JPH0815188A

JPH0815188A - 表面分析装置

Info

Publication number: JPH0815188A
Application number: JP7178400A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ninomiya; 健二宮; Shigeru Nishimatsu; 茂西松
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】面方向に１μｍ以下の高分解能でかつ信号強
度が高く、元素種や化学結合状態等の化学的情報の取得
が可能な表面分析装置を提供すること。【構成】軟Ｘ線から真空紫外領域の光を光学系を用い
て集光し試料面に照射し、該試料面から射出される電子
の運動エネルギーを解析して、試料表面に関する化学的
情報を取得する。特に上記光学系に２つの可変スリット
１８，１８′を用いることにより、試料５上での光のス
ポットサイズを連続的に変化させ、光をさらに小さな領
域に集光することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面分析に係り、特に微
小領域の化学分析に好適な表面分析方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】表面分析において、分析領域の微小化が
進められつつある。その進捗は著しく、これら微小領域
分析およびその技術を総称して、マイクロキャラクタリ
ゼーションと称されるようになってきた。

【０００３】微小領域内で得るべき情報としては、療面
および表面近傍領域（以下、表面と称する）の形状、構
造（原子間距離等）の他、その領域内における元素種や
組成比、化学結合状態等があげられる。また、分析時に
おいては、非破壊、実試料分析が要求される。

【０００４】上記諸情報のうち、表面の幾何学的形状に
関しては、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）や超高分解
能ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の開発により、微小領域
内での計測が可能になってきた。現在、形状に対する面
方向分解能は１Åに迫りつつある。

【０００５】これに対し、元素種や化学結合状態等、化
学的情報に対する面方向分解析（どの程度の微小領域に
対し元素種や化学結合状態等を同定できるか）は、現在
１μｍ〜数１０μｍであり、形状に関する面方向分解能
に比べればはるかに悪い。

【０００６】しかし、化学的情報を面方向に高分解能で
得ることは、以下に述べる理由から、今後ますます必要
になると考える。たとえば、半導体回路素子では、表面
処理後の表面残留汚染物は素子特性の著しい劣化をもた
らす。このような残留汚染物を実試料で分析、同定する
ためには、面方向分解能を素子の最小パターン幅よりも
小さくしなしくてはならない。０.３〜０.１μｍプロセ
スが今後の研究開発対象であることを考えれば、両方向
分解能０.１μｍ以下が要求される。

【０００７】また、現実の表面には、ステップなど多く
の欠陥が存在する。表面上に他物質を形成したり、表面
上での触媒反応化学反応を考えた場合、上記欠陥の存在
のため、これら物質形成や反応が均一に進行するわけで
はない。粒界の観察等から、こられ不均一性のオーダー
は０.１〜数μｍと考えられ（八木克道他，応用物
理，第５５巻，１０３６頁（１９８６年））。不均一現
象を分析するという立場からも、両方向分解能１μｍ以
下が要求される。

【０００８】一方、生物、生物工学等で要求されている
蛋白質分子単体の元素分析を考えるならば、これら蛋白
質分子の大きさが数１０Åであることを考慮して、０.
０１μｍ以下の面方向分解能が要求される。

【０００９】以上のような要求に対し、化学的情報の取
得を目的とした表面分析法において、面方向に分解能を
高めた方法として、以下に述べる方法がある。

【００１０】その１つは、ＸＰＳ（Ｘ線励起光電子分光
法）において、曲率を持たせた単結晶表面を用いて軟Ｘ
線を集光する方法である（グルントハナー，エム・アー
ル・エス・ブルテン，第３０巻，６１頁（１９８７
年）。Ｆ．Ｊ．Ｇrunthaner，ＭＲＳＢulletin ３
０，６１（１９８７））。しかし、この方法では、単一
の結晶表面を用いているため、集光する際のレンズ収差
が大きく、ビーム径はたかだか１２０μｍφである。す
なわち、この方法では、分析領域の大きさは１２０μｍ
φであり、光に述べた１μｍ以下の面方向分解能は達成
できない。

【００１１】また、試料表面近傍に強磁場（Ｂ〜７Ｔ）
をかけ、試料表面から放出された光電子をこの磁場で捕
足し（電子サイクロトロン運動）、面方向分解能の向上
をはかっている方法もある。この方法の欠点は、面方向
分解能が電子のラーマー半径ｒ_bで決まることにある。

【００１２】

【数１】ｒ_b＝ｖ_pｍ／（ｅＢ）
…（数１）ここで，ｖ_p，ｍ，ｅ，Ｂはそれぞれ電子の磁場に垂直
方向の速度成分、電子の質量、電子の電荷、試料表面近
傍の磁束密度である。光電子は試料面から角度θ（磁場
方向から測った角度）で運動エネルギーＥを持って射出
されることを考えると、（１）式は、Ｅおよびθを用い
て、

【００１３】

【数２】

【００１４】と書き表わされる。先に述べたこの方法で
の面方向分解能は、ｒ_bでなく実は４ｒ_bで決まってい
る。一例として、Ｅ＝１０ｅＶ，Ｂ＝２０Ｔ，θ＝９０
°で４ｒ_bを計算すると、４ｒ_b＝２.１μｍとなる。従
って、この方法での面方向分解能は、通常μｍオーダー
である。

【００１５】この方法を用いて１μｍ以下の面方向分解
能を達成しようとすれば、（２）式からわかるように光
電子の射出角度θを制限する他はない。光電子の射出角
度の制限は、試料表面から放出される全光電子のうち、
その一部しか分析に利用できないことを意味する。光電
子放出の微分断面積（ライルマン他，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
ティド・フェノメナ，第８巻，３８９頁（１９７９
頁）。Ｒ．Ｆ．Ｒeilman et al., Ｊ．Ｅlect. Ｓpectr
osc. Ｒelat. Ｐhenom. ８，３８９（１９７６））を考
慮して計算すると、たとえば、面方向分解能を０.０６
μｍ（４ｒ_b）に設定した場合、光電子の利用効率は１
％以下となる。分解能を高めれば高める程、この利用効
率は減少する。このことは、試料表面からは多数の光電
子が放出されているにもかかわらず、これを観測できな
いという本質的欠点をもたらす。さらに、（２）式によ
れば、光電子の運動エネルギーＥによって面方向分解能
が変化するため、この方法では、一定の面方向分解能で
光電子のエネルギー分析ができない。すなわち化学的情
報が得られない。

【００１６】一方、化学的情報の取得ではないが、構造
情報の取得を目指した例として、Ｘ線をフレネル輪帯板
（ゾーンプレート）を用いて集光し、ＥＸＡＦＳ（Ｅxt
endeＸray Ａbsorption Ｆine Ｓtructure）測定を行な
うという方法もある（特開昭６２−２６５５５５）。し
かし、この方法ではμｍ以下の領域でＥＸＡＦＳ測定が
可能としているが、光の利用効率が悪いという欠点があ
る。たとえば、最も強度の強い１次回折光でさえ、その
強度の入射光強度に対する論理値は１０％であるり、実
測値は５％程度である。

【００１７】分析領域を微小にすればする程、その領域
の中に含まれる原子・分子数は減少する。従って、微小
領域の分析においてもより強い信号を得ようとすば、分
析領域への入射光強度を増大させなければなない。この
ように考えた場合、利用効率の低いゾーンプレートのみ
を使用してＸ線を集光することは、信号強度の低下を招
き、微小領域分析に有効な方法であるとは言えない。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来方法では、面方向分解能が低い、あるいは信号強度が
低いという欠点があり、１μｍ以下の面方向分解能で化
学的情報を取得することは実質的に不可能である。

【００１９】本発明の目的は、面方向に１μｍ以下の高
分解能でかつ信号強度が高く、元素種や化学結合状態等
の化学的情報の取得が可能な表面分析方法および装置を
提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、軟Ｘ線から真空紫外領域の光を光学系を
用いて集光し試料面に照射する。そして該照射により試
料面から射出される電子の運動エネルギーを解析して、
試料表面に関する化学的情報を取得する。

【００２１】ここで用いる光学系は、従来用いられてい
た単結晶表面上でのブラッグ反射をを用いた光学系、あ
るいはゾーンプレートのみを用いた光学系と異なり、反
射光学素子を主体にした低収差かつ光の利用効率の高い
光学系である。

【００２２】本光学系の採用により、１μｍφ以下の微
小領域に対し軟Ｘ線〜真空紫外光を集光することがで
き、該微小領域からの電子のエネルギーを解析すること
で高信号強度で表面分析が可能となった。

【００２３】

【作用】表面分析では、ＳＴＭや原子プローブ等一部を
除き、プローブビームを試料面に入射して、その結果発
生する信号を検出器を用いて検出する。微小領域を分析
するためには、プローブビーム径を小さくするか、ある
いはプローブビーム径は大きくしたままで検出系の視野
を制限するか、いづれかの方法をとることが必要であ
る。ここで、後者の方法を採用した場合、先に述べたよ
うに、検出系の視野を制限することにより、信号強度の
低下や得られる情報が制限される危険性がある。このた
め、本発明では、プローブビーム径を小さくする方法を
採用した。

【００２４】集束可能なプローブビームとしては、荷電
粒子（電子，イオン）と光が考えられる。このうち、荷
電粒子をプローブビームとして使用する場合、ビーム径
を最も小さく０.０１μｍ程度にするためには、ビーム
収差低減の関係上、荷電粒子の運動エネルギーを少なく
とも１ｋeＶ以上にしなければならない（田中敬，応
用物理，第５５巻，１１５３頁（１９８６年）。レビ・
セティ他，アプライド・サーフィス・サイエンス，第２
６巻，２４９頁（１９８６年）。Ｒ．Ｌevi−Ｓetti et
al. Ａppl. Ｓurf. Ｓci. ２６，２４９（１９８
６））。

【００２５】粒子ビームを用いて物質表面の化学的情報
を得ようとする場合、粒子ビームのエネルギーは物質表
面を構成する原子・分子との相互作用エネルギー（たと
えば、励起やイオン化エネルギーで考えれば、数〜数１
００ｅＶ）程度で十分である。それ以上のエネルギー
は、相互作用の断面積低下につながり、信号強度の低下
を招く。さらに、試料表面の物理的スパッタリングや温
度上昇につながり、非破壊分析という要求にも合致しな
い。一例として、２ｋeＶの電子が単位時間あたり１０⁹
個（１.６×１０^-10Ａ）、直径１μｍの領域に入射した
場合、試料表面の温度は、熱輻射による冷却のみを仮定
すると、１０４２°Ｋに達する（ウィニック，ドニアッ
ク編集，シンクロトロン・ラディエーション・リサーチ
（プレナム・プレス，ニューヨーク，１９８２年）、４
７５頁。Ｈerman Ｗinich and Ｓ. Ｄoniach ed. Ｓync
hrotron Ｒadiation Ｒesearch (Ｐlenum Ｐress. Ｎew
Ｙork, １９８２）、ｐ．４７５）。さらにまた、運動
エネルギー３〜７ｋeＶの電子線を用いた場合、試料表
面に吸着した原子・分子が、電子線照射により表面から
脱離することが知られている（electro stimulated des
orption) 。このように、プローブビームとし荷電粒子
を使用した場合、ビーム径は小さくできるが、粒子の持
つ高（運動）エネルギー性のため、試料表面に変化、損
傷が生ずる。一方、プロープビームとして光を用いた場
合、後で述べるように、高エネルギー性という問題は避
けられる。光ビームのビーム径を最終的に支配する要因
は回折収総差であり、これによって決定されるビーム径
は使用する光の波長程度である。従って、分析に必要な
ビーム径を決定すれば、使用可能な光の波長は限定され
る。（先と同様）プローブビームのビーム径を０.０１
μｍに設定した場合、使用可能な光の波長は０.０１μ
ｍ以下、すなわち軟Ｘ線領域の光となる（ビーム径が
０.１μｍ程度であれば、真空紫外領域の光の使用も可
能）。波長０.０１μｍの光の持つエネルギーは約１２
０ｋeＶであり、これは荷電粒子を０.０１μｍφ程度に
集束させるために必要なエネルギー（＞１ｋeＶ）に比
べはるかに小さい。しかも、先に述べた励起やイオン化
の断面積に関しては、光の方が荷電粒子に比べ大きいた
め（ウィニック，ドニアック編著、シンクロトロン・ラ
ディエーション・リサーチ（前出））、光を用いること
により、相互作用断面積の増加も期待できる。従って、
試料が受ける損傷は小さくなる。これらの理由から、本
発明では、軟Ｘ線から真空紫外領域の光を集光してプロ
ーブビームとして使用した。

【００２６】次に、この領域の光を用いて光学的情報を
得る手段を説明する。半導体素子製造プロセスへの適用
を考えた場合、Ｓｉ，Ｏ，Ｃ，Ａｌ等数１０種類の元素
が分析対象となる。また、適用分野が異なれば、さらに
他元素も分析したいという要求も出て来る。これらを考
慮するならば、ここで考える手段は、すべての元素が分
析可能、かつ、これら元素の化学的結合状態が分析可能
な手段ではなくてはならない。使用可能な光の波長とこ
の要求を考え合わせた場合、ＵＳＰ（真空紫外光電子分
光法）やＸＰＳ（Ｘ線励起光電子分光法）が最適と考え
る。ＵＳＰやＸＰＳでは、真空紫外光や軟Ｘ線を試料表
面に照射して、試料表面から飛び出す電子を観測する。
この電子の運動エネルギーを解析することにより、元素
種や化学的結合状態の同定が可能である。結論として、
本発明では、軟Ｘ線から真空紫外領域の光を集光してプ
ローブビームに用い、試料表面から射出される電子の運
動エネルギーを解析した。

【００２７】最後に光を集光する手段について述べる。
従来Ｘ線領域の光を試料に照射して、出て来る電子等か
ら試料の分析を行なう装置が結晶板を用いてＸ線を集光
しているのに対し（例えば特開昭６２−１７９６４５号
参照）、本発明は主に全反射を用いた反射型光学素子に
よって構成される光学系を使用する。この光学系を用い
て、低損失無収差に微小表面上のＸ線の集光が可能とな
る。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。

【００２９】（実施例１）図１に実施例の一例を示し
た。図１で光源４から出た真空紫外から軟Ｘ線領域の光
（エネルギーにして６〜２０００ｅＶ程度）は光学系３
で集光され、試料５上に集光される。ここで、光学系３
は、後に述べる反射型光学素子を用いた光学系もしくは
それら光学系の組合せである。光照射により試料表面か
ら放出された電子は、検出器６を用いてエネルギー分析
される。試料台１はコントローラー２を用いて位置制御
されており、任意の方向に高精度（位置決め精度＜０.
１μｍ）で移動可能である。さらに、紙面に垂直な軸の
まわりに高精度（〜１ｍrad）で回転可能である。コン
トローラ２からの位置決め信号と、検出器６からの出力
信号とを信号処理装置７で処理して、出力装置８に入力
する。

【００３０】本実施例で用いる光学系の一例を図２から
図６に示した。これらの図で使用されている光学素子
は、低収差（微小領域への集光可能）で、かつその反射
率がゾーンプレートの透過・回折効率に比べはるかに優
れているという特長を有している。

【００３１】たとえば、図２に示した反射面１１は、楕
円面９と双曲面１０の一部を共有する複合面であり、ウ
ォルター光学系と呼ばれている光学系の一種である。楕
円面と双曲面を組み合わせることにより、先に述べた単
一結晶表面上でのブラッグ反射を用いた集光方式に述
べ、収差を１／１０００程度にすることができる。ま
た、複合面の反射率を数１０％にすることも容易に可能
であり、この値はゾーンプレートの最大透過・回折効率
に比べはるかに高い。

【００３２】図２に示した以外にも、楕円面，双曲面，
放物面を組合せたウォルター光学系が存在する。これら
他のウォルター光学系も使用可能である。また、実際の
光学系は、反射面１１をｘ軸のまわりに回転して得られ
る回転体（図５、複合反射鏡１４，１５）、あるいは回
転体の一部（図６，複合反射鏡１７）である。

【００３３】ウォルター光学系以外にも、収差が少なく
反射率の高い光学系として、カークパトリック・ベッツ
光学系（図３）がある。また、反射鏡１２，１２′上に
不等間隔溝を形成することにより、さらに収差を低減で
きる（図４，反射鏡１３，１３′）。また、図には示さ
れていないが、複合面を用いたタンデム型光学系も使用
可能である。以上述べた光学系を用いれば、（光源４の
大きさによるが）軟Ｘ線から真空紫外領域の光を高効率
で１μｍφ以下の領域に集光できる。

【００３４】一方、光をさらに小さな領域に集光するた
めには、先に述べたような光学系を複数個使用する。図
５はその一例である。図５では、複合反射鏡１４で光を
ピンホール１６上に集光する。この光はピンホール１６
で成型された後、複合反射鏡１５で試料５上にさらに集
光・縮小される。図６では、ピンホール１６のかわりに
可変スリット１８，１８′が用いられている。可変スリ
ット１８，１８′を用いることにより、試料５上での光
のスポットサイズを連続的に変化させることができる。

【００３５】図５，図６において、複合反射鏡１４，１
５，１７、あるいは反射鏡１３，１３′の一部をゾーン
プレートで置きかえることは可能である。すべての光学
素子をゾーンプレートにした場合、ゾーンプレートの低
透過・回折効率のため、試料５に入射する光量は極端に
少なくなり、試料５の表面分析は不可能となる。しか
し、ゾーンプレートを一部に使用するだけならば、その
前段あるいは後段に反射光学系を使用することにより、
すべてにゾーンプレートを使用した場合に比べ、試料５
への入射光量の低下は防げる。

【００３６】本実施例によれば、上述した光学系３の使
用により、例えば面内強度分布の半値幅で１μｍφ以下
の微小領域でかつ信号強度が高く、表面分析が可能であ
る。試料５表面の拡大像を得ることも可能であるし、特
定の微小領域内での元素種や化学結合状態を得ることも
可能である。また、試料台１の移動により光の照射位置
を変化させ、試料５表面上での特定元素や化学結合状態
の分布を知ることもできる。さらに、光の試料５表面へ
の入射角調整が可能であるので、元素種等の深さ方向の
分布を知ることも可能である。

【００３７】（実施例２）分析時にはビーム径が期待値
どおりにはなっていない場合も起こり得る。このような
場合には、ビーム径やビーム強度をモニタしながら、所
定のビームになるような光学系を調整することが必要で
ある。図７は、調整可能な光学系を用いた実施例の一例
である。図７では、反射鏡１２，１２′に微調整機構１
９，１９′が設置されている。ビーム位置およびビーム
径はビームモニタ２０によって、測定され、コントロー
ラ２１にその測定結果がフィードバックされる。この信
号をもとに、コントローラ２１から微調整機構１９，１
９′に向け制御信号が送られ、反射鏡１２，１２′の位
置、光軸に対する角度、あるいは光源４や試料５との距
離が調整される。位置や角度の微調用駆動機構にはピエ
ゾ素子がよい。さらに、反射鏡１２，１２′の厚みを薄
くしておけば、反射鏡１２，１２′の曲率半径を自由に
変えることも可能であり、ビームの調整をさらに自由度
を持たせることができる。

【００３８】（実施例３）図８は、ビーム調整が可能な
他の実施例である。図８では、複合反射鏡１４と試料５
の間にビームモニタ２３を挿入、設置しているので、分
析時においてもビーム調整が可能である。微調整機構２
２は局部加熱を使用している。複合反射鏡１４の一部分
を加熱することにより、加熱された部分の曲率半径を変
えることが可能であり、これにより試料５表面上でのビ
ーム径を変えることが可能である。本実施例には位置や
角度の微調整機構は設置されていないが、これらの微調
整機構の設置はもちろん可能である。

【００３９】図７，図８に示されたビームモモニタや微
調整機構は、それぞれの要素光学系に対するものであ
る。使用する光学系の数が増えれば、これらのビームモ
ニタや微調整機構を必要に応じて増やしてもよい。

【００４０】（実施例４）図１，図７，図８に示された
実施例では、試料台１を動かすことにより元素等分布を
得ていた。しかし、光ビームを試料５表面上で走査する
ことによっても、同等の効果は得られる（一般的には、
試料を移動させるよりも、入射ビームを移動させる方が
高速スキャンが可能であり、容易である）。この方式の
実施例の一例を図９から図１１に示した。図９では、光
学系２５と試料５との間に、光ビーム走査用の反射鏡２
６が挿入されている。ここで、光学系２５は、先の実施
例で述べた微調整機構付きの光学系である。光源からの
光は光学系２５で集光されながら反射鏡２６で反射さ
れ、試料５表面に到達する。反射鏡２６は制御台２７上
に設置されており、制御台２７はコントローラ２８によ
り制御されている。制御台２７はｘ，ｙ軸のまわりに回
転可能であり、これにより反射鏡２６を若干回転させ光
ビームを走査する。

【００４１】（実施例５）図９では集光途中で光ビーム
を偏向・走査していたが、光ビームを試料５表面上で走
査するためには、光源自体を動かしてもよい。図１０に
その一例を示した。図１０では、荷電粒子源２９からの
荷電粒子を加速・集束・偏向系３０を続いて加速・集束
し、ターゲット３１に照射する。荷電粒子線照射によ
り、ターゲット３１では照射部分で軟Ｘ線から真空紫外
領域の光が発生する。この光を光学系２５で試料５表面
上に集光する。この際、コントローラ３２を用いて荷電
粒子線を偏向すれば、ターゲット３１における上記光の
発生位置が変化するので、試料５表面上での光の照射位
置が変化し、試料５表面上で光を走査することができ
る。コントローラ３３は、ターゲット３１の熱損傷をお
さえるための冷却手段（図示せず）を制御するコントロ
ーラである。本実施例では、ターゲット３は薄膜であ
る。

【００４２】（実施例６）ターゲット材の熱損傷を低く
おさえるためには、ブロック材をターゲットとして使用
する方がよい。図１１はそのような実施例の一例であ
る。各部の作用、動作は図１０に示された実施例と同じ
である。

【００４３】本実施例では、光の発生に荷電粒子線を用
いたが、レーザ等の強力光をターゲット３１に照射し
て、レーザ光をターゲット３１上でスキャンしてもよ
い。図１から図１１に示した実施例により、１μｍφ以
下の領域での化学分析が可能となる。

【００４４】（実施例７）以上で述べた実施例では検出
器６は電子のエネルギー分析ができれば種類は問わなか
った。たとえば、ＣＭＡ（円筒型鏡面分析器）、ＬＥＥ
Ｄ等で用いられるレターディングフィールドアナラ
イザ、ヘミスヘリカルディフレクションアナライザ
（retarding field analyzer, hemispherical Leflecti
on annalyzer）等でよい。図１２に示した検出器はディ
スプレイタイプ（投射型）のエネルギー分析器である
（イーストマン他，ニュークリア・インストルメンツ・
アンド・メソッド、第１７２巻、３２７頁（１９８０
年）。Ｄ.Ｅ.Ｅastman et al.,Ｎucl．Ｉnstru. Ｍetho
d １７２，３２７（１９８０））。この型の分析器は電
子の取込角が大きいという特長を持つ。試料５表面上の
１点で発生した電子は、ローパスフィルタ３５，ハイパ
スフィルタ３７によりエネルギー分析され、蛍光板３８
に入射する。蛍光板上では蛍光が発生し、この蛍光を２
次元の光検出器３９を用いて観測することにより、より
大きな信号が得られる。以上述べた検出器はすべて本発
明に使用可能である。

【００４５】（実施例８）非常に損傷を受けやすい試料
に対しては、光源をパルス化する。あるいは、電気的、
機械的手段を用いて光ビームを変調することが有効であ
る。パルス性光源としては、プラズマＸ線源や、図１０
や図１１においてターゲット３１，３４への電荷粒子照
射をパルス化した光源が使用できる。

【００４６】（実施例９）一方、光ビームを変調する実
施例を図１３に示した。図１３では、光学系２５からの
光ビームがチョッパ４１を通過して、試料５上に集光さ
れる。チョッピング周波数はコントローラ４３によって
制御されている。チョッピングに関する信号は、参照信
号として信号処理装置７に入力される。ここで示したチ
ョッピング方式は一例であり、高周波振動子等他方式を
用いたチョッピング方式でもよい。本実施例によれば、
試料面への光照射が間歇的であるので、損傷に弱い試料
でも分析可能である。

【００４７】（実施例１０）図１４に示した実施例は、
深溝底部等の分析に有効な実施例である。図１４に示す
ように、試料５の上下にコイル４４，４５が設置され、
試料５表面近傍に強磁場（＞１Ｔ）が発生可能である。
これにより、深溝底部等で発生した電子の検出器６に対
する捕足率が向上する。試料５表面近傍での磁束密度が
大きい程、アスペクト比の大きな深溝まで分析可能であ
る。本実施例では静磁場コイルを使用しているが、より
大きな磁束密度を必要とする時は、パルス磁場を用いれ
ばよい。

【００４８】（実施例１１）次に、軟Ｘ線から真空紫外
領域の光を集光することと他方式とを組合せた実施例を
説明する。図１５は、集光のための光学系２５とピンホ
ール４８を組合せた実施例である。本実施例では、光学
系２５からの光ビームが遮蔽板４９でさえぎられてい
る。遮蔽板４９に設けられたピンホール４８を通過した
光のみが試料５表面に到達する。本実施例では、光学系
２５は光強度（密度）を増大するためのコンデンサ系と
して使用されている。本方式の面方向分解能は、ピンホ
ール４８の大きさ、およびピンホール４８と試料５との
距離によって決定される。ピンホールの径に比べ使用す
る光の波長が十分短かければ、１μｍ以下の面方向分解
能を容易に得ることができる。

【００４９】（実施例１２）図１６に示した実施例は、
試料５が薄膜（＜１μｍ）である場合の実施例である。
ここでは光集光用光学系は使用されていないが、微小領
域の化学分析という観点からは、これまでに述べた実施
例と同等の効果を持つ。荷電粒子源２９で発生した荷電
粒子を、加速・集束・偏向系を用いて微小径のビームに
してターゲット５０に照射する。先に述べたように、数
keＶから数１０keＶの粒子エネルギーで、ビーム径を
０.０１μｍ以下にすることは可能である。この時、タ
ーゲット５０の厚みを１μｍ以下にしておけば、荷電粒
子照射によりターゲット５０中で発生した軟Ｘ線から真
空紫外領域の光は、その一部がターゲット５０を透過し
て、試料５内および表面に到達する。この時試料５内部
および表面で電子が発生するが、電子の脱出深さは数１
０Å程度であるため、検出器６に入る電子は事実上表面
近傍で発生した電子に限られる。ターゲット５０に入射
する荷電粒子ビームのビーム径を十分小さくすれば（＜
１μｍ）、ビーム径と同じオーダーの大きさを持つ領域
内での表面分析が可能である。

【００５０】以上、いくつかの実施例を述べた。これら
実施例を複数個組合せた実施例も本発明に含まれること
はもちろんである。

【００５１】以上述べた実施例では、試料５表面から放
出される粒子は電子とした。しかし、試料５に軟Ｘ線か
ら真空紫外領域の光（特に、軟Ｘ線）を照射した場合、
電子以外に光も放出されることがある。この光も、その
エネルギーに元素種や化学結合状態に関する情報を含ん
でいる。従って、電子のかわりに、光を観測してもよ
い。この場合には、検出器６をエネルギー分散物の光検
出器、あるいは分子器と光検出器に交換する。この光の
検出、あるいは電子と光の同時検出も本発明に含まれる
ものとする。

【００５２】光源４に関しては、エネルギー分析という
観点から単色化されていることが必要である。単色化さ
れているならば、光源４は任意の軟Ｘ線、真空紫外光源
でよい。たとえば、通常の各種ターゲット材を用いた荷
電粒子Ｘ線源，レーザ照射型Ｘ線源や希ガスの輝線スペ
クトルを用いた真空紫外光源が考えられる。また、シン
クロトロン放射光を用いてもよい。これら光源の単色化
が不十分である場合には、分光器を用いてより一層単色
化された光を光源４として用いる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、低収差かつ光の利用効
率の高い光学系を用いて軟Ｘ線から真空紫外領域の光を
集光できるので、微小領域、時に１μｍφ以下の微小領
域に関する化学的情報の取得が可能である。この結果、
半導体回路素子表面の残留汚染物の分析や、スパッタ薄
膜など各種材料表面のマイクロキャラクタリゼーショ
ン、各種表面上での不均一反応の解析等が可能になる。
さらに、生物工学等の分野では、分子単体を対象にした
元素解析、構造解析も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】本発明で用いる光学系の一例を示す概略図。

【図３】本発明で用いる光学系の一例を示す概略図。

【図４】本発明で用いる光学系の一例を示す概略図。

【図５】本発明で用いる光学系の一例を示す概略図。

【図６】本発明で用いる光学系の一例を示す概略図。

【図７】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図８】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図９】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図１０】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図１１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図１２】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図１３】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図１４】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図１５】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図１６】本発明の一実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

１…試料台、２…コントローラ、３…光学系、４…光
源、５…試料、６…検出器、７…信号処理装置、８…出
力装置、９…楕円面、１０…双曲面、１１…反射面、１
２，１２′…反射鏡、１３，１３′…反射鏡、１４，１
５…複合反射鏡、１６…ピンホール、１７…複合反射
鏡、１８，１８′…可変スリット、１９，２０…微調整
機構、２０…ビームモニタ、２１…コントローラ、２２
…微調整機構、２３…ビームモニタ、２４…コントロー
ラ、２５…光学系、２６…反射鏡、２７…制御台、２８
…コントローラ、２９…荷電粒子源、３０…加速・集束
・偏向系、３１…ターゲット、３２，３３…コントロー
ラ、３４…ターゲット、３５…ローパスフィルタ、３６
…アパーチャ、３７…ハイパスフィルタ、３８…蛍光
板、３９…光検出器、４０…コントローラ、４１…チョ
ッパ、４２…駆動源、４３…コントローラ、４４，４５
…コイル、４６…磁気シールド、４７…コントローラ電
源、４８…遮蔽板、４９…ピンホール、５０…ターゲッ
ト、５１…試料台。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軟Ｘ線又は真空紫外領域の光を発生する光
源と、試料台と、該光源からの光を該試料台に載置され
た試料に照射する光照射手段と、該試料から放出される
電子のエネルギーを分析する手段からなり、上記光照射
手段は上記試料上に照射される光のスポットサイズを連
続的に変化させる手段を含むことを特徴とする表面分析
装置。
【請求項２】上記光のスポットサイズを連続的に変化さ
せる手段は、２枚のスリットからなることを特徴とする
請求項１に記載の表面分析装置。