JPH0712763A - Surface analysis method and surface analysis device - Google Patents
Surface analysis method and surface analysis deviceInfo
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- JPH0712763A JPH0712763A JP5152234A JP15223493A JPH0712763A JP H0712763 A JPH0712763 A JP H0712763A JP 5152234 A JP5152234 A JP 5152234A JP 15223493 A JP15223493 A JP 15223493A JP H0712763 A JPH0712763 A JP H0712763A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体やセラミックス材
料の表面分析、特に電子線を用いた表面分析方法及び表
面分析装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to surface analysis of semiconductors and ceramic materials, and more particularly to a surface analysis method and surface analysis apparatus using an electron beam.
【0002】[0002]
【従来の技術】電子素子やオプトエレクトロニクス素子
への適用を目的とする半導体やセラミックス薄膜の開発
が進展し、薄膜の寸法をnmサイズで制御する技術が開発
されるようになってきた。このため、材料の分析評価法
として特に表面分析技術はますます重要になってきた。
表面分析項目としては、組成、結晶構造、不純物、欠
陥、結合状態など各種あり、いろいろな測定手段を用い
て体系的に解釈しなければならない。2. Description of the Related Art Development of semiconductor and ceramic thin films for application to electronic devices and optoelectronic devices has progressed, and techniques for controlling the size of thin films in nm size have been developed. For this reason, the surface analysis technique has become more and more important as a material analysis and evaluation method.
There are various surface analysis items such as composition, crystal structure, impurities, defects, and bonding state, which must be systematically interpreted using various measuring means.
【0003】この表面分析法の一つにカソードルミネッ
センス法と呼ばれる方法がある。この方法は、電子線を
試料表面に照射して発生するルミネッセンス光を計測、
分析することにより、試料の結晶完全性、不純物、結晶
欠陥、歪場などを解析するものであり、特に発光素子の
開発には欠くことのできない方法として利用されてい
る。このカソードルミネッセンス法では、図7に示す様
に真空容器1の内部に設置した試料4の表面に、電子銃
6から放出され5〜20kV程度に加速された電子線8を垂
直に入射させる。そして、この電子線8によって試料4
の表面でルミネッセンス光10が発生する。このルミネ
ッセンス光10を集光ミラー12で集光して前記真空容
器1の外部に取り出し、分光器16で分光したのち光検
出器18で電気信号に変換している。One of the surface analysis methods is a method called cathodoluminescence method. This method measures the luminescence light generated by irradiating the sample surface with an electron beam,
The analysis is used to analyze the crystal perfection, impurities, crystal defects, strain field, etc. of the sample, and it is used as a method indispensable for the development of light emitting devices. In this cathodoluminescence method, as shown in FIG. 7, an electron beam 8 emitted from an electron gun 6 and accelerated to about 5 to 20 kV is vertically incident on the surface of a sample 4 placed inside a vacuum container 1. Then, the electron beam 8 causes the sample 4
Luminescence light 10 is generated on the surface of the. The luminescence light 10 is condensed by a condenser mirror 12, taken out of the vacuum container 1, separated by a spectroscope 16, and then converted into an electric signal by a photodetector 18.
【0004】試料表面の結晶性、平坦性は、エピタキシ
ャル薄膜や超格子薄膜などの作製にとって非常に重要で
ある。この極表面の結晶構造の評価の1つに、反射高速
電子線回折(以下RHEED と略す)法があり、特に分子線
エピタキシャル法ではその場評価法として広く用いられ
ている。RHEED 法は図8に示す様に、真空容器1の内部
に設置した試料4の表面に、電子銃6から放出され5〜
30kV程度に加速された電子線8をほぼ水平に入射させ
る。そして、この電子線は試料4の表面で回折を起こ
す。回折した電子線8’は蛍光スクリーン20を光らせ
る。これをカメラ21で撮影することによりRHEED 図形
を得ることができる。The crystallinity and flatness of the sample surface are very important for the production of epitaxial thin films and superlattice thin films. The reflection high-energy electron diffraction (hereinafter abbreviated as RHEED) method is one of the evaluations of the crystal structure of the pole surface, and is widely used as an in-situ evaluation method particularly in the molecular beam epitaxial method. In the RHEED method, as shown in FIG. 8, 5 to 5 emitted from the electron gun 6 is applied to the surface of the sample 4 installed inside the vacuum container 1.
The electron beam 8 accelerated to about 30 kV is made incident substantially horizontally. Then, this electron beam causes diffraction on the surface of the sample 4. The diffracted electron beam 8'illuminates the fluorescent screen 20. A RHEED figure can be obtained by photographing this with the camera 21.
【0005】また、最近このRHEED 測定時に発生するX
線を計測するRHEED-TRAXS(Reflection high-energy ele
ctron diffraction-total reflection angle X-ray spe
ctroscopy)法が提案された(Shunji Hasegawa et. al.,
Jpn. J. Appl. Phys. 24, L387(1985).)。図9にRHEE
D-TRAXS 装置を示す。電子線照射によって発生するX線
28は、四方八方に均一には放出されず全反射の条件で
強く放出される。したがってX線の検出器30は全反射
の位置に取り付けられ、位置の微調整ができるようにな
っている。入射電子線8は試料4の表面にほぼ平行に近
い角度で入射し、しかも表面の物質からのX線28を全
反射角に近い取り出し角度で計測するため、極表面の組
成の分析ができる。Further, recently, X generated during the RHEED measurement
RHEED-TRAXS (Reflection high-energy ele)
ctron diffraction-total reflection angle X-ray spe
ctroscopy) method was proposed (Shunji Hasegawa et. al.,
Jpn. J. Appl. Phys. 24, L387 (1985).). Figure 9 RHEE
The D-TRAXS device is shown. The X-rays 28 generated by electron beam irradiation are not uniformly emitted in all directions but are strongly emitted under the condition of total reflection. Therefore, the X-ray detector 30 is attached at the position of total reflection, and the position can be finely adjusted. The incident electron beam 8 is incident on the surface of the sample 4 at an angle substantially parallel to it, and the X-ray 28 from the substance on the surface is measured at an extraction angle close to the total reflection angle, so that the composition of the polar surface can be analyzed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記カソード
ルミネッセンス法においては、高速電子線が試料表面に
ほぼ垂直に入射する配置で構成されている。このため電
子が試料表面から深く侵入し、その深さは電子線8の加
速電圧に依存して約1〜数μm に達する。このため、nm
オーダーの極表面分析には適用できないという欠点があ
る。また、従来のRHEED では結晶の極表面、数原子層オ
ーダーの原子配列の情報を得ることができるが、不純物
や結晶欠陥に関する情報を得ることはできない。さら
に、RHEED-TRAXS 法では結晶の極表面、数原子層オーダ
ーの原子配列や平坦性、組成の情報を得ることができる
が、不純物や結晶欠陥に関する情報を得ることはできな
い。そこで本発明の課題は、カソードルミネッセンス
法、RHEED 法及びRHEED-TRAXS 法の問題点を解決して、
nmオーダーの極表面の結晶性、平坦性、不純物、結晶欠
陥を同時にしかも同一場所で分析することが可能な表面
分析方法および表面分析装置を提供することにある。However, in the above-mentioned cathode luminescence method, the high-speed electron beam is arranged so as to enter the surface of the sample substantially perpendicularly. Therefore, electrons penetrate deeply from the surface of the sample, and the depth thereof reaches about 1 to several μm depending on the acceleration voltage of the electron beam 8. Therefore, nm
It has the drawback that it cannot be applied to very-order polar surface analysis. In addition, the conventional RHEED can obtain information on the extreme surface of the crystal and atomic arrangement on the order of several atomic layers, but cannot obtain information on impurities and crystal defects. Furthermore, although the RHEED-TRAXS method can obtain information on the extreme surface of the crystal, atomic arrangement on the order of several atomic layers, flatness, and composition, it cannot obtain information on impurities and crystal defects. Therefore, an object of the present invention is to solve the problems of the cathodoluminescence method, the RHEED method and the RHEED-TRAXS method,
It is an object of the present invention to provide a surface analysis method and a surface analysis apparatus capable of analyzing crystallinity, flatness, impurities, and crystal defects of an nm-order pole surface at the same place at the same time.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】前記カソードルミネッセ
ンス法の問題点を解決するため、本発明は、カソードル
ミネッセンス測定のための配置として、試料表面に入射
する電子線の入射角が10°以下になるように構成した
ことをを特徴とする。電子線の入射角度を小さくすると
ともに試料表面への電子の侵入深さは浅くなり、特に試
料表面とすれすれになるような浅い角度では、侵入深さ
は数nmと極端に浅くすることができる。したがってルミ
ネッセンス光の発生する領域も、表面から深さ数nm程度
以下の極表面領域とすることができる。ここで電子の侵
入深さは、電子線の加速が大きいほど深くなるが、通常
用いられている5〜30kV程度の加速電圧では前記入射角
を数°以下にすることにより極表面分析が可能である。In order to solve the problems of the above-mentioned cathode luminescence method, the present invention is arranged for the cathode luminescence measurement so that the incident angle of the electron beam incident on the sample surface is 10 ° or less. It is characterized in that it is configured as follows. As the angle of incidence of the electron beam is made smaller, the depth of penetration of electrons into the sample surface becomes shallower, and especially at a shallow angle such that the surface of the sample is grazing, the penetration depth can be extremely shallow, a few nm. Therefore, the region where the luminescence light is generated can also be an extremely surface region having a depth of about several nm or less from the surface. Here, the penetration depth of the electron becomes deeper as the acceleration of the electron beam increases, but with the commonly used accelerating voltage of about 5 to 30 kV, it is possible to perform the polar surface analysis by setting the incident angle to several degrees or less. is there.
【0008】前記RHEED 法の問題点を解決するため、本
発明は、RHEED 測定時に発生するルミネッセンス光を同
時に測定することを特徴とする。RHEED では電子線を用
いているため、測定時にルミネッセンス光が発生する。
また、電子線を試料表面にすれすれに入射させるため、
試料内部にほとんど侵入しない。このため、従来の方法
と異なり、ルミネッセンス光には極表面からの信号しか
含まれていない。本発明の方法では、真空容器内に電子
銃および蛍光スクリーンから構成される反射高速電子線
回折測定系と、前記電子銃から照射される電子線により
試料表面から発生するルミネッセンス光を集光および導
光するための光学系を備え、前記光学系により前記ルミ
ネッセンス光を前記真空槽の外部に取り出し、前記真空
槽の外部に前記ルミネッセンス光を計測するための分光
器と光検出器を備え、RHEED 像とルミネッセンス光を同
時に測定する。In order to solve the problems of the RHEED method, the present invention is characterized in that the luminescence light generated during the RHEED measurement is simultaneously measured. Since RHEED uses an electron beam, luminescence light is generated during measurement.
Also, since the electron beam is made to enter the sample surface smoothly,
Almost no penetration into the sample. Therefore, unlike the conventional method, the luminescence light contains only the signal from the polar surface. In the method of the present invention, a reflection high-speed electron beam diffraction measurement system including an electron gun and a fluorescent screen in a vacuum container, and a luminescence light generated from a sample surface by an electron beam emitted from the electron gun are collected and guided. An optical system for irradiating, the luminescence light is taken out of the vacuum chamber by the optical system, and a spectroscope and a photodetector for measuring the luminescence light are provided outside the vacuum chamber, and a RHEED image And luminescence light are measured at the same time.
【0009】また、電子線を材料表面上を走査させ、各
走査点で電子線により発生するルミネッセンス光を計測
し、また各走査点でRHEED 像を測定する。これらを2次
元的に解析することにより、2次元での表面分析が可能
となる。電子線を試料表面上で絞ることにより面内方向
特に電子線に垂直方向での分解能を上げることができ
る。Further, the surface of the material is scanned with an electron beam, the luminescence light generated by the electron beam is measured at each scanning point, and the RHEED image is measured at each scanning point. By analyzing these two-dimensionally, a two-dimensional surface analysis becomes possible. By narrowing the electron beam on the surface of the sample, it is possible to improve the resolution in the in-plane direction, particularly in the direction perpendicular to the electron beam.
【0010】また、本発明は、前記RHEED-TRAXS 法の問
題点を解決するため、RHEED-TRAXS測定時に発生するル
ミネッセンス光をも同時に測定することを特徴とする。
電子線を試料表面にすれすれに入射させるため、試料内
部にはほとんど侵入しない。このため、従来の方法と異
なり、ルミネッセンス光には極表面からの信号しか含ま
れていない。このようにして、RHEED 像とX線とルミネ
ッセンス光を同時に測定する。In order to solve the problems of the RHEED-TRAXS method, the present invention is also characterized in that luminescence light generated during RHEED-TRAXS measurement is also measured.
Since the electron beam is smoothly incident on the sample surface, it hardly penetrates into the sample. Therefore, unlike the conventional method, the luminescence light contains only the signal from the polar surface. In this way, the RHEED image, X-rays and luminescence light are simultaneously measured.
【0011】[0011]
【作用】以上述べたように本発明によれば、試料表面に
入射する電子線の入射角を小さくすることにより、深さ
nmオーダー以下の極表面の結晶完全性、不純物、結晶欠
陥、歪場などの評価が可能となる。また、RHEED 測定と
カソードルミネッセンス測定を同時に行うことにより、
極表面の結晶構造だけでなく結晶完全性、不純物、結晶
欠陥、歪場などの評価が可能となる。また、電子線を走
査することにより、2次元での評価が可能となる。ま
た、従来の方法では試料表面にほぼ垂直に入射した電子
が運動エネルギーを試料との衝突で失なって試料表面に
留まるため、絶縁性の材料では異常な帯電が発生して正
確な測定が困難であったが、本発明の方法によれば電子
線の大部分は試料表面で反射するため帯電を大幅に低減
することができる。As described above, according to the present invention, by reducing the incident angle of the electron beam incident on the sample surface,
It is possible to evaluate crystal perfection, impurities, crystal defects, strain field, etc. on the ultra-surface on the order of nm or less. In addition, by simultaneously performing RHEED measurement and cathodoluminescence measurement,
It is possible to evaluate not only the crystal structure of the extreme surface but also crystal perfection, impurities, crystal defects, strain fields, and the like. Further, by scanning with an electron beam, a two-dimensional evaluation becomes possible. Also, in the conventional method, electrons that are incident almost perpendicularly to the sample surface lose their kinetic energy due to collision with the sample and remain on the sample surface, making it difficult to measure accurately because abnormal charging occurs with insulating materials. However, according to the method of the present invention, most of the electron beam is reflected on the sample surface, so that the charging can be significantly reduced.
【0012】[0012]
【実施例】本発明の実施例について図面を用いて説明す
る。なお、特に必要でないかぎり、従来技術で使用した
部材番号を用いるものとする。 (実施例1)図1に本発明による第1の実施例の表面分
析装置の概略を示す。真空容器1の内部の回転およびあ
おり機構付きの試料ホルダー2に試料4を固定する。試
料4を電子で励起するための電子銃6が取り付けられて
いる。電子銃6から出た電子線8は試料4の表面にほぼ
平行に近い浅い角度で入射するように、試料4と電子銃
6は配置されている。この電子線8によって試料4は光
る。真空容器1内の試料表面の上に、試料4から発生し
たルミネッセンス光10を集光および導光するための放
物面形状の集光ミラー12が取り付けられている。前記
放物面形状の集光ミラー12の代わりにレンズや反射ミ
ラーを組み合わせてもよい。集光したルミネッセンス光
10は真空容器1の石英ガラス窓14を通過して真空容
器1の外に取り出される。真空容器1の外には分光器1
6と光検出器18が設置されており、導光されたルミネ
ッセンス光10を分光計測する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Unless otherwise required, the member numbers used in the prior art will be used. (Embodiment 1) FIG. 1 schematically shows a surface analysis apparatus of a first embodiment according to the present invention. A sample 4 is fixed to a sample holder 2 having a rotation and tilt mechanism inside the vacuum container 1. An electron gun 6 for exciting the sample 4 with electrons is attached. The sample 4 and the electron gun 6 are arranged so that the electron beam 8 emitted from the electron gun 6 is incident on the surface of the sample 4 at a shallow angle that is almost parallel. The electron beam 8 causes the sample 4 to glow. A parabolic focusing mirror 12 for focusing and guiding the luminescence light 10 generated from the sample 4 is mounted on the sample surface in the vacuum container 1. Instead of the parabolic focusing mirror 12, a lens or a reflecting mirror may be combined. The condensed luminescence light 10 passes through the quartz glass window 14 of the vacuum container 1 and is taken out of the vacuum container 1. A spectroscope 1 is provided outside the vacuum container 1.
6 and a photodetector 18 are installed to spectroscopically measure the guided luminescence light 10.
【0013】本実施例では、試料4として、鏡面仕上げ
したサファイアおよびこれに金薄膜を蒸着したものを用
い、電子線8の入射角度を約2°にしてルミネッセンス
光10の分光測定を行った。その結果を図2および図3
に示す。図3は、サファイアおよびサファイアの上に金
薄膜をそれぞれ5nm、12nmの厚みに蒸着した試料からの
ルミネッセンススペクトルを示す。326nm 付近に強いピ
ーク、692nm 、694nmに非常に鋭いピーク、737nm 付近
にブロードなピークが観測され、これらのピークの強度
は金蒸着膜を厚くすると急激に弱くなった。また、図2
に326nm 、694nm 、737nm のピーク強度の金膜厚依存性
を示すが、ピークによって膜厚依存性が異なることがわ
かる。このように、本発明により深さnmオーダーでルミ
ネッセンス測定が可能になった。In this embodiment, as the sample 4, a mirror-finished sapphire and a gold thin film vapor-deposited thereon were used, and the luminescence light 10 was spectroscopically measured with the incident angle of the electron beam 8 being about 2 °. The results are shown in FIG. 2 and FIG.
Shown in. FIG. 3 shows luminescence spectra from sapphire and a sample obtained by vapor-depositing a gold thin film on sapphire to a thickness of 5 nm and 12 nm, respectively. A strong peak near 326 nm, a very sharp peak at 692 nm and 694 nm, and a broad peak near 737 nm were observed, and the intensities of these peaks became sharply weaker when the gold deposition film was thickened. Also, FIG.
The dependence of the peak intensities at 326 nm, 694 nm, and 737 nm on the gold film thickness is shown, and it can be seen that the film thickness dependence depends on the peak. As described above, according to the present invention, it becomes possible to measure luminescence on the order of depth nm.
【0014】(実施例2)図4に本発明による第2の実
施例の表面分析装置の構成図を示す。真空容器1の内部
には、回転およびあおり機構付きの試料ホルダー2があ
り、この試料ホルダー2に試料4を固定する。電子銃6
と蛍光スクリーン20が試料4の両側にそれぞれ試料4
をはさんで対向する位置に取り付けられており、電子銃
6から出た電子線8は試料4の表面にほぼ平行に近い浅
い角度で入射するようになっている。試料4表面に入射
した電子線8は表面で回折され、回折された電子線8’
は蛍光スクリーン20に到達してこれを光らせる。これ
によりRHEED 測定を行うことができる。(Embodiment 2) FIG. 4 shows a block diagram of a surface analysis apparatus according to a second embodiment of the present invention. Inside the vacuum container 1, there is a sample holder 2 with a rotating and tilting mechanism, and a sample 4 is fixed to this sample holder 2. Electron gun 6
And the fluorescent screen 20 are provided on both sides of the sample 4 respectively.
The electron beam 8 emitted from the electron gun 6 is incident on the surface of the sample 4 at a shallow angle which is almost parallel to each other. The electron beam 8 incident on the surface of the sample 4 is diffracted on the surface, and the diffracted electron beam 8 '
Reaches the fluorescent screen 20 and makes it glow. This allows RHEED measurements.
【0015】また、真空容器1内には試料4から発生す
るルミネッセンス光10を集光するためのレンズ系12
aと、この集光した光を真空容器の外部に取り出すため
の導光系12b(この場合は全反射ミラー)が取り付け
られている。導光系12bには反射ミラーの他に光ファ
イバーを用いても良い。スクリーン20の光がレンズ1
2a内に入射しないように遮光板13が取り付けられて
いる。真空容器1の外部には分光器16が取り付けられ
ており、試料4からのルミネッセンス光10を分光計測
する。電子線8は試料表面にほぼ平行に入射するため試
料4内部にはほとんど侵入しない。したがって試料4か
ら発生するルミネッセンス光10は試料表面からのもの
に限定される。このようにして、極表面のRHEED 像とカ
ソードルミネッセンス測定が同時にしかも同一場所で行
うことができる。A lens system 12 for collecting the luminescence light 10 generated from the sample 4 in the vacuum container 1.
A and a light guide system 12b (in this case, a total reflection mirror) for taking out the condensed light to the outside of the vacuum container are attached. An optical fiber may be used for the light guide system 12b in addition to the reflection mirror. The light of the screen 20 is the lens 1
A light shielding plate 13 is attached so as not to enter the inside of 2a. A spectroscope 16 is attached to the outside of the vacuum container 1 to spectroscopically measure the luminescence light 10 from the sample 4. Since the electron beam 8 is incident on the sample surface substantially in parallel, it hardly penetrates into the sample 4. Therefore, the luminescence light 10 generated from the sample 4 is limited to that from the sample surface. In this way, the RHEED image of the pole surface and the cathodoluminescence measurement can be performed simultaneously and at the same location.
【0016】(実施例3)図5に本発明による第3の実
施例の表面分析装置の構成図を示す。基本構成は第2の
実施例と同じである。違いは電子銃6からでる電子線8
が試料表面で直径数nmから数μm 程度に絞ることがで
き、かつ試料表面上で電子線8を2次元的に走査できる
点である。そして、走査しながらRHEED とカソードルミ
ネッセンスを同一場所を同時に測定し、コンピュータ2
4で処理して2次元の評価を行う。このため、電子銃6
を走査するためのコントローラ22、コンピュータ24
が取り付けられている。また、反射回折電子の強度を計
測するため、フォトマルチプライア26が取り付けられ
ている。この反射回折電子の強度を輝度信号として使う
ことにより、走査型反射電子顕微鏡像を得ることができ
る。(Embodiment 3) FIG. 5 shows a block diagram of a surface analysis apparatus according to a third embodiment of the present invention. The basic configuration is the same as in the second embodiment. The difference is the electron beam 8 emitted from the electron gun 6.
The point is that the diameter of the sample surface can be narrowed from several nm to several μm, and the electron beam 8 can be two-dimensionally scanned on the sample surface. Then, while scanning, RHEED and cathodoluminescence are simultaneously measured at the same place, and the computer 2
Processing is performed at 4 to perform two-dimensional evaluation. Therefore, the electron gun 6
Controller 22, computer 24 for scanning
Is attached. Further, a photomultiplier 26 is attached to measure the intensity of the reflected and diffracted electrons. A scanning reflection electron microscope image can be obtained by using the intensity of the reflected diffraction electrons as a luminance signal.
【0017】(実施例4)図5に本発明による第4の実
施例の表面分析装置の構成図を示す。真空容器1の内部
には、回転およびあおり機構付きの試料ホルダー2があ
り、この試料ホルダー2に試料4を固定する。電子銃6
と蛍光スクリーン20が試料4の両側にそれぞれ試料4
をはさんで対向する位置に取り付けられており、電子銃
6から出た電子線8は試料表面にほぼ平行に近い浅い角
度で入射するようになっている。試料表面に入射した電
子線8は表面で回折され、蛍光スクリーン20に到達し
てこれを光らせる。これによりRHEED 測定を行うことが
できる。(Embodiment 4) FIG. 5 shows a block diagram of a surface analyzer according to a fourth embodiment of the present invention. Inside the vacuum container 1, there is a sample holder 2 with a rotating and tilting mechanism, and a sample 4 is fixed to this sample holder 2. Electron gun 6
And the fluorescent screen 20 are provided on both sides of the sample 4 respectively.
The electron beam 8 emitted from the electron gun 6 is attached to the sample surface so as to face each other at a shallow angle which is almost parallel to the sample surface. The electron beam 8 incident on the sample surface is diffracted on the surface and reaches the fluorescent screen 20 to illuminate it. This allows RHEED measurements.
【0018】また、電子線8によって試料4から特性X
線28が発生する。電子線8は試料表面にすれすれに入
射されるため、入射電子は多数の表面原子を励起し、表
面原子からの特性X線28の強度が強くなる。この表面
原子からの特性X線28の強度は、通常の電子線を垂直
入射させるX線マイクロアナリシスに比べて非常に強
い。また、特性X線28は、均一に四方八方に放出され
るのではなく、ある特定の方位で強く放出される。この
方位は特性X線28の固体表面に対する全反射の臨界角
に一致する。この方向にX線検出器30(Si(Li)検出
素子)を取り付ける。電子線8によって励起されたX線
28は、真空を維持するためのBe窓32を通して真空容
器1の外部に取り出され、X線検出器30に入射し検出
される。Further, the characteristic X from the sample 4 by the electron beam 8
Line 28 occurs. Since the electron beam 8 is gradually incident on the sample surface, the incident electrons excite many surface atoms, and the intensity of the characteristic X-ray 28 from the surface atoms becomes strong. The intensity of the characteristic X-rays 28 from the surface atoms is much higher than that of X-ray microanalysis in which a normal electron beam is vertically incident. Further, the characteristic X-rays 28 are not emitted uniformly in all directions, but are emitted strongly in a specific direction. This azimuth corresponds to the critical angle of the total reflection of the characteristic X-ray 28 with respect to the solid surface. The X-ray detector 30 (Si (Li) detection element) is attached in this direction. The X-ray 28 excited by the electron beam 8 is extracted to the outside of the vacuum container 1 through the Be window 32 for maintaining a vacuum, enters the X-ray detector 30, and is detected.
【0019】さらに、真空容器1内には試料4から発生
するルミネッセンス光10を集光し、真空容器1の外部
に取り出すためのレンズ系12が取り付けられている。
レンズ系12によって試料4からのルミネッセンス光1
0は分光器16に導かれ、分光計測される。電子線8は
試料表面にほぼ平行に入射するため試料4の内部にはほ
とんど侵入しない。したがって試料4から発生するルミ
ネッセンス光10は試料表面からのものに限定される。
このようにして、極表面のRHEED 像とX線分光測定とカ
ソードルミネッセンス測定が一測定部位でしかも同時に
行うことができる。また、電子線を試料表面上を2次元
的に走査させ、各走査点につき3種類の測定を行うこと
により、試料表面につき正確でかつ緻密な評価を行うこ
とができる。Further, inside the vacuum container 1, a lens system 12 for collecting the luminescence light 10 generated from the sample 4 and taking it out of the vacuum container 1 is attached.
Luminescence light 1 from the sample 4 by the lens system 12
0 is guided to the spectroscope 16 and spectroscopically measured. Since the electron beam 8 is incident on the sample surface substantially in parallel, it hardly penetrates into the sample 4. Therefore, the luminescence light 10 generated from the sample 4 is limited to that from the sample surface.
In this way, the RHEED image of the pole surface, the X-ray spectroscopic measurement and the cathodoluminescence measurement can be performed at the same measurement site and simultaneously. Further, an electron beam is two-dimensionally scanned on the sample surface, and three kinds of measurements are performed at each scanning point, so that accurate and precise evaluation can be performed on the sample surface.
【0020】[0020]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
極表面のルミネッセンス光を測定することができるた
め、極表面の不純物、結晶欠陥を解析することが可能と
なる。また、RHEED とカソードルミネッセンス評価が同
時にしかも同一測定部位で行うことができるため、表面
の結晶構造、不純物、結晶欠陥の評価を行うことができ
る。さらに、RHEED 、カソードルミネッセンス及びX線
分光測定を同一測定部位で行うことができるため、表面
の結晶構造、不純物、結晶欠陥に加えて表面組成の評価
することができ、体系的でかつ信頼性の高い表面分析を
行うことができる。また、本発明によれば、複数の分析
技術を複合化して簡易に高度な表面分析が可能となって
いる。As described in detail above, according to the present invention,
Since the luminescence light on the pole surface can be measured, impurities and crystal defects on the pole surface can be analyzed. Moreover, since RHEED and cathodoluminescence evaluation can be performed simultaneously and at the same measurement site, the surface crystal structure, impurities, and crystal defects can be evaluated. Furthermore, since RHEED, cathodoluminescence and X-ray spectroscopic measurement can be performed at the same measurement site, surface composition can be evaluated in addition to surface crystal structure, impurities and crystal defects, and systematic and reliable High surface analysis can be performed. Further, according to the present invention, a plurality of analysis techniques can be combined to easily perform advanced surface analysis.
【図1】カソードルミネッセンス法による表面分析装置
の構成図FIG. 1 is a block diagram of a surface analysis device by a cathodoluminescence method.
【図2】サファイアおよび金蒸着したサファイアのカソ
ードルミネッセンス強度との関係を示す図FIG. 2 is a diagram showing the relationship between sapphire and sapphire vapor-deposited with gold and the intensity of cathode luminescence.
【図3】サファイアの発光強度の金薄膜の膜厚依存性を
示すスペクトルFIG. 3 is a spectrum showing the dependence of the emission intensity of sapphire on the thickness of a gold thin film.
【図4】RHEED法及びカソードルミネッセンス法に
よる表面分析装置の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a surface analysis device by a RHEED method and a cathodoluminescence method.
【図5】電子線を試料表面上を走査可能なRHEED法
及びカソードルミネッセンス法による表面分析装置の構
成図FIG. 5 is a block diagram of a surface analysis apparatus by a RHEED method and a cathodoluminescence method capable of scanning the sample surface with an electron beam.
【図6】RHEED 法、カソードルミネッセンス法及びTRAX
S 法による表面分析装置の構成図Figure 6: RHEED method, cathodoluminescence method and TRAX
Configuration diagram of the surface analyzer by S method
【図7】従来のカソードルミネッセンス装置の構成図FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional cathode luminescence device.
【図8】従来のRHEED 装置の構成図[Figure 8] Configuration diagram of a conventional RHEED device
【図9】従来のRHEED-TRAXS 装置の構成図[Figure 9] Configuration diagram of a conventional RHEED-TRAXS device
1 真空容器 4 試料 6 電子銃 8 電子線 10 ルミネッセンス光 28 X線 1 vacuum container 4 sample 6 electron gun 8 electron beam 10 luminescence light 28 X-ray
Claims (4)
料表面から発生するルミネッセンス光を計測するカソー
ドルミネッセンス法において、 前記試料表面に入射する前記電子線の入射角が10°以
下であることを特徴とする表面分析方法。1. A cathode luminescence method in which a sample surface is irradiated with an electron beam in vacuum to measure luminescence light generated from the sample surface, wherein an incident angle of the electron beam incident on the sample surface is 10 ° or less. A method for surface analysis, characterized in that
成される反射高速電子回折測定系と、 前記電子銃から放出された電子線により試料表面から発
生するルミネッセンス光を計測するカソードルミネッセ
ンス測定系を備えたことを特徴とする表面分析装置。2. A reflection high-energy electron diffraction measurement system composed of an electron gun and a fluorescent screen in a vacuum, and a cathode luminescence measurement system for measuring luminescence light generated from a sample surface by an electron beam emitted from the electron gun. A surface analysis device characterized by being provided.
成される反射高速電子回折測定系と、 前記電子銃から放出された電子線により試料表面から発
生するルミネッセンス光を計測するカソードルミネッセ
ンス測定系、とからなり、前記電子線を前記試料表面上
を走査可能に設けたことを特徴とする表面分析装置。3. A reflection high-energy electron diffraction measurement system composed of an electron gun and a fluorescent screen in a vacuum, and a cathode luminescence measurement system for measuring luminescence light generated from a sample surface by an electron beam emitted from the electron gun. And a surface analysis device, wherein the electron beam is provided so as to scan the surface of the sample.
成される反射高速電子線回折測定系と、 前記電子銃から放出された電子線により試料表面から発
生するX線を計測する測定系と、 前記電子銃から放出された電子線により試料表面から発
生するルミネッセンス光を計測するカソードルミネッセ
ンス測定系、とを備えたことを特徴とする表面分析装
置。4. A reflection high-energy electron diffraction measurement system composed of an electron gun and a fluorescent screen in vacuum, and a measurement system for measuring X-rays generated from a sample surface by an electron beam emitted from the electron gun. And a cathode luminescence measuring system for measuring luminescence light generated from a sample surface by an electron beam emitted from the electron gun.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5152234A JPH0712763A (en) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | Surface analysis method and surface analysis device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP5152234A JPH0712763A (en) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | Surface analysis method and surface analysis device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0712763A true JPH0712763A (en) | 1995-01-17 |
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ID=15536022
Family Applications (1)
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JP5152234A Pending JPH0712763A (en) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | Surface analysis method and surface analysis device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0712763A (en) |
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1993
- 1993-06-23 JP JP5152234A patent/JPH0712763A/en active Pending
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