JPH0894555A - 薄膜構造の評価方法 - Google Patents
薄膜構造の評価方法Info
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- JPH0894555A JPH0894555A JP6227584A JP22758494A JPH0894555A JP H0894555 A JPH0894555 A JP H0894555A JP 6227584 A JP6227584 A JP 6227584A JP 22758494 A JP22758494 A JP 22758494A JP H0894555 A JPH0894555 A JP H0894555A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、Ｘ線の照射により固体表面
から飛び出す光電子強度の検出角度依存性を測定し、試
料構造を仮定して求めた光電子強度の検出角度依存性の
計算結果と比較することにより、極薄膜の膜厚、膜厚ゆ
らぎ、被覆率等を定量的に求める方法を提供することで
ある。 【構成】 はじめに薄膜試料表面から飛び出した光電子
の検出角度依存性を測定する。次に、構造モデル、構造
パラメータを用いて仮定した試料構造に基づき、光電子
強度の検出角度依存性を計算する。両者が一致する構造
を求めることで、試料の構造を推定し、極薄膜の膜厚、
膜厚ゆらぎ、被覆率等を定量的に評価する。
から飛び出す光電子強度の検出角度依存性を測定し、試
料構造を仮定して求めた光電子強度の検出角度依存性の
計算結果と比較することにより、極薄膜の膜厚、膜厚ゆ
らぎ、被覆率等を定量的に求める方法を提供することで
ある。 【構成】 はじめに薄膜試料表面から飛び出した光電子
の検出角度依存性を測定する。次に、構造モデル、構造
パラメータを用いて仮定した試料構造に基づき、光電子
強度の検出角度依存性を計算する。両者が一致する構造
を求めることで、試料の構造を推定し、極薄膜の膜厚、
膜厚ゆらぎ、被覆率等を定量的に評価する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイスや磁気記
録デバイス、光デバイスなどに多く用いられている下地
上の薄膜の膜厚、膜厚ゆらぎ、被覆率等を定量的に求め
るに好適な薄膜構造の評価方法に関するものである。
録デバイス、光デバイスなどに多く用いられている下地
上の薄膜の膜厚、膜厚ゆらぎ、被覆率等を定量的に求め
るに好適な薄膜構造の評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスや磁気記録デバイ
ス、光デバイスの高機能化のため、用いられる薄膜の極
薄膜化が著しく進んだ。これに伴い、極薄膜の膜厚やそ
の膜厚のゆらぎ、被覆率等を知りたいという要求が増え
ている。
ス、光デバイスの高機能化のため、用いられる薄膜の極
薄膜化が著しく進んだ。これに伴い、極薄膜の膜厚やそ
の膜厚のゆらぎ、被覆率等を知りたいという要求が増え
ている。
【０００３】これに対して、膜厚測定法としてはエリプ
ソメトリ法が最もポピュラーである。数ｎｍ以下の極薄
膜についてはエリプソメトリ法よりも精度の高いＸ線光
電子分析による膜厚測定が広まっている（例えば、A.Mu
to,T.Mine,and M.Nakazawa,Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)p
p3580-3583参照）。しかし、これらの技術では、測定領
域内（現在の市販の装置では共に数１０mｍ程度）の平
均的な膜厚を測定するものであり、表面や界面の非平坦
性、または組成の不均一性などによる膜厚のゆらぎにつ
いては測定することができない。
ソメトリ法が最もポピュラーである。数ｎｍ以下の極薄
膜についてはエリプソメトリ法よりも精度の高いＸ線光
電子分析による膜厚測定が広まっている（例えば、A.Mu
to,T.Mine,and M.Nakazawa,Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)p
p3580-3583参照）。しかし、これらの技術では、測定領
域内（現在の市販の装置では共に数１０mｍ程度）の平
均的な膜厚を測定するものであり、表面や界面の非平坦
性、または組成の不均一性などによる膜厚のゆらぎにつ
いては測定することができない。
【０００４】また、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微
鏡を用いて試料の断面を観察することにより膜厚のゆら
ぎを測定する場合があるが、最表面のｎｍ程度の極薄膜
については断面観察そのものが困難になり、薄膜の構造
は評価できない。
鏡を用いて試料の断面を観察することにより膜厚のゆら
ぎを測定する場合があるが、最表面のｎｍ程度の極薄膜
については断面観察そのものが困難になり、薄膜の構造
は評価できない。
【０００５】さらに、走査型トンネル電子顕微鏡、原子
間力顕微鏡により表面の凹凸のみはオングストロームの
分解能で測定できるが、薄膜の構造は評価できない。
間力顕微鏡により表面の凹凸のみはオングストロームの
分解能で測定できるが、薄膜の構造は評価できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来技術
では、極薄膜の膜厚ゆらぎや被覆率等の構造を定量的に
測定する手段はなかった。
では、極薄膜の膜厚ゆらぎや被覆率等の構造を定量的に
測定する手段はなかった。
【０００７】本発明の目的は、光電子強度の検出角度依
存性の測定結果を、仮定した試料構造に基づいた光電子
強度の検出角度依存性の計算結果と比較することにより
薄膜の膜厚のみならず、膜厚ゆらぎや薄膜の被覆率等を
定量的に求める方法を提供することである。
存性の測定結果を、仮定した試料構造に基づいた光電子
強度の検出角度依存性の計算結果と比較することにより
薄膜の膜厚のみならず、膜厚ゆらぎや薄膜の被覆率等を
定量的に求める方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、図１のフロ
ーチャートに示したように、Ｘ線の照射によって試料表
面から放出された光電子を複数の異なる角度で検出し、
その結果を蓄積する。一方、構造モデルと具体的な構造
を与える薄膜の膜厚、膜厚ゆらぎ、被覆率等の構造パラ
メータを用いて試料構造を仮定し、光電子強度の固体中
での減衰を考慮して光電子強度の計算を上記検出角度ご
とに行なう（仮想データの構築）。さらに、上記測定結
果と計算結果（仮想データ）を比較し、両者の差が目標
値よりも小さくなる構造モデル、構造パラメータを見い
出すことにより、薄膜の構造を求める。
ーチャートに示したように、Ｘ線の照射によって試料表
面から放出された光電子を複数の異なる角度で検出し、
その結果を蓄積する。一方、構造モデルと具体的な構造
を与える薄膜の膜厚、膜厚ゆらぎ、被覆率等の構造パラ
メータを用いて試料構造を仮定し、光電子強度の固体中
での減衰を考慮して光電子強度の計算を上記検出角度ご
とに行なう（仮想データの構築）。さらに、上記測定結
果と計算結果（仮想データ）を比較し、両者の差が目標
値よりも小さくなる構造モデル、構造パラメータを見い
出すことにより、薄膜の構造を求める。
【０００９】
【作用】図１のフローチャートにそって説明を行なう。
【００１０】まず、図１に示した１０１の光電子強度の
測定と１０２の測定結果の蓄積について図２を用いて説
明する。
測定と１０２の測定結果の蓄積について図２を用いて説
明する。
【００１１】図２（ａ）においてＸ線銃２０１より放射
されたＸ線２０２は試料２０３の表面を照射する。これ
により表面を構成する原子は励起され、光電子２０４を
放出する。この光電子はＸ線が照射された全ての領域で
発生するが、表面から脱出し、エネルギー分析器２０５
によりエネルギー分析され、検出器２０６に到達して光
電子として検出されるのは表面から数ｎｍで発生するも
のだけである。これは光電子が固体中の原子により非弾
性散乱を受け、エネルギーを失うためである。光電子の
強度は固体中を進む距離とともに減衰するため、マニュ
ピレータ２０７を調節し、試料表面に対して垂直方向に
飛び出す光電子を検出するようにすると（q ＝９０度）
比較的深い位置で発生した光電子を検出することができ
る。一方、試料表面に対して浅い角度で出てくる光電子
を検出すると（q ＝数度）極表面で発生した光電子のみ
が検出される。例えば、図２（ｂ）に示した、下地２１
０の上に厚さが不均一な薄膜２１１が形成されている試
料を様々な検出角度で測定すると、薄膜から発生した光
電子の強度と下地から発生した光電子の強度の比は検出
角度q に対して図２（ｃ）の○で示したように変化す
る。９０度では下地からの光電子強度が強いが、角度が
小さくなるにつれて薄膜からの光電子強度が増加する。
その比は角度が小さいところで急増し、その変化の仕方
に膜厚のゆらぎや被覆率等の試料の構造が反映される。
この測定結果は演算処理装置２０８のメモリ２０９に蓄
積される。
されたＸ線２０２は試料２０３の表面を照射する。これ
により表面を構成する原子は励起され、光電子２０４を
放出する。この光電子はＸ線が照射された全ての領域で
発生するが、表面から脱出し、エネルギー分析器２０５
によりエネルギー分析され、検出器２０６に到達して光
電子として検出されるのは表面から数ｎｍで発生するも
のだけである。これは光電子が固体中の原子により非弾
性散乱を受け、エネルギーを失うためである。光電子の
強度は固体中を進む距離とともに減衰するため、マニュ
ピレータ２０７を調節し、試料表面に対して垂直方向に
飛び出す光電子を検出するようにすると（q ＝９０度）
比較的深い位置で発生した光電子を検出することができ
る。一方、試料表面に対して浅い角度で出てくる光電子
を検出すると（q ＝数度）極表面で発生した光電子のみ
が検出される。例えば、図２（ｂ）に示した、下地２１
０の上に厚さが不均一な薄膜２１１が形成されている試
料を様々な検出角度で測定すると、薄膜から発生した光
電子の強度と下地から発生した光電子の強度の比は検出
角度q に対して図２（ｃ）の○で示したように変化す
る。９０度では下地からの光電子強度が強いが、角度が
小さくなるにつれて薄膜からの光電子強度が増加する。
その比は角度が小さいところで急増し、その変化の仕方
に膜厚のゆらぎや被覆率等の試料の構造が反映される。
この測定結果は演算処理装置２０８のメモリ２０９に蓄
積される。
【００１２】次に、図１のフローチャートの１０３に示
した試料構造の仮定と１０４に示した光電子強度の計算
について説明を行なう。
した試料構造の仮定と１０４に示した光電子強度の計算
について説明を行なう。
【００１３】まず、シミュレーションを行なうために試
料構造を仮定する。そのために、薄膜の構造モデルと、
具体的な構造を与える膜厚、膜厚のゆらぎ、または被覆
率などの構造パラメータを設定する（１０３）。次に、
仮定した構造にもとづいて表面から放出される光電子の
強度を計算する（１０４）。
料構造を仮定する。そのために、薄膜の構造モデルと、
具体的な構造を与える膜厚、膜厚のゆらぎ、または被覆
率などの構造パラメータを設定する（１０３）。次に、
仮定した構造にもとづいて表面から放出される光電子の
強度を計算する（１０４）。
【００１４】試料構造としては、通常、図３（ａ）また
は図４（ａ）、図５（ａ）の構造を仮定すれば十分であ
る。図３（ａ）の場合、下地３０１上に薄膜３０２が形
成されているが薄膜３０２の膜厚にむらがあり、部分的
に下地３０１が表面に露出している。表面において薄膜
３０２がついている領域の比率をｒ１、下地３０１が露
出している領域の比率を（１−ｒ１）とする。薄膜３０
２の分布は深くなるにしたがって少なくなり、深さｄ１
まで分布している。光電子分析法では分析領域内からの
信号をまとめて検出するため、この試料からの光電子強
度の計算を行なう場合には、図３（ａ）の構造は図３
（ｂ）のように近似できる。図４（ａ）の構造の場合、
下地４０１の上に連続した薄膜４０２が形成されてお
り、膜厚は厚いところでｄ２、薄い部分はｄ３である。
この試料からの光電子強度の計算を行なう場合には、図
４（ａ）の構造は図４（ｂ）のように近似できる。図５
（ａ）の構造の場合には、下地５０１の上に薄膜５０２
が形成されているが、ところどころ膜厚にむらがある。
比率ｒ２の領域は厚さｄ４の膜がついているが、比率
（１−ｒ２）の領域は薄くなっており、膜厚はｄ５にな
っている。この試料からの光電子強度の計算を行なう場
合には、図５（ａ）の構造は図５（ｂ）のように近似で
きる。
は図４（ａ）、図５（ａ）の構造を仮定すれば十分であ
る。図３（ａ）の場合、下地３０１上に薄膜３０２が形
成されているが薄膜３０２の膜厚にむらがあり、部分的
に下地３０１が表面に露出している。表面において薄膜
３０２がついている領域の比率をｒ１、下地３０１が露
出している領域の比率を（１−ｒ１）とする。薄膜３０
２の分布は深くなるにしたがって少なくなり、深さｄ１
まで分布している。光電子分析法では分析領域内からの
信号をまとめて検出するため、この試料からの光電子強
度の計算を行なう場合には、図３（ａ）の構造は図３
（ｂ）のように近似できる。図４（ａ）の構造の場合、
下地４０１の上に連続した薄膜４０２が形成されてお
り、膜厚は厚いところでｄ２、薄い部分はｄ３である。
この試料からの光電子強度の計算を行なう場合には、図
４（ａ）の構造は図４（ｂ）のように近似できる。図５
（ａ）の構造の場合には、下地５０１の上に薄膜５０２
が形成されているが、ところどころ膜厚にむらがある。
比率ｒ２の領域は厚さｄ４の膜がついているが、比率
（１−ｒ２）の領域は薄くなっており、膜厚はｄ５にな
っている。この試料からの光電子強度の計算を行なう場
合には、図５（ａ）の構造は図５（ｂ）のように近似で
きる。
【００１５】一方、電子強度の固体中での減衰は一般的
に数式１で表されるので、光電子強度の計算を行なうに
は、数式１を図３（ｂ）または図４（ｂ）、図５（ｂ）
の構造に対して、構造パラメータｄ１、ｒ１、ｄ２、ｄ
３、ｄ４、ｄ５、ｒ２等を用いて表面から下地までの深
さ方向の積分を行なう。
に数式１で表されるので、光電子強度の計算を行なうに
は、数式１を図３（ｂ）または図４（ｂ）、図５（ｂ）
の構造に対して、構造パラメータｄ１、ｒ１、ｄ２、ｄ
３、ｄ４、ｄ５、ｒ２等を用いて表面から下地までの深
さ方向の積分を行なう。
【００１６】
【数１】
【００１７】ここで、ｄＩｉは深さｚ、厚さ△ｚの領域
に存在する元素ｉから放出される光電子の強度である。
Ｉｏは入射Ｘ線強度、Ｒは表面粗さ、ｆｉは光電子の分
光器透過率、ｎｉは原子密度、σｉは光イオン化断面
積、λｉは光電子の平均自由行程を表わす。
に存在する元素ｉから放出される光電子の強度である。
Ｉｏは入射Ｘ線強度、Ｒは表面粗さ、ｆｉは光電子の分
光器透過率、ｎｉは原子密度、σｉは光イオン化断面
積、λｉは光電子の平均自由行程を表わす。
【００１８】これより、薄膜からの光電子信号強度Ｉ
ｆ、下地からの光電子信号強度Ｉｓ、これらの比Ｉｆ／
Ｉｓは図３（ｂ）の構造に対してそれぞれ数式２、数式
３、数式４と求められる。
ｆ、下地からの光電子信号強度Ｉｓ、これらの比Ｉｆ／
Ｉｓは図３（ｂ）の構造に対してそれぞれ数式２、数式
３、数式４と求められる。
【００１９】
【数２】
【００２０】
【数３】
【００２１】
【数４】
【００２２】図４（ｂ）の構造に対してはそれぞれ数式
５、数式６、数式７で表わされ、図５（ｂ）の構造に対
してはそれぞれ数式８、数式９、数式１０と求められ
る。
５、数式６、数式７で表わされ、図５（ｂ）の構造に対
してはそれぞれ数式８、数式９、数式１０と求められ
る。
【００２３】
【数５】
【００２４】
【数６】
【００２５】
【数７】
【００２６】
【数８】
【００２７】
【数９】
【００２８】
【数１０】
【００２９】ここで添え字ｆは薄膜中の元素を示し、添
え字ｓは下地中の元素を示す。また、λｓｆは下地中の
元素からの光電子の薄膜中での平均自由行程を示す。
え字ｓは下地中の元素を示す。また、λｓｆは下地中の
元素からの光電子の薄膜中での平均自由行程を示す。
【００３０】さらに、Ｉｏ、Ｒ、ｆｉ、ｎｉ、sｉ、lｉ
等の値についてはそれぞれ実験的、または理論的に求め
ることができる他、標準試料の測定によりこれらの積の
形で求めることもできる。例えば、薄膜および下地と同
じ組成で、膜厚が平均自由行程に比べて十分に厚い試料
を標準試料として測定すると、その光電子強度はそれぞ
れ（Ｉｏ・Ｒ・ｆｆ・ｎｆ・sｆ・lｆ）、（Ｉｏ・Ｒ・
ｆｓ・ｎｓ・sｓ・lｓ）に等しなる。これを積の形のま
ま数式に代入し、別に、膜厚の明らかな試料を測定する
ことによりlｆ、lｓｆも実験的に求め、数式４または数
式７、数式１０に代入する。数式４または数式７、数式
１０の値が検出角度 q に対してどのように変化するか
を計算した結果が光電子強度の検出角度依存性となる。
等の値についてはそれぞれ実験的、または理論的に求め
ることができる他、標準試料の測定によりこれらの積の
形で求めることもできる。例えば、薄膜および下地と同
じ組成で、膜厚が平均自由行程に比べて十分に厚い試料
を標準試料として測定すると、その光電子強度はそれぞ
れ（Ｉｏ・Ｒ・ｆｆ・ｎｆ・sｆ・lｆ）、（Ｉｏ・Ｒ・
ｆｓ・ｎｓ・sｓ・lｓ）に等しなる。これを積の形のま
ま数式に代入し、別に、膜厚の明らかな試料を測定する
ことによりlｆ、lｓｆも実験的に求め、数式４または数
式７、数式１０に代入する。数式４または数式７、数式
１０の値が検出角度 q に対してどのように変化するか
を計算した結果が光電子強度の検出角度依存性となる。
【００３１】最後に、図１のフローチャートの１０５に
示すように、光電子強度の測定結果と計算結果とを比較
する。両者の差があらかじめ設定した目標値よりも大き
ければ構造パラメータを変化させる。もしくは構造モデ
ルが不適当であったとして他の構造モデルを用いる。そ
して光電子強度の計算をやり直し、計算によって求めた
光電子強度が図２（ｃ）の実線のように測定結果と同様
の検出角度依存性を示すまで計算を繰り返す。測定結果
と計算結果の差が目標値よりも小さくなった時に、用い
た構造モデル、構造パラメータが真の試料構造を表して
いるとし、試料の薄膜構造が決定され、図１の１０６に
示すように構造を表示する。
示すように、光電子強度の測定結果と計算結果とを比較
する。両者の差があらかじめ設定した目標値よりも大き
ければ構造パラメータを変化させる。もしくは構造モデ
ルが不適当であったとして他の構造モデルを用いる。そ
して光電子強度の計算をやり直し、計算によって求めた
光電子強度が図２（ｃ）の実線のように測定結果と同様
の検出角度依存性を示すまで計算を繰り返す。測定結果
と計算結果の差が目標値よりも小さくなった時に、用い
た構造モデル、構造パラメータが真の試料構造を表して
いるとし、試料の薄膜構造が決定され、図１の１０６に
示すように構造を表示する。
【００３２】以上のように、光電子強度の検出角度依存
性の測定結果と計算結果が一致する構造モデル、構造パ
ラメータを求め、両者が一致した場合に仮定した試料構
造が正しかったとして試料の構造を推定する。
性の測定結果と計算結果が一致する構造モデル、構造パ
ラメータを求め、両者が一致した場合に仮定した試料構
造が正しかったとして試料の構造を推定する。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の３つの実施例を用いて詳細に
説明する。
説明する。
【００３４】＜第１実施例＞本実施例は、Ａｓをドープ
したＳｉ基板をＨＦ処理後、数時間大気中で自然酸化さ
せた試料の自然酸化膜構造を評価するものである。下地
からの光電子としては基板Ｓｉからの光電子を、酸化膜
からの光電子としては酸化したＳｉからの光電子をそれ
ぞれ検出する。
したＳｉ基板をＨＦ処理後、数時間大気中で自然酸化さ
せた試料の自然酸化膜構造を評価するものである。下地
からの光電子としては基板Ｓｉからの光電子を、酸化膜
からの光電子としては酸化したＳｉからの光電子をそれ
ぞれ検出する。
【００３５】試料構造を図３（ａ）のように仮定する。
酸化膜の被覆率をｒ１、酸化膜が最も厚いところでの膜
厚をｄ１とする。光電子分析法では分析領域内からの信
号をまとめて検出するため、この試料からの光電子強度
の計算をを行なう場合には、図３（ａ）の構造は図３
（ｂ）のように近似できる。この試料において下地Ｓｉ
からの光電子強度と酸化膜中のＳｉからの光電子強度の
比は数４で記述される。酸化していないＳｉ基板と十分
に厚いＳｉ酸化膜の測定結果から（Ｉｏ・Ｒ・ｆｓ・ｎ
ｓ・sｓ・lｓ）と（Ｉｏ・Ｒ・ｆｆ・ｎｆ・sｆ・lｆ）
の比率は０．６７と実験的に求めた。また、膜厚の明ら
かな標準試料の測定よりlｆとlｓｆは２．７ｎｍと求め
た。
酸化膜の被覆率をｒ１、酸化膜が最も厚いところでの膜
厚をｄ１とする。光電子分析法では分析領域内からの信
号をまとめて検出するため、この試料からの光電子強度
の計算をを行なう場合には、図３（ａ）の構造は図３
（ｂ）のように近似できる。この試料において下地Ｓｉ
からの光電子強度と酸化膜中のＳｉからの光電子強度の
比は数４で記述される。酸化していないＳｉ基板と十分
に厚いＳｉ酸化膜の測定結果から（Ｉｏ・Ｒ・ｆｓ・ｎ
ｓ・sｓ・lｓ）と（Ｉｏ・Ｒ・ｆｆ・ｎｆ・sｆ・lｆ）
の比率は０．６７と実験的に求めた。また、膜厚の明ら
かな標準試料の測定よりlｆとlｓｆは２．７ｎｍと求め
た。
【００３６】これらの値を用いて、数４の値が検出角度
q に対してどのように変化するかを計算した結果を図
６に実線で示した。黒丸で示した測定結果との比較よ
り、このＳｉの表面について、酸化は０．７ｎｍ程度ま
で進んでいるものの、表面の２割はほとんど酸化してい
ないと評価できた。一方、本試料を図４（ａ）、図５
（ａ）のように仮定した場合、測定結果と計算結果は上
記結果のように一致しなかった。
q に対してどのように変化するかを計算した結果を図
６に実線で示した。黒丸で示した測定結果との比較よ
り、このＳｉの表面について、酸化は０．７ｎｍ程度ま
で進んでいるものの、表面の２割はほとんど酸化してい
ないと評価できた。一方、本試料を図４（ａ）、図５
（ａ）のように仮定した場合、測定結果と計算結果は上
記結果のように一致しなかった。
【００３７】＜第２実施例＞本実施例は、第１実施例と
同様処理の後、大気中で数日自然酸化させたＳｉ基板上
の酸化膜の構造を評価するものである。試料構造を図４
（ａ）のように仮定する。下地４０１の上に薄膜４０２
が形成されており、膜厚は厚いところでｄ２、薄い部分
はｄ３である。光電子強度の計算を行なうには、図４
（ａ）の構造は図４（ｂ）のように近似し、数式１を図
４（ｂ）の構造に対して、構造パラメータｄ２、ｄ３を
用いて表面から下地までの深さ方向の積分を行なう。こ
れより、酸化膜からの光電子信号強度Ｉｆと下地Ｓｉか
らの光電子信号強度Ｉｓの比はＩｆ／Ｉｓは数式７で求
められる。
同様処理の後、大気中で数日自然酸化させたＳｉ基板上
の酸化膜の構造を評価するものである。試料構造を図４
（ａ）のように仮定する。下地４０１の上に薄膜４０２
が形成されており、膜厚は厚いところでｄ２、薄い部分
はｄ３である。光電子強度の計算を行なうには、図４
（ａ）の構造は図４（ｂ）のように近似し、数式１を図
４（ｂ）の構造に対して、構造パラメータｄ２、ｄ３を
用いて表面から下地までの深さ方向の積分を行なう。こ
れより、酸化膜からの光電子信号強度Ｉｆと下地Ｓｉか
らの光電子信号強度Ｉｓの比はＩｆ／Ｉｓは数式７で求
められる。
【００３８】ここで、Ｉｏ、Ｒ、ｆ、ｎ、s、lについて
は実施例１と同様の値を代入し、数式７の薄膜からの光
電子信号強度と下地からの光電子信号強度の比が検出角
度 qに対してどのように変化するかを様々な構造パラメ
ータｄ２、ｄ３に対して計算した。そして実際に試料を
分析して求めた光電子強度の検出角度依存性と比較した
結果、ｄ２、ｄ３として２．０ｎｍ、０．８ｎｍの値が
得られ、このＳｉ表面の酸化膜厚は０．８ｎｍから２．
０ｎｍの間でゆらいでいると評価できた。一方、本試料
を図３（ａ）、図５（ａ）のように仮定した場合、測定
結果と計算結果は上記結果のように一致しなかった。
は実施例１と同様の値を代入し、数式７の薄膜からの光
電子信号強度と下地からの光電子信号強度の比が検出角
度 qに対してどのように変化するかを様々な構造パラメ
ータｄ２、ｄ３に対して計算した。そして実際に試料を
分析して求めた光電子強度の検出角度依存性と比較した
結果、ｄ２、ｄ３として２．０ｎｍ、０．８ｎｍの値が
得られ、このＳｉ表面の酸化膜厚は０．８ｎｍから２．
０ｎｍの間でゆらいでいると評価できた。一方、本試料
を図３（ａ）、図５（ａ）のように仮定した場合、測定
結果と計算結果は上記結果のように一致しなかった。
【００３９】＜第３実施例＞本実施例は、Ｓｉ基板上に
Ａｕを蒸着した試料の構造を評価するものである。試料
構造を図５（ａ）のように仮定する。下地５０１の上に
薄膜５０２が形成されているが、ところどころ膜厚にむ
らがある。比率ｒ２の領域は厚さｄ４の膜がついている
が、比率（１−ｒ２）の領域は薄くなっており、膜厚は
ｄ５になっている。この試料からの光電子強度の計算を
行なう場合には、図５（ａ）の構造は図５（ｂ）のよう
に近似できる。計算を行なうには、数式１を図５（ｂ）
の構造に対して、構造パラメータｄ４、ｄ５、ｒ２を用
いて表面から下地までの深さ方向の積分を行なう。これ
より、Ａｕからの光電子信号強度Ｉｆと下地Ｓｉからの
光電子信号強度Ｉｓの比はＩｆ／Ｉｓは数式１０で求め
られる。
Ａｕを蒸着した試料の構造を評価するものである。試料
構造を図５（ａ）のように仮定する。下地５０１の上に
薄膜５０２が形成されているが、ところどころ膜厚にむ
らがある。比率ｒ２の領域は厚さｄ４の膜がついている
が、比率（１−ｒ２）の領域は薄くなっており、膜厚は
ｄ５になっている。この試料からの光電子強度の計算を
行なう場合には、図５（ａ）の構造は図５（ｂ）のよう
に近似できる。計算を行なうには、数式１を図５（ｂ）
の構造に対して、構造パラメータｄ４、ｄ５、ｒ２を用
いて表面から下地までの深さ方向の積分を行なう。これ
より、Ａｕからの光電子信号強度Ｉｆと下地Ｓｉからの
光電子信号強度Ｉｓの比はＩｆ／Ｉｓは数式１０で求め
られる。
【００４０】ここで、酸化していないＳｉ基板と十分に
厚いＡｕの測定結果から（Ｉｏ・Ｒ・ｆｓ・ｎｓ・sｓ
・lｓ）と（Ｉｏ・Ｒ・ｆｆ・ｎｆ・sｆ・lｆ）の比率
は１８．３と実験的に求めた。また、膜厚の明らかな標
準試料の測定よりlｆとlｓはそれぞれ０．９ｎｍ、２．
５ｎｍと求めた。数式１０の薄膜からの光電子信号強度
と下地からの光電子信号強度の比が検出角度 q に対し
てどのように変化するかを様々な構造パラメータｄ４、
ｄ５、ｒ２に対して計算した。測定結果と計算結果が最
も良く一致するｄ４、ｄ５、ｒ２を求めた結果、それぞ
れ７．３ｎｍ、５．９ｎｍ、０．５の値が得られた。す
なわち、このＡｕの平均的な膜厚は６．６ｎｍで、±
０．７ｎｍの膜厚ゆらぎが存在すると評価できた。一
方、本試料を図３（ａ）、図４（ａ）のように仮定した
場合、測定結果と計算結果は上記結果のように一致しな
かった。
厚いＡｕの測定結果から（Ｉｏ・Ｒ・ｆｓ・ｎｓ・sｓ
・lｓ）と（Ｉｏ・Ｒ・ｆｆ・ｎｆ・sｆ・lｆ）の比率
は１８．３と実験的に求めた。また、膜厚の明らかな標
準試料の測定よりlｆとlｓはそれぞれ０．９ｎｍ、２．
５ｎｍと求めた。数式１０の薄膜からの光電子信号強度
と下地からの光電子信号強度の比が検出角度 q に対し
てどのように変化するかを様々な構造パラメータｄ４、
ｄ５、ｒ２に対して計算した。測定結果と計算結果が最
も良く一致するｄ４、ｄ５、ｒ２を求めた結果、それぞ
れ７．３ｎｍ、５．９ｎｍ、０．５の値が得られた。す
なわち、このＡｕの平均的な膜厚は６．６ｎｍで、±
０．７ｎｍの膜厚ゆらぎが存在すると評価できた。一
方、本試料を図３（ａ）、図４（ａ）のように仮定した
場合、測定結果と計算結果は上記結果のように一致しな
かった。
【００４１】
【発明の効果】上記のように本発明による薄膜構造の評
価方法は、測定によって得られた光電子強度の検出角度
依存性と、試料の構造を近似的に仮定して計算によって
求めた光電子強度の検出角度依存性とを比較し、両者が
一致する試料構造を決定するため、極薄膜の膜厚のゆら
ぎや被覆率等が定量的に精度良く求められる。
価方法は、測定によって得られた光電子強度の検出角度
依存性と、試料の構造を近似的に仮定して計算によって
求めた光電子強度の検出角度依存性とを比較し、両者が
一致する試料構造を決定するため、極薄膜の膜厚のゆら
ぎや被覆率等が定量的に精度良く求められる。
【図１】本発明の概要を示すフローチャート。
【図２】本発明を用いた解析方法の説明図。（ａ）は本
発明を実施する装置の構成ブロック図、（ｂ）は測定対
象となる試料構造の一例、（ｃ）は本発明による測定結
果と計算結果の比較の例である。
発明を実施する装置の構成ブロック図、（ｂ）は測定対
象となる試料構造の一例、（ｃ）は本発明による測定結
果と計算結果の比較の例である。
【図３】第１実施例で用いた試料構造モデルを示す図。
（ａ）は仮定される試料構造、（ｂ）は計算用に簡略化
した試料形状を示す。
（ａ）は仮定される試料構造、（ｂ）は計算用に簡略化
した試料形状を示す。
【図４】第２実施例で用いた試料構造モデルを示す図。
（ａ）は仮定される試料構造、（ｂ）は計算用に簡略化
した試料形状を示す。
（ａ）は仮定される試料構造、（ｂ）は計算用に簡略化
した試料形状を示す。
【図５】第３実施例で用いた試料構造モデルを示す図。
（ａ）は仮定される試料構造、（ｂ）は計算用に簡略化
した試料形状を示す。
（ａ）は仮定される試料構造、（ｂ）は計算用に簡略化
した試料形状を示す。
【図６】第１実施例における測定結果と計算結果を示す
図。
図。
【符号の説明】 ２０１……Ｘ線銃、２０２……Ｘ線、２０３……試料、
２０４……光電子、２０５……電子エネルギー分析器、
２０６……電子検出器、２０７……マニピュレーター、
２０８……パーソナルコンピュータ、２０９……メモ
リ、２１０……下地、２１１……薄膜、３０１……下
地、３０２……薄膜、４０１……下地、４０２……薄
膜、５０１……下地、５０２……薄膜。
２０４……光電子、２０５……電子エネルギー分析器、
２０６……電子検出器、２０７……マニピュレーター、
２０８……パーソナルコンピュータ、２０９……メモ
リ、２１０……下地、２１１……薄膜、３０１……下
地、３０２……薄膜、４０１……下地、４０２……薄
膜、５０１……下地、５０２……薄膜。
Claims (5)
- 【請求項１】第一部材とその上に形成された第二部材か
らなる試料にＸ線を照射し、この時に試料から飛び出す
光電子を複数の異なる検出角度で検出する工程と、検出
された第一部材と第二部材からの光電子強度の比を算出
し、蓄積する工程と、概第二部材の形状を仮定すること
により第一部材と第二部材からの光電子強度の比を実際
に検出を行なった検出角度ごとに計算して求める工程
と、測定結果と計算結果の差を求め、その差が目標値よ
りも小さいか否かを判定する工程と、上記差が目標値よ
りも大きい場合に仮定した概第二部材の形状を変化させ
て計算をやり直し、上記差が目標値よりも小さくなるま
で繰り返す工程と、上記差が目標値よりも小さい場合
に、仮定した第二部材の形状が真の第二部材の形状に近
いとして、第二部材の厚さの不均一性や非平坦性を定量
的に求める工程を備えたことを特徴とした薄膜構造の評
価方法。 - 【請求項２】第一項記載の薄膜構造の評価方法におい
て、第二部材の形状を仮定する際に、構造モデルと、具
体的な形状を与える膜厚、膜厚ゆらぎ、被覆率等の構造
パラメータを用いて第二部材の形状を仮定することを特
徴とした薄膜構造の評価方法。 - 【請求項３】第一、第二項記載の薄膜構造の評価方法に
おいて、第二部材の形状を仮定し、第一部材と第二部材
からの光電子強度の比を異なる検出角度ごとに計算して
求める際に、別に測定した標準試料の測定結果から求め
た光電子の脱出深さや感度係数を用いることを特徴とし
た薄膜構造の評価方法。 - 【請求項４】第一、第二、第三項記載の薄膜構造の評価
方法において、第一部材がＳｉで、第二部材がＷ、Ａ
ｌ、Ｔｉシリサイド、Ｗシリサイド等の金属であるこ
と、またはＳｉ窒化膜、Ｓｉ酸化物、Ｔａ酸化物、鉛ジ
ルコニウムＴｉ等であることを特徴とした薄膜構造の評
価方法。 - 【請求項５】第一、第二、第三、第四項記載の薄膜構造
の評価方法において、第一部材がインジウムガリウム砒
素リンで、第二部材がＷ、Ａｌ等の金属であること、ま
たはインジウムガリウム砒素リンの酸化物、Ｓｉ窒化
膜、Ｓｉ酸化物、Ｔａ酸化物、鉛ジルコニウムＴｉ等で
あることを特徴とした薄膜構造の評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6227584A JPH0894555A (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 薄膜構造の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6227584A JPH0894555A (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 薄膜構造の評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0894555A true JPH0894555A (ja) | 1996-04-12 |
Family
ID=16863212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6227584A Pending JPH0894555A (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 薄膜構造の評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0894555A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008539432A (ja) * | 2005-04-29 | 2008-11-13 | リヴェラ インコーポレイテッド | 計器によって生成されたデータを分析するための技術 |
| JP2013040875A (ja) * | 2011-08-18 | 2013-02-28 | Jfe Steel Corp | 膜厚均一性評価方法 |
| JP2013040874A (ja) * | 2011-08-18 | 2013-02-28 | Jfe Steel Corp | 膜厚均一性評価方法 |
-
1994
- 1994-09-22 JP JP6227584A patent/JPH0894555A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008539432A (ja) * | 2005-04-29 | 2008-11-13 | リヴェラ インコーポレイテッド | 計器によって生成されたデータを分析するための技術 |
| JP2013040875A (ja) * | 2011-08-18 | 2013-02-28 | Jfe Steel Corp | 膜厚均一性評価方法 |
| JP2013040874A (ja) * | 2011-08-18 | 2013-02-28 | Jfe Steel Corp | 膜厚均一性評価方法 |
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