエピタキシャル
に成長させるような薄膜形成プロセスでは、その成長過
程で異種元素が下地元素とどのように化合しているか、
あるいは下地の結晶格子に対してどのようなサイトに成
長しているか等がしばしば問題となる。このような化合
状態や構造に関する知見と膜厚や凹凸等の膜形成状態に
関する知見とを同時に得ることが、薄膜形成プロセスを
制御する上できわめて重要となる。
【０００７】一般に、薄膜形成は高真空のもとでなされ
る。しかし、形成した薄膜が真空のもとに放置される
と、真空中とはいえ、薄膜表面は時間の経過とともに真
空中の残留成分によって汚染されてしまうという問題が
生じる。すなわち、本来の表面状態・表面構造とは異な
るいわば変質した表面が形成されることになる。したが
って、薄膜に関する表面計測を試みる場合、いかに短時
間のうちに計測を行なうかが大きな課題となる。しか
も、上述したように、表面原子の化合状態かつ膜形成状
態に関する計測を同時に行なうことが最大の課題とな
る。しかし、従来技術はこういった短時間計測や化合状
態，膜形成状態の同時計測についてなんら考慮がなされ
ておらず、本来の試料表面を計測・評価することができ
ないという問題があった。
る。しかし、形成した薄膜が真空のもとに放置される
と、真空中とはいえ、薄膜表面は時間の経過とともに真
空中の残留成分によって汚染されてしまうという問題が
生じる。すなわち、本来の表面状態・表面構造とは異な
るいわば変質した表面が形成されることになる。したが
って、薄膜に関する表面計測を試みる場合、いかに短時
間のうちに計測を行なうかが大きな課題となる。しか
も、上述したように、表面原子の化合状態かつ膜形成状
態に関する計測を同時に行なうことが最大の課題とな
る。しかし、従来技術はこういった短時間計測や化合状
態，膜形成状態の同時計測についてなんら考慮がなされ
ておらず、本来の試料表面を計測・評価することができ
ないという問題があった。
【０００８】本発明の目的は、従来薄膜形成や表面分析
の分野で問題であった固体試料表面の化合状態，膜形成
状態を同時にしかも高精度に計測できる表面分析装置を
提供することにある。
の分野で問題であった固体試料表面の化合状態，膜形成
状態を同時にしかも高精度に計測できる表面分析装置を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明は試料表面から放出される光電子，オージェ
電子等の２次的電子の運動エネルギを、試料面に鉛直な
軸に対して、極角及び方位角方向において制御した複数
の電子エネルギ分析器もしくは検出器を設置し、同時に
エネルギ分析する。
め、本発明は試料表面から放出される光電子，オージェ
電子等の２次的電子の運動エネルギを、試料面に鉛直な
軸に対して、極角及び方位角方向において制御した複数
の電子エネルギ分析器もしくは検出器を設置し、同時に
エネルギ分析する。
【００１０】
【作用】固体試料にＸ線，電子又はイオンをプローブと
して照射すると、試料面から光電子，オージェ電子等の
２次的電子が放出される。一般に、プローブがＸ線の場
合は光電子，オージェ電子等が、またプローブが電子又
はイオンの場合はオージェ電子が放出される。光電子の
運動エネルギは、照射Ｘ線のエネルギと試料中元素の種
類及び化合状態に依存する。一方、オージェ電子の運動
エネルギは、プローブの種類やエネルギには依らず、試
料中元素に固有であることが知られている。
して照射すると、試料面から光電子，オージェ電子等の
２次的電子が放出される。一般に、プローブがＸ線の場
合は光電子，オージェ電子等が、またプローブが電子又
はイオンの場合はオージェ電子が放出される。光電子の
運動エネルギは、照射Ｘ線のエネルギと試料中元素の種
類及び化合状態に依存する。一方、オージェ電子の運動
エネルギは、プローブの種類やエネルギには依らず、試
料中元素に固有であることが知られている。
【００１１】試料から放出される光電子やオージェ電子
の運動エネルギを電子エネルギ分析器によって測定し
て、得られるスペクトル中のピーク位置や強度を知るこ
とにより、従来から試料の元素分析さらに定量分析が行
われている。また、一般に利用されている表面分析装置
では、プローブであるＸ線や電子線は試料中数百〜数千
Åの深さまで侵入する。これに対して、エネルギ分析の
対象となる上記光電子やオージェ電子の運動エネルギは
数十〜二千ｅＶで、この程度の運動エネルギを持った電
子の固体表面でのいわゆる平均的な脱出深さは数Å〜５
０Åである。したがって、分析の深さはこの脱出深さで
決まり、数Å〜５０Åの表面領域での知見が得られると
いう特徴がある。
の運動エネルギを電子エネルギ分析器によって測定し
て、得られるスペクトル中のピーク位置や強度を知るこ
とにより、従来から試料の元素分析さらに定量分析が行
われている。また、一般に利用されている表面分析装置
では、プローブであるＸ線や電子線は試料中数百〜数千
Åの深さまで侵入する。これに対して、エネルギ分析の
対象となる上記光電子やオージェ電子の運動エネルギは
数十〜二千ｅＶで、この程度の運動エネルギを持った電
子の固体表面でのいわゆる平均的な脱出深さは数Å〜５
０Åである。したがって、分析の深さはこの脱出深さで
決まり、数Å〜５０Åの表面領域での知見が得られると
いう特徴がある。
【００１２】さらに、光電子及びオージェ電子は試料中
元素の化合状態によっていわゆる化学シフトを生じて、
その運動エネルギに変化をきたすことが知られている。
この化学シフトを精密に測定することによって、逆に試
料中の物質に関する化合状態を明らかにすることが行わ
れている。
元素の化合状態によっていわゆる化学シフトを生じて、
その運動エネルギに変化をきたすことが知られている。
この化学シフトを精密に測定することによって、逆に試
料中の物質に関する化合状態を明らかにすることが行わ
れている。
【００１３】光電子あるいはオージェ電子が固体試料表
面から放出されるとき、これら電子の強度分布には一般
に角度依存性があることが知られている。角度依存性を
有する要因には、試料表面の元素種や結晶性，試料表面
への異種原子，分子の吸着状態・吸着構造，試料表面の
膜構造や凹凸等があげられる。そこで、試料面に鉛直な
軸に対して、極角及び方位角方向において制御した複数
の電子エネルギ分析器によって光電子あるいはオージェ
電子の強度を測定して、その角度依存性を知ることによ
り、逆に試料表面の結晶性や吸着原子・分子の吸着状
態，吸着構造、さらにまた試料表面の膜構造や凹凸につ
いての知見を得ることができる。しかも、こういった試
料表面の構造や状態に加えて、試料表面の元素種の同
定，元素の定量分析、また元素の化合状態の評価をも同
時に可能になる。このような同時計測は、先に述べたよ
うに、薄膜形成プロセスを制御する上で極めて有効とな
る。
面から放出されるとき、これら電子の強度分布には一般
に角度依存性があることが知られている。角度依存性を
有する要因には、試料表面の元素種や結晶性，試料表面
への異種原子，分子の吸着状態・吸着構造，試料表面の
膜構造や凹凸等があげられる。そこで、試料面に鉛直な
軸に対して、極角及び方位角方向において制御した複数
の電子エネルギ分析器によって光電子あるいはオージェ
電子の強度を測定して、その角度依存性を知ることによ
り、逆に試料表面の結晶性や吸着原子・分子の吸着状
態，吸着構造、さらにまた試料表面の膜構造や凹凸につ
いての知見を得ることができる。しかも、こういった試
料表面の構造や状態に加えて、試料表面の元素種の同
定，元素の定量分析、また元素の化合状態の評価をも同
時に可能になる。このような同時計測は、先に述べたよ
うに、薄膜形成プロセスを制御する上で極めて有効とな
る。
【００１４】さらに、より多くの角度方向において同時
に電子強度の測定を行うことによって、測定の信頼性向
上が期待できる。また、各々の角度方向で得られた電子
強度を積算すれば、試料表面の平均化された知見が得ら
れ、信号対雑音比が向上できる。したがって、このよう
な積算によって測定時間の短縮を図ることができるの
で、測定中に試料表面の状態や構造が変化してしまうと
いう従来からの問題が生じることがない。
に電子強度の測定を行うことによって、測定の信頼性向
上が期待できる。また、各々の角度方向で得られた電子
強度を積算すれば、試料表面の平均化された知見が得ら
れ、信号対雑音比が向上できる。したがって、このよう
な積算によって測定時間の短縮を図ることができるの
で、測定中に試料表面の状態や構造が変化してしまうと
いう従来からの問題が生じることがない。
【００１５】
〈実施例１〉以下、本発明の一実施例を図１により説明
する。図１は本発明表面分析装置の一例を示す図であ
る。図１において、１はＸ線又は電子線、２は試料、３
及び４は試料面に鉛直な軸に対して、特定な極角及び方
位角方向に制御され設置されている半球面型の電子エネ
ルギ分析器、５は光電子，オージェ電子等を含む２次的
電子のうち電子エネルギ分析器３及び４に入射する電子
軌道、６及び７はスリット、８及び９は試料２の鉛直方
向と電子軌道とのなす角度で、各々θ1及びθ2（ここで
はθ2＞θ1としている）、１０及び１１は荷電粒子検出
器、１２は電子エネルギ分析器３及び４に掃引電圧を印
加するための掃引電源、１３及び１４は増幅器、１５及
び１６は計数器、１７は電子スペクトルの表示・処理を
行なうための計算機、１８は掃引電源１２と計算機１７
とのインタフェースである。
する。図１は本発明表面分析装置の一例を示す図であ
る。図１において、１はＸ線又は電子線、２は試料、３
及び４は試料面に鉛直な軸に対して、特定な極角及び方
位角方向に制御され設置されている半球面型の電子エネ
ルギ分析器、５は光電子，オージェ電子等を含む２次的
電子のうち電子エネルギ分析器３及び４に入射する電子
軌道、６及び７はスリット、８及び９は試料２の鉛直方
向と電子軌道とのなす角度で、各々θ1及びθ2（ここで
はθ2＞θ1としている）、１０及び１１は荷電粒子検出
器、１２は電子エネルギ分析器３及び４に掃引電圧を印
加するための掃引電源、１３及び１４は増幅器、１５及
び１６は計数器、１７は電子スペクトルの表示・処理を
行なうための計算機、１８は掃引電源１２と計算機１７
とのインタフェースである。
【００１６】まず、Ｘ線又は電子線１をプローブとして
試料２に入射する。試料２において励起された後、試料
２の表面から真空中に飛び出した光電子及びオージェ電
子を電子エネルギ分析器３及び４によってエネルギ分析
し、荷電粒子検出器１０及び１１で検出する。なお、こ
のとき掃引電源１２によりあらかじめ電子エネルギ分析
器３及び４に特定の電圧を印加しておく。また、スリッ
ト６及び７によって検出角度を制限しておく。このよう
にして、検出器１０及び１１からのパルス状の電子信号
を増幅器１３及び１４で増幅し、さらに計数器１５及び
１６で計数して、計算機１７において表示する。なお、
インタフェース１８を介して掃引電源１２を制御し、電
子エネルギ分析器３及び４に印加する電圧を掃引するこ
とによって、異なった検出方向での光電子及びオージェ
電子のエネルギスペクトルが同時に得られる。
試料２に入射する。試料２において励起された後、試料
２の表面から真空中に飛び出した光電子及びオージェ電
子を電子エネルギ分析器３及び４によってエネルギ分析
し、荷電粒子検出器１０及び１１で検出する。なお、こ
のとき掃引電源１２によりあらかじめ電子エネルギ分析
器３及び４に特定の電圧を印加しておく。また、スリッ
ト６及び７によって検出角度を制限しておく。このよう
にして、検出器１０及び１１からのパルス状の電子信号
を増幅器１３及び１４で増幅し、さらに計数器１５及び
１６で計数して、計算機１７において表示する。なお、
インタフェース１８を介して掃引電源１２を制御し、電
子エネルギ分析器３及び４に印加する電圧を掃引するこ
とによって、異なった検出方向での光電子及びオージェ
電子のエネルギスペクトルが同時に得られる。
【００１７】図２（ａ）は、プローブのＸ線１としてＭ
ｇＫα特性Ｘ線を用いて、Ｓｉ基板上に形成された約２
０ÅのＳｉＯ2 酸化膜を試料２とした場合に得られた光
電子のエネルギスペクトルの例である。図２（ｂ）は試
料２の断面図で、１９はＳｉ基板、２０はＳｉ基板１９
の上に形成した厚さ約２０ÅのＳｉＯ2 酸化膜、２１は
光電子の脱出深さλである。図２（ｂ）に示したよう
に、検出角度θ1及びθ2の極角方向(θ2＞θ1)では、光
電子の実効的な脱出深さはλから各々λ・cosθ1及びλ
・cosθ2 と変化する。すなわち、検出角度がより大き
いθ2の方向では、分析の深さは見かけ上浅くなる。こ
の結果、図２（ａ）の検出角度θ2 でのスペクトルで
は、ＳｉＯ2に相当したピークの強度Ｉ（Ｓｉ−Ｏ，
θ2）がＳｉ基板からのピーク強度Ｉ(Ｓｉ，θ2）に比
べて大きくなっている。このように、試料表面の膜構造
や形状を反映して検出方向によってエネルギスペクトル
が変化するので、逆に異なった検出方向において同時に
測定して得られたエネルギスペクトルの相違から試料表
面の膜構造や形状を即座に知ることができる。特に、検
出角度の隔たりであるθ2＋θ1を大きくとる程エネルギ
スペクトルに大きな相違があらわれる。
ｇＫα特性Ｘ線を用いて、Ｓｉ基板上に形成された約２
０ÅのＳｉＯ2 酸化膜を試料２とした場合に得られた光
電子のエネルギスペクトルの例である。図２（ｂ）は試
料２の断面図で、１９はＳｉ基板、２０はＳｉ基板１９
の上に形成した厚さ約２０ÅのＳｉＯ2 酸化膜、２１は
光電子の脱出深さλである。図２（ｂ）に示したよう
に、検出角度θ1及びθ2の極角方向(θ2＞θ1)では、光
電子の実効的な脱出深さはλから各々λ・cosθ1及びλ
・cosθ2 と変化する。すなわち、検出角度がより大き
いθ2の方向では、分析の深さは見かけ上浅くなる。こ
の結果、図２（ａ）の検出角度θ2 でのスペクトルで
は、ＳｉＯ2に相当したピークの強度Ｉ（Ｓｉ−Ｏ，
θ2）がＳｉ基板からのピーク強度Ｉ(Ｓｉ，θ2）に比
べて大きくなっている。このように、試料表面の膜構造
や形状を反映して検出方向によってエネルギスペクトル
が変化するので、逆に異なった検出方向において同時に
測定して得られたエネルギスペクトルの相違から試料表
面の膜構造や形状を即座に知ることができる。特に、検
出角度の隔たりであるθ2＋θ1を大きくとる程エネルギ
スペクトルに大きな相違があらわれる。
【００１８】さらに、ＳｉＯ2の膜厚をｔとすれば、一
般に膜厚ｔはλ・cosθ1・ｌｎ｛Ｉ(Ｓｉ−Ｏ，θ1)／
Ｉ(Ｓｉ，θ1)＋１｝により近似的に表わされる。した
がって、仮に膜厚ｔが未知であれば、各ピークの強度を
求め、またこの場合のλをあらかじめ知ることが可能で
あるので、膜厚ｔを求めることができる。さらに検出角
度θ2 における結果を用いてもまったく同様にして膜厚
ｔを求めることができるので、得られた値の平均値をと
ることによって精度の高い結果が得られる。なお、計算
機１７を用いれば、上記ピーク強度の算出，膜厚ｔの算
出，ｔの平均値算出等の一連の操作をスペクトル測定時
もしくは測定後、直ちに行うことも可能であり、膜厚測
定の高効率化の効果がある。
般に膜厚ｔはλ・cosθ1・ｌｎ｛Ｉ(Ｓｉ−Ｏ，θ1)／
Ｉ(Ｓｉ，θ1)＋１｝により近似的に表わされる。した
がって、仮に膜厚ｔが未知であれば、各ピークの強度を
求め、またこの場合のλをあらかじめ知ることが可能で
あるので、膜厚ｔを求めることができる。さらに検出角
度θ2 における結果を用いてもまったく同様にして膜厚
ｔを求めることができるので、得られた値の平均値をと
ることによって精度の高い結果が得られる。なお、計算
機１７を用いれば、上記ピーク強度の算出，膜厚ｔの算
出，ｔの平均値算出等の一連の操作をスペクトル測定時
もしくは測定後、直ちに行うことも可能であり、膜厚測
定の高効率化の効果がある。
【００１９】特に、極角方向での検出角度が９０゜隔た
った場合、すなわち、θ1＋θ2＝９０゜では、基板上の
上記酸化膜が平坦であれば、次式の関係が成立する。
った場合、すなわち、θ1＋θ2＝９０゜では、基板上の
上記酸化膜が平坦であれば、次式の関係が成立する。
【００２０】
【数１】 cosθ1・ｌｎ｛Ｉ(Ｓｉ−Ｏ，θ1)／Ｉ(Ｓｉ，θ1)＋１｝ ＝cos(９０°−θ1)・ｌｎ｛Ｉ(Ｓｉ−Ｏ，θ2）／Ｉ(Ｓｉ，θ2)＋１｝ すなわち、
【００２１】
【数２】 ｌｎ｛Ｉ(Ｓｉ−Ｏ，θ1）／Ｉ(Ｓｉ，θ1)＋１｝／ｌｎ｛Ｉ(Ｓｉ−Ｏ，θ2) ／Ｉ(Ｓｉ，θ2)＋１｝＝tanθ1 となる。一方、上記酸化膜が平坦ではなくて試料表面に
凹凸の形状がある場合には、
凹凸の形状がある場合には、
【００２２】
【数３】 ｌｎ｛Ｉ(Ｓｉ−Ｏ，θ1）／Ｉ(Ｓｉ，θ1)＋１｝／ｌｎ｛Ｉ(Ｓｉ−Ｏ，θ2) ／Ｉ(Ｓｉ，θ2)＋１｝＝α・tanθ1＋β となり、tanθ1の値からずれてくる。ここで、α及びβ
は試料表面の凹凸に依存した係数で、凹凸がある場合に
はα≠１かつβ≠０となる。したがって、ピーク強度の
比がtanθ1の値に等しいか、あるいはtanθ1の値からど
の程度ずれているかによって、試料表面の形状を解析す
ることができる。
は試料表面の凹凸に依存した係数で、凹凸がある場合に
はα≠１かつβ≠０となる。したがって、ピーク強度の
比がtanθ1の値に等しいか、あるいはtanθ1の値からど
の程度ずれているかによって、試料表面の形状を解析す
ることができる。
【００２３】このように、本発明によって、元素種や元
素の化合状態に関する評価のみならず、固体試料表面の
形状や構造の解析が可能となる。なお、実施例ではプロ
ーブとしてＸ線を試料に照射した場合について説明した
が、プローブとして電子線あるいはイオンを照射して試
料面から放出されたオージェ電子をエネルギ分析しても
よく、この場合もまた同様の結果ならびに効果が得られ
る。特に、イオンを用いた場合にはイオンスパッタリン
グによる深さ方向の計測が可能であり、多層膜試料の膜
厚評価が可能となる。
素の化合状態に関する評価のみならず、固体試料表面の
形状や構造の解析が可能となる。なお、実施例ではプロ
ーブとしてＸ線を試料に照射した場合について説明した
が、プローブとして電子線あるいはイオンを照射して試
料面から放出されたオージェ電子をエネルギ分析しても
よく、この場合もまた同様の結果ならびに効果が得られ
る。特に、イオンを用いた場合にはイオンスパッタリン
グによる深さ方向の計測が可能であり、多層膜試料の膜
厚評価が可能となる。
【００２４】〈実施例２〉次に本発明の第二の実施例を
図３を用いて説明する。図３において、１はＸ線又は電
子線、２は試料、２２は光電子，オージェ電子等を含む
２次的な電子、２３及び２６は接地された半球面型グリ
ッド、２４及び２５はマイナス電圧を印加された半球面
型グリッド、２７−１〜２７−ｎは荷電粒子を検出する
ための荷電粒子検出器、２８は電子を捕獲するためのコ
レクタ、２９は半球面型グリッド２４及び２５に掃引電
圧を印加するための掃引電源、３０−１〜３０−ｎは増
幅器、３１−１〜３１−ｎは計数器、１７は電子スペク
トルの表示，処理を行なうための計算機、１８は掃引電
源２９と計算機１７とのインタフェースである。
図３を用いて説明する。図３において、１はＸ線又は電
子線、２は試料、２２は光電子，オージェ電子等を含む
２次的な電子、２３及び２６は接地された半球面型グリ
ッド、２４及び２５はマイナス電圧を印加された半球面
型グリッド、２７−１〜２７−ｎは荷電粒子を検出する
ための荷電粒子検出器、２８は電子を捕獲するためのコ
レクタ、２９は半球面型グリッド２４及び２５に掃引電
圧を印加するための掃引電源、３０−１〜３０−ｎは増
幅器、３１−１〜３１−ｎは計数器、１７は電子スペク
トルの表示，処理を行なうための計算機、１８は掃引電
源２９と計算機１７とのインタフェースである。
【００２５】まず、Ｘ線又は電子線１をプローブとして
試料２に入射する。試料２において励起された後、試料
２の表面から真空中に飛び出した光電子及びオージェ電
子２２を、試料２の位置を中心とした球面型グリッド２
４，２５で減速する。ここで、減速電位より高い運動エ
ネルギを持った光電子及びオージェ電子２２のみが半球
面型グリッド２４及び２５を通過し、荷電粒子検出器２
７−１〜２７−ｎに達することができる。これら荷電粒
子検出器２７−１〜２７−ｎに到達した光電子及びオー
ジェ電子２２をここで前置増幅してパルス信号とし、さ
らに増幅器３０−１〜３０−ｎで各々増幅した後、計数
器３１−１〜３１−ｎで計数して、計算機１７に表示す
る。このようにして光電子及びオージェ電子２２を計数
することによって、いわゆるビデオカメラ方式の従来技
術に比較して、信号対雑音比及びダイナミックレンジの
点で格段の向上が図れる。
試料２に入射する。試料２において励起された後、試料
２の表面から真空中に飛び出した光電子及びオージェ電
子２２を、試料２の位置を中心とした球面型グリッド２
４，２５で減速する。ここで、減速電位より高い運動エ
ネルギを持った光電子及びオージェ電子２２のみが半球
面型グリッド２４及び２５を通過し、荷電粒子検出器２
７−１〜２７−ｎに達することができる。これら荷電粒
子検出器２７−１〜２７−ｎに到達した光電子及びオー
ジェ電子２２をここで前置増幅してパルス信号とし、さ
らに増幅器３０−１〜３０−ｎで各々増幅した後、計数
器３１−１〜３１−ｎで計数して、計算機１７に表示す
る。このようにして光電子及びオージェ電子２２を計数
することによって、いわゆるビデオカメラ方式の従来技
術に比較して、信号対雑音比及びダイナミックレンジの
点で格段の向上が図れる。
【００２６】なお、インタフェース１８を介して掃引電
源２９を制御し、半球面型グリッド２４及び２５に印加
する電圧を掃引することによって、荷電粒子検出器２７
−１〜２７−ｎの異なった検出方向での光電子及びオー
ジェ電子２２のエネルギスペクトルをｎ個同時に得るこ
とができる。このようにして得られたエネルギスペクト
ルはいわゆる積分型のスペクトルで、これらを計算機１
７で数値微分することによって、光電子及びオージェ電
子２２に関する運動エネルギ分布のスペクトルが実施例
１と同様に得られる。
源２９を制御し、半球面型グリッド２４及び２５に印加
する電圧を掃引することによって、荷電粒子検出器２７
−１〜２７−ｎの異なった検出方向での光電子及びオー
ジェ電子２２のエネルギスペクトルをｎ個同時に得るこ
とができる。このようにして得られたエネルギスペクト
ルはいわゆる積分型のスペクトルで、これらを計算機１
７で数値微分することによって、光電子及びオージェ電
子２２に関する運動エネルギ分布のスペクトルが実施例
１と同様に得られる。
【００２７】図３において、荷電粒子検出器２７−１〜
２７−ｎを半球面型グリッド２６の外側にしかも半球面
上の位置に配置することによって、光電子及びオージェ
電子２２の角度分布を歪ませることなく忠実に得ること
ができる。さらに、荷電粒子検出器２７−１〜２７−ｎ
を試料２の鉛直軸のまわりで極角方向のみならず、いわ
ゆる、方位角方向にも適宜配置することによって、光電
子及びオージェ電子２２の強度の角度依存性をより広範
囲にわたって知ることができる。これにより、逆に試料
表面の結晶性や吸着原子・分子の吸着状態，吸着構造、
さらに試料表面の膜構造や凹凸についての知見を得るこ
とができる。また、実施例１で述べたような多層膜の膜
厚評価を行なう上で、得られる測定点数をｎ個に増すこ
とができる。
２７−ｎを半球面型グリッド２６の外側にしかも半球面
上の位置に配置することによって、光電子及びオージェ
電子２２の角度分布を歪ませることなく忠実に得ること
ができる。さらに、荷電粒子検出器２７−１〜２７−ｎ
を試料２の鉛直軸のまわりで極角方向のみならず、いわ
ゆる、方位角方向にも適宜配置することによって、光電
子及びオージェ電子２２の強度の角度依存性をより広範
囲にわたって知ることができる。これにより、逆に試料
表面の結晶性や吸着原子・分子の吸着状態，吸着構造、
さらに試料表面の膜構造や凹凸についての知見を得るこ
とができる。また、実施例１で述べたような多層膜の膜
厚評価を行なう上で、得られる測定点数をｎ個に増すこ
とができる。
【００２８】〈実施例３〉次に図４は本発明の表面分析
装置の第三の実施例を示す図で、本発明を薄膜形成過程
の評価に応用した例である。図４において、２は試料、
３及び４は電子エネルギ分析器、３２は試料２を保持す
るための試料台、３３は分析チャンバ、３４は薄膜形成
チャンバ、３５は試料２の表面に薄膜を形成するための
蒸発源、３６は試料２を試料台３２に搬送するための試
料搬送機構、３７はバルブ、３８及び３９は真空ポンプ
である。
装置の第三の実施例を示す図で、本発明を薄膜形成過程
の評価に応用した例である。図４において、２は試料、
３及び４は電子エネルギ分析器、３２は試料２を保持す
るための試料台、３３は分析チャンバ、３４は薄膜形成
チャンバ、３５は試料２の表面に薄膜を形成するための
蒸発源、３６は試料２を試料台３２に搬送するための試
料搬送機構、３７はバルブ、３８及び３９は真空ポンプ
である。
【００２９】薄膜形成チャンバ３４において、蒸発源３
５を利用して試料２の表面上に薄膜を形成する。バルブ
３７を介して、形成した試料薄膜を試料搬送機構３６に
より大気にさらすことなく分析チャンバ３３に搬送し
て、試料台３２に固定する。分析チャンバ３３で電子エ
ネルギ分析器３及び４を用いることにより、異なった検
出方向での光電子及びオージェ電子のエネルギスペクト
ルが同時に得られる。したがって、試料薄膜表面におけ
る原子の化合状態かつ膜形成状態に関する計測を同時に
行なうことができる。しかも、薄膜表面を大気にさらす
ことなく測定ができるので、薄膜表面の汚染を最小限に
抑えた計測が可能になる。
５を利用して試料２の表面上に薄膜を形成する。バルブ
３７を介して、形成した試料薄膜を試料搬送機構３６に
より大気にさらすことなく分析チャンバ３３に搬送し
て、試料台３２に固定する。分析チャンバ３３で電子エ
ネルギ分析器３及び４を用いることにより、異なった検
出方向での光電子及びオージェ電子のエネルギスペクト
ルが同時に得られる。したがって、試料薄膜表面におけ
る原子の化合状態かつ膜形成状態に関する計測を同時に
行なうことができる。しかも、薄膜表面を大気にさらす
ことなく測定ができるので、薄膜表面の汚染を最小限に
抑えた計測が可能になる。
【００３０】〈実施例４〉次に図５は本発明の表面分析
装置の第四の実施例を示す図で、本発明を薄膜形成過程
の評価に応用した例である。図５において、２は試料、
３及び４は電子エネルギ分析器、３２は試料２を保持す
るための試料台、３３は分析チャンバ、３５は試料２の
表面に薄膜を形成するための蒸発源、３８は真空ポンプ
である。
装置の第四の実施例を示す図で、本発明を薄膜形成過程
の評価に応用した例である。図５において、２は試料、
３及び４は電子エネルギ分析器、３２は試料２を保持す
るための試料台、３３は分析チャンバ、３５は試料２の
表面に薄膜を形成するための蒸発源、３８は真空ポンプ
である。
【００３１】分析チャンバ３３において、蒸発源３５を
利用して試料２の表面上に薄膜を形成しながら、電子エ
ネルギ分析器３及び４を用いることにより、異なった検
出方向での光電子及びオージェ電子のエネルギスペクト
ルが同時に得られる。したがって、試料薄膜表面におけ
る原子の化合状態や膜形成状態、形成膜厚に関する計測
を同時に行なうことができ、しかも薄膜形成と同時にそ
の場計測を行なうことができるので、本来の表面状態・
表面構造を評価することが可能になる。すなわち、従来
薄膜形成や表面分析の分野で困難であった固体試料表面
の化合状態，膜形成状態及び形成膜厚を同時にしかも高
精度に短時間計測することができる。
利用して試料２の表面上に薄膜を形成しながら、電子エ
ネルギ分析器３及び４を用いることにより、異なった検
出方向での光電子及びオージェ電子のエネルギスペクト
ルが同時に得られる。したがって、試料薄膜表面におけ
る原子の化合状態や膜形成状態、形成膜厚に関する計測
を同時に行なうことができ、しかも薄膜形成と同時にそ
の場計測を行なうことができるので、本来の表面状態・
表面構造を評価することが可能になる。すなわち、従来
薄膜形成や表面分析の分野で困難であった固体試料表面
の化合状態，膜形成状態及び形成膜厚を同時にしかも高
精度に短時間計測することができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、固体表面の元素分析，
化合状態の評価等に加えて試料表面の形状評価や構造解
析、さらに多層膜の膜厚評価を高精度にしかも同時に行
なうことができるので、信頼性の高い、高効率な表面分
析が可能となる。
化合状態の評価等に加えて試料表面の形状評価や構造解
析、さらに多層膜の膜厚評価を高精度にしかも同時に行
なうことができるので、信頼性の高い、高効率な表面分
析が可能となる。
【図１】本発明の第一の実施例である表面分析装置のブ
ロック図。
ロック図。
【図２】ＳｉＯ2酸化膜からの光電子のエネルギスペク
トル（ａ）、およびＳｉ基板上に形成した約２０ÅのＳ
ｉＯ2酸化膜試料の断面図（ｂ）。
トル（ａ）、およびＳｉ基板上に形成した約２０ÅのＳ
ｉＯ2酸化膜試料の断面図（ｂ）。
【図３】本発明の第二の実施例である表面分析装置の説
明図。
明図。
【図４】本発明の表面分析装置の第三の実施例を示す説
明図。
明図。
【図５】本発明の表面分析装置の第四の実施例を示す説
明図。
明図。
１…Ｘ線又は電子線、２…試料、３，４…電子エネルギ
分析器、５…電子軌道、６，７…スリット、８，９…試
料の鉛直方向と電子軌道とのなす角度（θ1，θ2)、１
０，１１…荷電粒子検出器、１２…掃引電源、１３，１
４…増幅器、１５，１６…計数器、１７…計算機、１８
…インタフェース。
分析器、５…電子軌道、６，７…スリット、８，９…試
料の鉛直方向と電子軌道とのなす角度（θ1，θ2)、１
０，１１…荷電粒子検出器、１２…掃引電源、１３，１
４…増幅器、１５，１６…計数器、１７…計算機、１８
…インタフェース。
Claims (4)
- 【請求項１】Ｘ線，電子又はイオンの照射によって固体
試料表面から種々の運動エネルギを持って放出される光
電子，オージェ電子等の２次的電子をエネルギ分析する
表面分析装置において、前記試料面に鉛直な軸に対し
て、極角及び方位角方向の角度を精密に制御し、移動で
きる構造をもつ複数の電子エネルギ分析器もしくは検出
器を設置したことを特徴とする表面分析装置。 - 【請求項２】請求項１において、極角で９０゜隔たった
二方向の角度位置に電子エネルギ分析器を設置した表面
分析装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記表面分析
装置に連結される薄膜形成装置と、前記薄膜形成装置内
に前記試料を保持する手段と、前記表面分析装置と前記
薄膜形成装置との間で前記試料を真空内搬送する手段と
を備えた表面分析装置。 - 【請求項４】請求項１または２において、前記表面分析
装置内の前記試料上に薄膜を形成する手段と、前記試料
上の薄膜に対する表面分析を同一真空内で行う手段を備
えた表面分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4160616A JPH063295A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 表面分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4160616A JPH063295A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 表面分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH063295A true JPH063295A (ja) | 1994-01-11 |
Family
ID=15718788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4160616A Pending JPH063295A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 表面分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063295A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003522327A (ja) * | 2000-02-03 | 2003-07-22 | ザ ユニヴァーシティー オブ バーミンガム | 表面トポグラフィ分析と分光器分析を組み合わせた機器とその方法 |
| JP2009079955A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Jeol Ltd | 試料の深さ方向分析方法 |
| WO2011024677A1 (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 電極部材、電子エネルギー分析器、光電子エネルギー分析器、及び温度測定装置 |
| JP2015081819A (ja) * | 2013-10-22 | 2015-04-27 | 富士通株式会社 | 分析方法 |
| JP2015102452A (ja) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | 日本電子株式会社 | 表面分析装置 |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP4160616A patent/JPH063295A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003522327A (ja) * | 2000-02-03 | 2003-07-22 | ザ ユニヴァーシティー オブ バーミンガム | 表面トポグラフィ分析と分光器分析を組み合わせた機器とその方法 |
| JP2009079955A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Jeol Ltd | 試料の深さ方向分析方法 |
| WO2011024677A1 (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-03 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 電極部材、電子エネルギー分析器、光電子エネルギー分析器、及び温度測定装置 |
| JP5545577B2 (ja) * | 2009-08-28 | 2014-07-09 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 電極部材、電子エネルギー分析器、光電子エネルギー分析器、及び温度測定装置 |
| US8944679B2 (en) | 2009-08-28 | 2015-02-03 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Electrode member, electron energy analyzer, photoelectron energy analyzer, and temperature measuring apparatus |
| JP2015081819A (ja) * | 2013-10-22 | 2015-04-27 | 富士通株式会社 | 分析方法 |
| JP2015102452A (ja) * | 2013-11-26 | 2015-06-04 | 日本電子株式会社 | 表面分析装置 |
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