JPH07110311A - Method and apparatus for surface analysis of sample - Google Patents

Method and apparatus for surface analysis of sample

Info

Publication number
JPH07110311A
JPH07110311A JP5253952A JP25395293A JPH07110311A JP H07110311 A JPH07110311 A JP H07110311A JP 5253952 A JP5253952 A JP 5253952A JP 25395293 A JP25395293 A JP 25395293A JP H07110311 A JPH07110311 A JP H07110311A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample surface
sample
light
optical element
analysis method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5253952A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaki Hasegawa
正樹 長谷川
Takeshi Ninomiya
健 二宮
Kenichi Yamamoto
健一 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP5253952A priority Critical patent/JPH07110311A/en
Publication of JPH07110311A publication Critical patent/JPH07110311A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a photoelectron spectrometry for analysis of physical and chemical quantities of minute areas, such as depthwise analysis, analysis of band structures, and analysis of crystal structures of component elements. CONSTITUTION:Light in a wavelength area from soft X rays to vacuum ultraviolet rays is condensed by an optical element 4 to irradiate a microscopic area of the surface of a sample 4 to measure kinematic energy of photoelectrons released therefrom with an energy analyzer 9, and at the same time, an angle distribution of the photoelectrons is measured by a position analysis type detector 10 as two-dimensional image. Thus, an analysis on the direction of depth of component elements, an analysis of band structures, an analysis of crystal structures and the like are accomplished in the microscopic area from photoelectron signals thus obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、試料表面の分析技術に
係り、特に、ある特定のエネルギーを有する光を集光し
た試料表面の微小領域から放出される光電子のエネルギ
ー分布と角度分布とから、試料に関する物理量あるいは
化学量を分析する試料表面分析法及びその分析装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for analyzing a sample surface, and more particularly, it relates to an energy distribution and an angular distribution of photoelectrons emitted from a minute area of the sample surface on which light having a specific energy is collected. The present invention relates to a sample surface analysis method for analyzing a physical quantity or a chemical quantity related to a sample and an analyzer for the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の微細化、薄膜化に伴い、各
種薄膜の形成を微小な領域において制御することが求め
られている。このような制御には、各種薄膜の表面、界
面状態についての計測技術が不可欠であり、微小領域に
おける元素や化学結合状態の高精度深さ方向分析技術、
試料のバンド構造および結晶構造等の分析技術が強く求
められている。
2. Description of the Related Art With the miniaturization and thinning of semiconductor elements, it is required to control the formation of various thin films in a minute area. For such control, measurement technology for the surface and interface states of various thin films is indispensable, and high-precision depth direction analysis technology for elements and chemical bonding states in minute regions,
There is a strong demand for analytical techniques for the band structure and crystal structure of a sample.

【0003】従来、光電子分光法(入射光がX線の場合
XPS、真空紫外線の場合UPSと称される)による、
光電子信号強度の角度分布を用いた元素、あるいはその
化学状態の非破壊深さ方向分析や、光電子の運動エネル
ギーと放出角度との対応づけによるバンド構造解析につ
いては多くの研究がある(三宅静雄、電子回折・電子分
光、p357、1991年、共立出版)。また、光電子
信号強度の角度分布をフーリエ変換することによる結晶
構造解析(いわゆる光電子ホログラフィ)は、最近提案
され(バートン、ジャーナル・オブ・エレクトロン・ス
ペクトロスコピー・アンド・リレイテッド・フェノメ
ナ、51巻37頁(1990年)。J.J.Barton,Journal
of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 5
1, p37(1990))、新しい分析法として期待されてい
る。
Conventionally, by photoelectron spectroscopy (called XPS when incident light is X-ray, UPS when incident light is vacuum ultraviolet),
There are many studies on non-destructive depth direction analysis of elements or their chemical states using the angular distribution of photoelectron signal intensity and band structure analysis by associating kinetic energy of photoelectrons with emission angles (Shizuo Miyake, Electron diffraction / electron spectroscopy, p357, 1991, Kyoritsu Shuppan). In addition, a crystal structure analysis (so-called photoelectron holography) by Fourier transforming the angular distribution of photoelectron signal intensity has been recently proposed (Burton, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 51, 37 ( 1990) .JJ Barton, Journal
of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 5
1 , p37 (1990)) and is expected as a new analytical method.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の光電子
分光法を用いた光電子信号強度の角度分布測定による表
面分析では、試料を励起する光を集光することなしに試
料に照射していたため、得られる深さ方向分布やバンド
構造、結晶構造等は、センチメータからミリメータ・ス
ケールの広い領域における平均的な情報となっていた。
従って、半導体プロセスにおけるような、ミクロン、サ
ブミクロン・スケールの微小な領域での各種薄膜の解析
には、用いることができなかった。
However, in the surface analysis by measuring the angular distribution of the photoelectron signal intensity using the above-mentioned photoelectron spectroscopy, the light that excites the sample is irradiated onto the sample without being collected. The obtained depth direction distribution, band structure, crystal structure, etc. were average information in a wide range of centimeter to millimeter scale.
Therefore, it cannot be used for analysis of various thin films in microscopic and submicron scale minute regions such as in the semiconductor process.

【0005】また、従来よく用いられてきた、光電子取
り込み立体角の小さいエネルギー分析器を試料の回りに
回転させながら、あるいは、エネルギー分析器を固定し
て試料を回転させながら光電子放出の角度分布を得る方
法では、1ケ所の測定点に対して角度分布測定の時間が
長くかかり、試料上の多数の点に対する測定は現実的で
はなかった。
Further, the angular distribution of photoelectron emission can be obtained by rotating an energy analyzer having a small solid angle of photoelectron uptake, which has been often used in the past, around the sample or by rotating the sample while fixing the energy analyzer. In the method of obtaining, it took a long time to measure the angular distribution for one measurement point, and measurement for many points on the sample was not realistic.

【0006】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、試料表面の微小領域における元素の深さ方
向分布やバンド構造、結晶構造などの物理、化学量を、
簡便に分析する分析法及びその分析装置を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to determine the physical distribution and the stoichiometry of elements such as band distribution, crystal structure, etc. in the depth direction distribution in a minute region on the surface of a sample.
It is an object of the present invention to provide an analytical method and an analytical device for the simple analysis.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明においては、軟X線から真空紫外線までの波
長領域にある光を試料表面上の微小領域に光学素子によ
り集光して照射し、該試料表面から放出された光電子の
運動エネルギーを、同時に、上記光電子の放出角度分布
を2次元像として表示できるエネルギー分析器を用いて
計測する。このとき、光電子の放出角度分布を積分変換
して、特定の元素あるいはその化学状態の深さ方向分
布、及び結晶構造を、また、光電子の運動エネルギーと
放出角度との相関をとることによってバンド構造を、そ
れぞれ計測する。ここで用いるエネルギー分析器の電極
構造は、2つの円心球の一部分、あるいは楕円球の一部
分の形状からなっている。
In order to achieve this object, in the present invention, light in the wavelength range from soft X-rays to vacuum ultraviolet rays is focused on a minute area on the sample surface by an optical element. The kinetic energy of the photoelectrons emitted from the surface of the sample upon irradiation is measured at the same time using an energy analyzer capable of displaying the emission angle distribution of the photoelectrons as a two-dimensional image. At this time, the emission angle distribution of the photoelectrons is subjected to integral conversion to obtain the depth direction distribution of the specific element or its chemical state and the crystal structure, and the kinetic energy of the photoelectrons and the emission angle are correlated to obtain the band structure. Are measured respectively. The electrode structure of the energy analyzer used here has a shape of a part of two circular spheres or a part of an ellipsoid.

【0008】さらに、上記光の集光点を試料表面上で走
査することによって、試料表面上の特定の領域範囲に対
して、上記の物理量あるいは化学量の分布を計測するこ
とができる。ここで、上記光の集光点を試料表面上で走
査する方法としては、固定した集光点に対して試料全体
を移動させる方法と、固定した試料に対して光を集光す
る光学素子を移動させる方法とがある。
Further, by scanning the light condensing point on the sample surface, it is possible to measure the distribution of the physical quantity or the chemical quantity in a specific area range on the sample surface. Here, as a method of scanning the light condensing point on the sample surface, there are a method of moving the entire sample with respect to the fixed condensing point and an optical element for condensing the light on the fixed sample. There is a way to move.

【0009】また、上記光を集光する光学素子として
は、反射型、回折型、あるいは屈折型があり、また、こ
れらの組合せを用いることもできる。
The optical element for condensing the light may be of a reflective type, a diffractive type, or a refractive type, or a combination thereof may be used.

【0010】[0010]

【作用】この試料表面分析法及びその分析装置では、軟
X線から真空紫外線までの波長領域の光を光学素子によ
って、その径がミクロンあるいはサブミクロンオーダの
マイクロビームにすることによって、試料表面上の光電
子発生領域の大きさもビーム径程度にまで小さくするこ
とができる。この光学素子としては、ウォルタ型反射鏡
やシュヴァルツシルト型反射鏡などの反射型光学素子、
ゾーンプレートなどの回折型光学素子、あるいはその他
の屈折型光学素子などを用いることができる。
In this sample surface analysis method and analyzer, light in the wavelength range from soft X-rays to vacuum ultraviolet rays is converted into a microbeam having a diameter on the order of microns or submicrons by an optical element. The size of the photoelectron generation region can be reduced to about the beam diameter. As this optical element, a reflective optical element such as a Walter type mirror or a Schwarzschild type mirror,
A diffractive optical element such as a zone plate, or other refractive optical element can be used.

【0011】このように、本発明では、光を集光して光
電子発生領域を微小な領域に限定することによって、放
出光電子の角度分布の解析から、微小領域における元
素、あるいはその化学状態の非破壊深さ方向分析が可能
である。また、放出光電子の角度分布と運動エネルギー
との相関をとることにより、微小領域におけるバンド構
造解析が可能である。さらに、放出光電子の角度分布を
積分変換の1種であるフーリエ変換をすることにより、
微小領域の結晶構造解析を行うことも可能となる。
As described above, in the present invention, by condensing light and limiting the photoelectron generation region to a minute region, the analysis of the angular distribution of the emitted photoelectrons shows that the element in the minute region or the chemical state Fracture depth direction analysis is possible. Further, the band structure analysis in a minute region can be performed by correlating the angular distribution of emitted photoelectrons with the kinetic energy. Furthermore, by performing a Fourier transform, which is a type of integral transform, on the angular distribution of the emitted photoelectrons,
It is also possible to analyze the crystal structure of a minute area.

【0012】また、光の集光点の試料面上で走査するこ
とにより、元素、あるいはその化学状態の3次元分布、
特定のバンド構造や結晶構造の試料面上での分布をマッ
ピングすることが可能となる。
Further, by scanning the light collecting point on the sample surface, the three-dimensional distribution of the element or its chemical state,
It is possible to map the distribution of a specific band structure or crystal structure on the sample surface.

【0013】一方、微小な領域から放出される特定の運
動エネルギーを持った光電子の角度分布を測定するエネ
ルギー分析器として、本発明では、光電子の角度分布を
2次元像として一度に得ることのできるエネルギー分析
器を用いている。このエネルギー分析器は、電極構造が
楕円球の一部(イーストマン、ドネロン、ハーン、ヒム
セル:ニュークリア・インスツルメンツ・アンド・メソ
ッズ、172巻327頁(1980年)。D.E.Eastman,
J.J.Donelon, N.C.Hien, F.J.Himpsel : Nuclear Inst
ruments and Methods 172, p327(1980))、あるい
は、球の一部(大門、日本結晶学会誌、31巻155頁
(1989年))であり、これらの電極によって生成さ
れる電場によって、試料表面より放出された光電子を反
射し、位置分解型検出器上に2次元像として角度分布を
投影する。このようなエネルギー分析器を用いることに
より、角度分布測定時間の大幅な短縮を図ることができ
る。さらには、測定試料を傾ける、あるいはエネルギー
分析器を試料の周りで回転させる、といった機構も不用
になり、装置構成を簡便なものとすることができる。
On the other hand, according to the present invention, as an energy analyzer for measuring the angular distribution of photoelectrons having a specific kinetic energy emitted from a minute area, the angular distribution of photoelectrons can be obtained at one time as a two-dimensional image. Uses an energy analyzer. In this energy analyzer, the electrode structure is part of an ellipsoidal sphere (Eastman, Donnelon, Hahn, Himsel: Nuclear Instruments and Methods, 172: 327 (1980).
JJDonelon, NCHien, FJHimpsel: Nuclear Inst
ruments and Methods 172, p327 (1980)), or a part of a sphere (Daimon, Journal of the Crystallography Society of Japan, 31: 155 (1989)). The emitted photoelectrons are reflected and the angular distribution is projected as a two-dimensional image on the position-resolved detector. By using such an energy analyzer, the angle distribution measurement time can be significantly shortened. Furthermore, a mechanism for inclining the measurement sample or rotating the energy analyzer around the sample is unnecessary, and the device configuration can be simplified.

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

(実施例1)図1に、軟X線あるいは真空紫外線のマイ
クロビームを用いて、微小領域からの光電子の信号強度
の角度分布を測定する分析装置の構成例を示す。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows an example of the structure of an analyzer for measuring the angular distribution of the signal intensity of photoelectrons from a minute region using a microbeam of soft X-rays or vacuum ultraviolet rays.

【0015】光学系および光電子検出系は、ともに超高
真空中に設置されている。図中、超高真空中に設置され
る要素は破線で囲ってある。光源1から発せられた軟X
線から真空紫外線までの波長領域の光は、分光器2によ
って所定のエネルギーをもつ光に単色化され、光学素子
3を用いて試料4の表面上に集光される。分光器2はコ
ントローラ5により制御され、試料4は試料台7の上に
設置されている。試料台7は真空外から移動できるよう
に、真空外に設置した移動機構6と結合され、コントロ
ーラ8により制御されている。
Both the optical system and the photoelectron detection system are installed in an ultrahigh vacuum. In the figure, the elements installed in the ultra-high vacuum are surrounded by broken lines. Soft X emitted from light source 1
The light in the wavelength region from the line to the vacuum ultraviolet ray is monochromaticized into light having a predetermined energy by the spectroscope 2, and is condensed on the surface of the sample 4 using the optical element 3. The spectroscope 2 is controlled by the controller 5, and the sample 4 is installed on the sample table 7. The sample table 7 is connected to the moving mechanism 6 installed outside the vacuum and controlled by the controller 8 so that the sample table 7 can be moved from outside the vacuum.

【0016】試料4より放出された光電子は、電極9に
よって生成された電場によって反転し、位置分解型検出
器10によって検出される。この場合、試料4から放出
された光電子の角度分布が位置検出器10に投影される
ように、電極9の形状が球の一部、あるいは楕円球の一
部などになっている。
The photoelectrons emitted from the sample 4 are inverted by the electric field generated by the electrode 9 and detected by the position-resolved detector 10. In this case, the shape of the electrode 9 is a part of a sphere or a part of an ellipsoid so that the angular distribution of the photoelectrons emitted from the sample 4 is projected on the position detector 10.

【0017】微小領域からの放出光電子の角度分布の測
定を行うには、まず、試料台7を移動機構6により操作
し、光学素子3の集光点まで試料面上の分析点を移動さ
せる。コントローラ11により電極9に適当な電圧をか
け、特定の運動エネルギーをもつ光電子のみが、位置分
解型検出器10の前段にあるスリット12を通るように
する。この際、想定した運動エネルギー以外の運動エネ
ルギーをもつ光電子がなるべく混入しないように、電極
9以外の補助電極を適当な場所に設置してもよい。そし
て、位置分解型検出器10には、放出された光電子の角
度分布が投影されるので、位置分解型検出器10上の2
次元的な光電子信号強度のデータを計算機13に取り込
めば、一度に角度分布が得られる。
In order to measure the angular distribution of the emitted photoelectrons from the minute area, first, the sample table 7 is operated by the moving mechanism 6 to move the analysis point on the sample surface to the focus point of the optical element 3. An appropriate voltage is applied to the electrode 9 by the controller 11 so that only photoelectrons having a specific kinetic energy pass through the slit 12 in the preceding stage of the position-resolved detector 10. At this time, an auxiliary electrode other than the electrode 9 may be installed in an appropriate place so that photoelectrons having a kinetic energy other than the assumed kinetic energy are not mixed in as much as possible. Then, since the angular distribution of the emitted photoelectrons is projected on the position-resolved detector 10, the angle distribution on the position-resolved detector 10 is 2.
If the data of the dimensional photoelectron signal intensity is taken into the computer 13, the angular distribution can be obtained at once.

【0018】このようにして得られた光電子の放出角度
分布を解析することにより、試料4上の集光点である微
小領域における構成元素、あるいはその化学状態の非破
壊的な深さ方向分析が可能であり、また、この角度分布
と運動エネルギーとの相関をとることにより、微小領域
におけるバンド構造の解析を、さらに、上記の角度分布
をフーリエ変換することにより、微小領域の結晶構造の
解析を、計算機13により、それぞれ行うことができ、
また必要に応じて画像処理をして、表示装置14に出力
することができる。
By analyzing the emission angle distribution of the photoelectrons thus obtained, the nondestructive depth direction analysis of the constituent elements or their chemical states in the microscopic region which is the focusing point on the sample 4 can be performed. By analyzing the angular distribution and kinetic energy, it is possible to analyze the band structure in the minute region, and further Fourier transform the above angle distribution to analyze the crystal structure in the minute region. , Can be performed by the computer 13,
Further, image processing can be performed as necessary and output to the display device 14.

【0019】本実施例では、コントローラ8、5および
11の制御を計算機13で行う場合を想定しているが、
コントローラ8、5および11の制御と得られたデータ
の処理を、必要ならば異なる計算機で行うようにしても
よい。
In this embodiment, it is assumed that the computer 13, controls the controllers 8, 5 and 11.
If necessary, the control of the controllers 8, 5 and 11 and the processing of the obtained data may be performed by different computers.

【0020】また、移動機構6により、入射光の集光点
を試料面上で走査しながら上述の測定を繰り返せば、深
さ方向分布、バンド構造、結晶構造などの試料面上の2
次元分布を得ることができる。
If the above-mentioned measurement is repeated while scanning the focal point of the incident light on the sample surface by the moving mechanism 6, the depth distribution, band structure, crystal structure, etc. on the sample surface will be 2
The dimensional distribution can be obtained.

【0021】以上のように、本実施例によれば、微小領
域からの放出光電子の角度分布測定を短時間に行うこと
ができるので、簡便に、試料表面の微小領域の分析を行
うことができる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to measure the angular distribution of the emitted photoelectrons from the minute area in a short time, so that the minute area on the sample surface can be easily analyzed. .

【0022】(実施例2)上記の実施例1では、試料台
7は、エネルギー分析器とは独立に移動されていた。し
かし、試料台7を独立可動とすると、試料台7が大きく
なってしまうので、エネルギー分析器の大きさとの関係
や、装置構成上の問題により実現が不可能な場合があ
る。したがって、本実施例2では、試料台とエネルギー
分析器とを一体化し、試料4はエネルギー分析器の電極
9の支持台15に直接設置されている(図2)。本図に
おいては、図1と実質的に異なる部分のみが作画してあ
り、支持台15は、コントローラ16によって制御され
た移動機構17により、集光点に対して移動させること
ができる。
(Example 2) In Example 1 described above, the sample stage 7 was moved independently of the energy analyzer. However, if the sample table 7 is made independently movable, the sample table 7 becomes large, and therefore it may not be possible to realize it due to the relationship with the size of the energy analyzer and problems in the device configuration. Therefore, in the second embodiment, the sample stage and the energy analyzer are integrated, and the sample 4 is directly installed on the support 15 of the electrode 9 of the energy analyzer (FIG. 2). In this figure, only a portion substantially different from that in FIG. 1 is drawn, and the support base 15 can be moved with respect to the focal point by the moving mechanism 17 controlled by the controller 16.

【0023】本実施例2によれば、エネルギー分析器周
りの装置構成をコンパクトにすることができる。
According to the second embodiment, the device structure around the energy analyzer can be made compact.

【0024】(実施例3)実施例2の構成では、エネル
ギー分析器周りの装置構成をコンパクトにすることがで
きるが、試料交換が困難である。図3に示された本実施
例3では、試料交換を容易にするため、試料台周りに複
雑な機構を組まないように、光学素子3とエネルギー分
析器とを一体化している。図3においては、図1と実質
的に異なる部分のみが作画してあり、エネルギー分析器
を構成する電極9、位置分解型検出器10、スリット1
2、および、光学素子3は、いずれも支持台18に保持
されている。支持台18は、コントローラ19によって
制御された移動機構20により、動かすことができる。
本実施例3によれば、可動となる装置は光学素子3とエ
ネルギー分析器であり、試料4は単に保持されていれば
よい。従って、試料交換のための機構を設置しやすくな
る。
(Embodiment 3) With the construction of Embodiment 2, the apparatus construction around the energy analyzer can be made compact, but it is difficult to exchange the sample. In the third embodiment shown in FIG. 3, in order to facilitate sample exchange, the optical element 3 and the energy analyzer are integrated so as not to form a complicated mechanism around the sample stage. In FIG. 3, only a portion substantially different from that in FIG. 1 is drawn, and an electrode 9, a position-resolved detector 10, and a slit 1 which constitute an energy analyzer.
The optical element 2 and the optical element 3 are both held by the support base 18. The support 18 can be moved by a moving mechanism 20 controlled by the controller 19.
According to the third embodiment, the movable devices are the optical element 3 and the energy analyzer, and the sample 4 may simply be held. Therefore, it becomes easy to install a mechanism for sample exchange.

【0025】本実施例では、光源1に対する光学素子3
の位置が変化する。この場合、試料4面上で集光点を走
査しようとすると光学素子3の位置によって集光特性が
変化し、分析の平面分解能に差が生じる可能性がある
が、光学素子3として収差の小さいウォルター型反射鏡
を用いるなどすれば、平面分解能を変化させることなく
試料4の2次元走査ができる。
In this embodiment, the optical element 3 for the light source 1 is used.
The position of changes. In this case, if an attempt is made to scan a condensing point on the surface of the sample 4, the condensing characteristics may change depending on the position of the optical element 3 and a difference in the plane resolution of analysis may occur, but the optical element 3 has a small aberration. By using a Wolter type mirror, the sample 4 can be two-dimensionally scanned without changing the plane resolution.

【0026】本実施例3によれば、エネルギー分析器周
りの装置構成をコンパクトにすることができ、かつ試料
交換を容易な装置構成にすることができる。
According to the third embodiment, the device structure around the energy analyzer can be made compact and the sample structure can be easily replaced.

【0027】(実施例4)本実施例4は、光学素子3を
電極21の内側に設置した場合である(図4)。本図に
おいては、図1と実質的に異なる部分のみが作画してあ
り、本発明で用いるエネルギー分析器においては、完全
に半球の電極21を用いているので、試料4から放出さ
れた電子をすべて位置分解型検出器10上に導くことが
できる。これまでの実施例では、光学素子3を設置する
空間を設けるため、電極の一部を削らざるを得なかっ
た。しかし、電極21を十分大きく製作する、あるいは
光学素子3を十分小さく製作することが可能な場合は、
本実施例4のように、光学素子3を電極21の内側に設
置することができ、電極を削ることなく、最大限の電子
取り込み立体角を実現することができる。
(Embodiment 4) In Embodiment 4, the optical element 3 is installed inside the electrode 21 (FIG. 4). In this figure, only a portion substantially different from that in FIG. 1 is drawn, and since the energy analyzer used in the present invention uses a completely hemispherical electrode 21, electrons emitted from the sample 4 are All can be directed onto the position-resolved detector 10. In the above-described examples, a space for installing the optical element 3 is provided, so that a part of the electrode has to be removed. However, if it is possible to make the electrode 21 sufficiently large or the optical element 3 sufficiently small,
As in the fourth embodiment, the optical element 3 can be installed inside the electrode 21, and the maximum solid angle of electron uptake can be realized without cutting the electrode.

【0028】本実施例4では、光学素子3、試料4、位
置分解型検出器10、スリット12、および半球電極2
1は一体化され、支持台22に設置されている。試料面
上を走査しながら分析するには、支持台22をコントロ
ーラ23により制御された移動機構24により移動させ
ながら行う。従って、本実施例4においても、走査の際
に光源1と光学素子3との位置関係が変化するが、実施
例3で述べたように、走査領域を限れば平面分解能を変
化させることなく、試料4の2次元走査が可能である。
あるいは、装置構成上可能ならば、試料4のみを独立に
動かせるよう、移動機構を追加してもよい。
In the fourth embodiment, the optical element 3, the sample 4, the position-resolved detector 10, the slit 12, and the hemispherical electrode 2 are used.
1 is integrated and installed on the support base 22. In order to analyze while scanning the sample surface, the support table 22 is moved by the moving mechanism 24 controlled by the controller 23. Therefore, in the fourth embodiment as well, the positional relationship between the light source 1 and the optical element 3 changes during scanning, but as described in the third embodiment, if the scanning area is limited, the plane resolution does not change. Two-dimensional scanning of the sample 4 is possible.
Alternatively, if possible due to the device configuration, a moving mechanism may be added so that only the sample 4 can be moved independently.

【0029】本実施例4によれば、試料より放出された
光電子を取り込む立体角を最大限大きくすることがで
き、より大きな信号強度を得ることができる。
According to the fourth embodiment, the solid angle for taking in the photoelectrons emitted from the sample can be maximized, and a larger signal intensity can be obtained.

【0030】(実施例5)これまでの実施例において
は、位置分解型検出器10を用いて、真空中において、
光電子信号強度の角度分布を取得していた。この場合、
検出器自体高価かつ複雑なものとなる。本実施例5で
は、蛍光板25を設置し、この蛍光板に映ったパターン
を真空外からカメラ26などで観察する(図5)。ま
た、蛍光板25に光電子が適当な運動エネルギーをもっ
て入射するように、コントローラ11によって制御され
た加減速用電極27を設置した。カメラ26により得た
画像をデータ化して計算機13に取り込み、必要な解析
を施す。
(Fifth Embodiment) In the above-described embodiments, the position-resolving detector 10 is used in vacuum to
The angular distribution of photoelectron signal intensity was acquired. in this case,
The detector itself is expensive and complicated. In the fifth embodiment, a fluorescent plate 25 is installed, and the pattern reflected on the fluorescent plate is observed from outside the vacuum with a camera 26 or the like (FIG. 5). Further, an acceleration / deceleration electrode 27 controlled by the controller 11 is installed so that photoelectrons are incident on the fluorescent plate 25 with appropriate kinetic energy. The image obtained by the camera 26 is converted into data, which is taken into the computer 13 and subjected to necessary analysis.

【0031】本実施例5によれば、真空中に設置する位
置分解型検出器を簡便なものにでき、廉価かつ保守の容
易な装置とすることができる。
According to the fifth embodiment, the position-resolved detector installed in a vacuum can be made simple, and the device can be made inexpensive and easy to maintain.

【0032】以上、いくつかの実施例について述べた
が、これらの実施例の方式を組合せた方式も十分に考え
られる。
Although some embodiments have been described above, a method combining the methods of these embodiments is also sufficiently conceivable.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る試料
表面分析法及びその分析装置においては、軟X線から真
空紫外までの波長領域にある光を試料表面の微小領域に
集光して照射し、そこから放出される光電子の運動エネ
ルギーと角度分布とから、上記試料表面の微小領域にお
ける深さ方向分析、バンド構造や結晶構造の解析などの
物理、化学量の計測が簡便に行えるようになった。
As described above, in the sample surface analysis method and analyzer according to the present invention, light in the wavelength range from soft X-rays to vacuum ultraviolet is focused on a minute area of the sample surface. From the kinetic energy and angular distribution of photoelectrons emitted from it, it is possible to easily perform physical and chemical measurements such as depth direction analysis, band structure and crystal structure analysis in the microscopic region of the sample surface. Became.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る実施例1の分析装置の構成を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an analyzer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】実施例2における分析装置の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an analyzer according to a second embodiment.

【図3】実施例3における分析装置の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of an analyzer according to a third embodiment.

【図4】実施例4における分析装置の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of an analyzer according to a fourth embodiment.

【図5】実施例5における分析装置の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of an analyzer according to a fifth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源 2…分光器 3…光学素子 4…試料 5…コントローラ 6…移動機構 7…試料台 8…コントローラ 9…電極 10…位置分解型検出
器 11…コントローラ 12…スリット 13…計算機 14…表示装置 15…支持台 16…コントローラ 17…移動機構 18…支持台 19…コントローラ 20…移動機構 21…電極 22…支持台 23…コントローラ 24…移動機構 25…蛍光板 26…カメラ 27…加減速用電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 2 ... Spectroscope 3 ... Optical element 4 ... Sample 5 ... Controller 6 ... Moving mechanism 7 ... Sample stand 8 ... Controller 9 ... Electrode 10 ... Position-resolved detector 11 ... Controller 12 ... Slit 13 ... Computer 14 ... Display Device 15 ... Support stand 16 ... Controller 17 ... Moving mechanism 18 ... Support stand 19 ... Controller 20 ... Moving mechanism 21 ... Electrode 22 ... Support stand 23 ... Controller 24 ... Moving mechanism 25 ... Fluorescent screen 26 ... Camera 27 ... Acceleration / deceleration electrode

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】軟X線から真空紫外線までの波長領域にあ
る光を試料表面に照射し、該試料表面から放出された光
電子の運動エネルギー分布と放出角度分布とから、該試
料表面についての特定の物理量あるいは化学量を数学的
手段により分析する試料表面分析法において、上記光は
光学素子により集光されて上記試料表面の微小領域を照
射し、かつ、該試料表面から放出された光電子の運動エ
ネルギーの分析には、同時に、上記光電子の放出角度分
布を2次元像として表示できるエネルギー分析器を用い
たことを特徴とする試料表面分析法。
1. Identification of the sample surface from the kinetic energy distribution and emission angle distribution of photoelectrons emitted from the sample surface by irradiating the sample surface with light in the wavelength region from soft X-rays to vacuum ultraviolet rays. In a sample surface analysis method for analyzing the physical quantity or chemical quantity of a sample by mathematical means, the light is focused by an optical element to irradiate a minute area on the sample surface, and the movement of photoelectrons emitted from the sample surface A sample surface analysis method characterized by using an energy analyzer capable of simultaneously displaying the above-mentioned photoelectron emission angle distribution as a two-dimensional image for energy analysis.
【請求項2】上記光電子の放出角度分布を積分変換する
ことにより、上記試料における特定の元素あるいはその
化学状態の深さ方向分布を計測することを特徴とする請
求項1に記載の試料表面分析法。
2. The sample surface analysis according to claim 1, wherein the depth direction distribution of a specific element or its chemical state in the sample is measured by performing integral conversion on the emission angle distribution of the photoelectrons. Law.
【請求項3】上記光電子の運動エネルギーと放出角度と
の相関をとることにより、上記試料のバンド構造を計測
することを特徴とする請求項1に記載の試料表面分析
法。
3. The sample surface analysis method according to claim 1, wherein the band structure of the sample is measured by correlating the kinetic energy of the photoelectrons and the emission angle.
【請求項4】上記光電子の放出角度分布を積分変換する
ことにより、上記試料の結晶構造を計測することを特徴
とする請求項1に記載の試料表面分析法。
4. The sample surface analysis method according to claim 1, wherein the crystal structure of the sample is measured by performing integral conversion on the emission angle distribution of the photoelectrons.
【請求項5】上記エネルギー分析器の電極構造が、2つ
の同心球の一部からなることを特徴とする請求項1から
4までのいずれかの項に記載の試料表面分析法。
5. The sample surface analysis method according to claim 1, wherein the electrode structure of the energy analyzer comprises a part of two concentric spheres.
【請求項6】上記エネルギー分析器の電極構造が、楕円
球の一部からなることを特徴とする請求項1から4まで
のいずれかの項に記載の試料表面分析法。
6. The sample surface analysis method according to claim 1, wherein the electrode structure of the energy analyzer comprises a part of an ellipsoidal sphere.
【請求項7】上記光の上記光学素子による集光点を上記
試料表面上で走査することにより、上記試料表面上の特
定の領域範囲に対して、上記試料の物理量あるいは化学
量の分布を計測することを特徴とする請求項1に記載の
試料表面分析法。
7. A distribution of a physical quantity or a chemical quantity of the sample is measured in a specific area range on the sample surface by scanning a focal point of the light by the optical element on the sample surface. The sample surface analysis method according to claim 1, wherein
【請求項8】上記光の集光点を上記試料表面上で走査す
ることにより、該試料表面上の特定の領域範囲に対し
て、特定の元素あるいはその化学状態の3次元分布を計
測することを特徴とする請求項2に記載の試料表面分析
法。
8. A three-dimensional distribution of a specific element or its chemical state is measured for a specific area range on the sample surface by scanning the light condensing point on the sample surface. The sample surface analysis method according to claim 2, wherein
【請求項9】上記光の集光点を上記試料表面上で走査す
ることにより、該試料表面上の特定の領域範囲に対し
て、上記試料のバンド構造の分布を計測することを特徴
とする請求項3に記載の試料表面分析法。
9. The band structure distribution of the sample is measured with respect to a specific area range on the sample surface by scanning the focal point of the light on the sample surface. The sample surface analysis method according to claim 3.
【請求項10】上記光の集光点を上記試料表面上で走査
することにより、該試料表面上の特定の領域範囲に対し
て、結晶構造の分布を計測することを特徴とする請求項
4に記載の試料表面分析法。
10. The distribution of the crystal structure is measured in a specific region range on the sample surface by scanning the focal point of the light on the sample surface. The sample surface analysis method described in 1.
【請求項11】上記光の集光点を上記試料表面上で走査
する方法が、固定した上記光の集光点に対して、上記試
料全体を移動させることによることを特徴とする請求項
7から10までのいずれかの項に記載の試料表面分析
法。
11. The method for scanning the light focusing point on the sample surface is to move the entire sample with respect to the fixed light focusing point. The sample surface analysis method according to any one of 1 to 10.
【請求項12】上記光の集光点を上記試料表面上で走査
する方法が、上記光学素子を移動させることによって行
われることを特徴とする請求項7から10までのいずれ
かの項に記載の試料表面分析法。
12. The method according to claim 7, wherein the method of scanning the light converging point on the sample surface is performed by moving the optical element. Sample surface analysis method.
【請求項13】上記光学素子が反射型光学素子であるこ
とを特徴とする請求項1から12までのいずれかの項に
記載の試料表面分析法。
13. The sample surface analysis method according to claim 1, wherein the optical element is a reflective optical element.
【請求項14】上記光学素子が回折型光学素子であるこ
とを特徴とする請求項1から12までのいずれかの項に
記載の試料表面分析法。
14. The sample surface analysis method according to claim 1, wherein the optical element is a diffractive optical element.
【請求項15】上記光学素子が屈折型光学素子であるこ
とを特徴とする請求項1から12までのいずれかの項に
記載の試料表面分析法。
15. The sample surface analysis method according to any one of claims 1 to 12, wherein the optical element is a refractive optical element.
【請求項16】上記光学素子が、反射型、回折型、ある
いは屈折型光学素子の適宜の組合せからなることを特徴
とする請求項1から12までのいずれかの項に記載の試
料表面分析法。
16. The sample surface analysis method according to claim 1, wherein the optical element is made of an appropriate combination of reflective, diffractive, or refractive optical elements. .
【請求項17】軟X線から真空紫外線までの波長領域に
ある光を光学素子により試料表面上に集光する手段と、
該試料表面から放出された光電子の運動エネルギー分布
を計測する手段と、該光電子の放出角度分布を2次元像
として表示する手段と、上記の各手段により得られた検
出信号に数学的変換を施す手段とを備え、上記試料表面
に関する物理量あるいは化学量を分析することを特徴と
する試料表面分析装置。
17. Means for condensing light in the wavelength region from soft X-rays to vacuum ultraviolet rays on the sample surface by an optical element,
Means for measuring the kinetic energy distribution of photoelectrons emitted from the sample surface, means for displaying the emission angle distribution of the photoelectrons as a two-dimensional image, and mathematical conversion of the detection signal obtained by each of the above means. And a means for analyzing a physical quantity or a chemical quantity related to the surface of the sample.
【請求項18】上記検出信号を積分変換する手段を備
え、上記試料の元素あるいはその化学状態の深さ方向分
布を計測することを特徴とする請求項17に記載の試料
表面分析装置。
18. The sample surface analyzer according to claim 17, further comprising means for integrating and converting the detection signal, and measuring the depthwise distribution of the element of the sample or its chemical state.
【請求項19】上記試料表面から放出された光電子の運
動エネルギー分布と放出角度分布とを対応づける手段を
備え、上記試料のバンド構造を計測することを特徴とす
る請求項17に記載の試料表面分析装置。
19. The sample surface according to claim 17, further comprising means for associating a kinetic energy distribution of photoelectrons emitted from the sample surface with an emission angle distribution, and measuring a band structure of the sample. Analysis equipment.
【請求項20】上記検出信号を積分変換する手段を備
え、上記試料の結晶構造を計測することを特徴とする請
求項17に記載の試料表面分析装置。
20. The sample surface analyzer according to claim 17, further comprising means for integrating and converting the detection signal to measure a crystal structure of the sample.
【請求項21】上記光の集光点を上記試料表面上で走査
する手段を備えたことを特徴とする請求項17から20
までのいずれかの項に記載の試料表面分析装置。
21. A means for scanning the focal point of the light on the surface of the sample, according to any one of claims 17 to 20.
The sample surface analyzer according to any one of the above items.
【請求項22】上記光の集光点を上記試料表面上で走査
するために、該集光点に対して上記試料全体を移動させ
る手段を備えたことを特徴とする請求項21に記載の試
料表面分析装置。
22. The device according to claim 21, further comprising means for moving the entire sample with respect to the converging point in order to scan the converging point of the light on the surface of the sample. Sample surface analyzer.
【請求項23】上記光の集光点を上記試料表面上で走査
するために、上記光学素子を移動させる手段を備えたこ
とを特徴とする請求項21に記載の試料表面分析装置。
23. The sample surface analyzer according to claim 21, further comprising means for moving the optical element in order to scan the light collecting point on the sample surface.
【請求項24】上記光を上記試料表面上に集光する手段
が、反射型光学素子で構成されていることを特徴とする
請求項17から23までのいずれかの項に記載の試料表
面分析装置。
24. The sample surface analysis according to any one of claims 17 to 23, wherein the means for collecting the light on the sample surface is constituted by a reflection type optical element. apparatus.
【請求項25】上記光を上記試料表面上に集光する手段
が、回折型光学素子で構成されていることを特徴とする
請求項17から23までのいずれかの項に記載の試料表
面分析装置。
25. The sample surface analysis according to any one of claims 17 to 23, wherein the means for collecting the light on the sample surface is composed of a diffractive optical element. apparatus.
【請求項26】上記光を上記試料表面上に集光する手段
が、屈折型光学素子で構成されていることを特徴とする
請求項17から23までのいずれかの項に記載の試料表
面分析装置。
26. The sample surface analysis according to any one of claims 17 to 23, wherein the means for collecting the light on the sample surface is constituted by a refraction type optical element. apparatus.
【請求項27】上記光を上記試料表面上に集光する手段
が、反射型、回折型、あるいは屈折型光学素子の適宜の
組合せにより構成されていることを特徴とする請求項1
7から23までのいずれかの項に記載の試料表面分析装
置。
27. The means for condensing the light on the sample surface is constituted by an appropriate combination of reflective, diffractive or refractive optical elements.
The sample surface analyzer according to any one of items 7 to 23.
JP5253952A 1993-10-12 1993-10-12 Method and apparatus for surface analysis of sample Pending JPH07110311A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5253952A JPH07110311A (en) 1993-10-12 1993-10-12 Method and apparatus for surface analysis of sample

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5253952A JPH07110311A (en) 1993-10-12 1993-10-12 Method and apparatus for surface analysis of sample

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07110311A true JPH07110311A (en) 1995-04-25

Family

ID=17258261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5253952A Pending JPH07110311A (en) 1993-10-12 1993-10-12 Method and apparatus for surface analysis of sample

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07110311A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014130083A (en) * 2012-12-28 2014-07-10 Fujitsu Ltd X-ray analyzing apparatus and method, and program
JP2021032706A (en) * 2019-08-23 2021-03-01 国立大学法人 東京大学 electronic microscope

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014130083A (en) * 2012-12-28 2014-07-10 Fujitsu Ltd X-ray analyzing apparatus and method, and program
JP2021032706A (en) * 2019-08-23 2021-03-01 国立大学法人 東京大学 electronic microscope

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11619596B2 (en) X-ray photoemission system for 3-D laminography
US6548810B2 (en) Scanning confocal electron microscope
US7400704B1 (en) High resolution direct-projection type x-ray microtomography system using synchrotron or laboratory-based x-ray source
US5481109A (en) Surface analysis method and apparatus for carrying out the same
JP2842879B2 (en) Surface analysis method and device
US20150055745A1 (en) Phase Contrast Imaging Using Patterned Illumination/Detector and Phase Mask
Capasso et al. High‐resolution x‐ray microscopy using an undulator source, photoelectron studies with MAXIMUM
Cerrina et al. Maximum: A scanning photoelectron microscope at Aladdin
Takeo et al. A highly efficient nanofocusing system for soft x rays
Chapman et al. Applications of a CCD detector in scanning transmission x‐ray microscope
Voss et al. Grazing incidence optics for soft x‐ray microscopy
US5864599A (en) X-ray moire microscope
JPH05113418A (en) Surface analyzing apparatus
JPH07110311A (en) Method and apparatus for surface analysis of sample
JP3392550B2 (en) Method for measuring deflection angle of charged particle beam and charged particle beam apparatus
JPH06160314A (en) Method and apparatus for surface analysis
Ko et al. Development of a second generation scanning photoemission microscope with a zone plate generated microprobe at the National Synchrotron Light Source
CN108709898B (en) Microbeam X-ray fluorescence analysis system based on combined X-ray capillary
JP3107593B2 (en) Pattern inspection equipment
JPH05126769A (en) Method and apparatus for analyzing surface
JP2967074B2 (en) Charged particle beam microscope and charged particle beam microscope
JPH0560702A (en) Method and device for picking up sectional image using x rays
JPH0961600A (en) Scanning x-ray microscope
JPH07260714A (en) X-ray analyzer
JPH0445552A (en) Surface analyzer