JPH10227750A

JPH10227750A - 表面分析方法および装置

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Publication number: JPH10227750A
Application number: JP10073941A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ninomiya; 健二宮; Keizo Suzuki; 敬三鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1998-08-25
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JP2967074B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微小領域の表面分析において、プローブビーム
のビーム径が比較的大きい場合でも、高い面方向分解能
を容易かつ簡便に得ることのできる表面分析方法および
そのための装置を提供すること。【解決手段】ビーム源１からのプローブビームで試料２
表面を走査しながら照射し、試料２表面から得られる信
号を検出器５で検出して、試料２表面の分析を行なうに
際して、試料２表面での上記プローブビームの照射強度
分布及び検出器５による検出信号強度分布とを測定し、
次に、これら両分布に対し数学的変換（積分変換）を施
すことにより、面方向分解能を向上させた方面分析結果
を得る。【効果】上記積分変換の適用により、プローブビームの
ビーム径が比較的大きい場合でも、容易に高い面方向分
解能を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面分析技術に係
り、特に微小領域の分析において、高分解能化達成に好
適な表面分析方法およびその装置に関する。

【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。その理由は、半導体素子製造プロセ
スに代表されるように、材料の微小化，薄膜化，複合化
に伴ない、微小領域の物性，構造，電気的特性を知る必
要性が増大したためである。この微小領域の大きさは、
半導体回路素子のパタンサイズや結晶粒界の大きさから
判断して、おおよそ１μｍφ以下である。従って、表面
分析技術に要求される面方向分解能（どの程度の微小領
域に対し情報を同定できるかどうか）は、１μｍ以下で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような要求に対
し、表面分析法において面方向の分解能を高めた方法と
して、以下に述べる方法がある。

【０００４】その一つは、集光，集束作用を持つ素子や
レンズ系を用いて、プローブビームを試料面上に集光，
集束させる方法である。その代表例は電子顕微鏡やμ−
ＥＳＣＡ［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, Grun
thaner; M. R. S. Bulletin 30, 61(1987)］である。ま
た、Ｘ線の分野では、全反射鏡やゾーンプレートを用い
ての集光が試みられている（特開昭６１−２９２６００
号，特開昭６２−２６５５５５号公報）。

【０００５】分解能を高めるもう一つの方法は、プロー
ブビームはそのままにして、観測系の視野を制限する方
法である。この方法には、電子レンズ系やアパーチャ，
強磁場等が用いられる。たとえば、前述のμ−ＥＳＣＡ
では、軟Ｘ線の集光と同時に電子レンズ系とアパーチャ
を用い、面方向分解能の向上をはかっている。また、別
のμ−ＥＳＣＡ［ビームソン他；ネイチャー，第２９０
巻，５５６頁（１９８１年）／ G. Beamson et al.; N
ature 290, 556(1981)］では、試料面近傍に強磁場を印
加し、試料面から放出された電子をこの磁場で捕捉（電
子サイクロトロン運動）させて、分解能の向上をはかっ
ている。

【０００６】しかし、これらの方法には以下に述べる問
題点がある。まず第１に、プローブビームを１μｍφ以
下の領域に集光，集束するためには、各種収差を取り除
いた超低収差光学系の開発が必要である。この光学系の
開発には、高度な技術が要求され、難しい。電子ビーム
を除けば、０.１μｍφ 以下のイオンビームやＸ線ビー
ムは実現されていない。

【０００７】第二の問題点は視野制限型の方法に関す
る。この方法では表面分析の高分解能化は望めない。試
料表面から放出される電子を観測する表面分析方法を例
に説明する。試料面にプローブビームが入射すると、あ
らゆる方向に様々な運動エネルギーを持った電子が試料
面から放出される。この放出方向や運動エネルギーのば
らつきは、放出される電子を集めて観測する際の収差に
なる。表面分析の高分解能化のためにはこの収差をでき
る限り小さくする必要があるが、上記収差は電子放出に
本質的に付随する収差であり、取り除くことはできな
い。

【０００８】以上述べたように、従来方法には、プロー
ブビームの集光，集束に関する技術的難しさ、あるいは
採用方法が本質的に不適当という問題点がある。

【０００９】本発明の目的は、微小領域の表面分析にお
いて、面方向の高分解能化達成に容易かつ効果的な方法
を用いた表面分析方法および装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、プローブビーム内のビーム強度分布、およびこのプ
ローブビームで試料面上を走査した時の信号の分布を測
定する。次に、これら分布に対し数学的変換（積分変
換）を行なう。この変換により、面方向分解能を向上さ
せた表面分析結果を得ることができる。

【００１１】プローブビームを単に集光，集束して試料
面上に照射する従来の方法では、面方向分解能はプロー
ブビームのビーム径によって決定される。しかし、上記
した本発明の方法によれば、ビーム径で決定される分解
能に比べはるかに高い分解能が得られる。

【００１２】以下、本発明で用いる数学的変換（積分変
換）を説明する。

【００１３】分析対象である試料面上での例えば元素Ａ
の分布をｎ_A(ｘ,ｙ)とする（簡単のため、以下の説明で
は元素Ａの深さ方向分布は考えない。元素Ａが深さ方向
分布を持つ場合でも、ここに述べる説明の本質は変わら
ない）。この分布ｎ_A(ｘ,ｙ)をいかに高精度に求めるか
が、表面分析の面方向分解能を決定する。一方、プロー
ブビームの試料面上でのビーム内強度分布をｆ(η, ζ)
とする。このプローブビームが試料面上に照射（プロー
ブビームの中心は(ｘ₀ ,ｙ₀)にある）されて、元素Ａに
関連した信号Ｓが検出器により検出されたとすると、上
記のｎ_A ，ｆ，Ｓ間には次式が成立する。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、Ｋ：積分に無関係な定数，Ｆ：プローブビームの全入射強度， Ω：積分領域(プローブビーム照射領域)，ただし、∬ｆ(η, ζ)dηdζ＝１である。

【００１６】(１)式において、ｆ(η,ζ)は領域Ω内で
定義された関数であるが、これをΩの外の領域に対して
も次式のように拡張する。

【００１７】

【数２】

【００１８】この条件下で(１)式にフーリエ変換を適用
すると、次式が成立する。

【００１９】

【数３】

【００２０】ただし、

【００２１】

【数４】

【００２２】

【数５】

【００２３】(３)，(４)式より求めるべき分布ｎ_A(ｘ,
ｙ)は、

【００２４】

【数６】

【００２５】となる。(１)式から、Ｓ(Ｘ, Ｙ)は試料面
上の各点に対応した検出信号である。一方、Ｆ^*(Ｘ,Ｙ)
は、プローブビームの強度分布ｆ(η, ζ)のフーリエ変
換値である。（６）式より、測定可能(あるいは計算可
能)な量Ｓ(Ｘ, Ｙ)，Ｆ^*(Ｘ,Ｙ）をもとにして、分布ｎ
_Ａ（ｘ,ｙ)を計算によって求めることができる。

【００２６】分布ｎ_A(ｘ,ｙ)の位置(ｘ, ｙ)に関する決
定精度（表面分析の面方向分解能）は、Ｓ(Ｘ, Ｙ)およ
びＦ^*(Ｘ,Ｙ)、従って信号Ｓおよびプローブビーム強度
分布ｆの位置に関する決定精度と同程度である。Ｓやｆ
の測定では、プローブビームのビーム径に比べ、位置座
標の変化幅をはるかに小さくとることができる。この結
果、ビーム径の大きなプローブビームを用いても面方向
に高分解能で表面分析が可能である。また、ビーム径の
小さなプローブビーム（集光，集束されたプローブビー
ム）を用いた場合には、より高分解能で表面分析が可能
になる。この点において、本発明は、プローブビームの
ビーム径で面方向分解能が決定される従来の表面分析法
とは決定的に異なる。さらに、(１)〜(６)式はプローブ
ビームの種類に無関係に成立する。このことは、本発明
がプローブビームを用いるすべての表面分析法を対象に
していることを示している。

【００２７】また、本発明は、ビーム内強度分布ｆ(η,
ζ)がη，ζに関し複雑に変化している場合にも有効で
ある。例えば、ζを固定してηを変化させた時、ｆ(η,
ζ)に複数の極大値が観測されたとする。この場合、従
来方法では、先に述べたように、全体のビーム径（例え
ばｆ(η, ζ)の半値幅）が面方向分解能を決定する。し
かし、本発明では、各々の極大値に対応するピークの
（例えば）半値幅により面方向分解能が決定される。従
って、従来方法に比べ、この点においても、より高分解
能化ができる。

【００２８】なお、本節の説明では、積分変換としてフ
ーリエ変換を例に説明したが、これ以外の積分変換の使
用ももちろん可能である。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、具体的実施例を挙げて説明する。

【００３０】〈実施例１〉図１に本発明の一実施例を示
す。ビーム源１で発生したプローブビーム（もしくは粒
子）は、試料台３上の試料２表面に照射される。ここ
で、ビーム源１は、荷電粒子源，中性粒子源あるいは光
源（シンクロトロン放射光やレーザも含む）である。ビ
ーム照射により発生した電子やイオン，中性粒子や光
が、検出器５により検出される。検出器５は、エネルギ
ー分析可能な検出器（たとえば、静電型エネルギー分析
器やエネルギー分散型、波長分散型Ｘ線検出器）や質量
分析可能な検出器（たとえば質量分析計）、あるいは単
なる電子，イオン，中性粒子，光の検出器である。検出
器としての種類や性能は問わない。検出器５はコントロ
ーラ７により制御されている。

【００３１】一方、試料２の後方にはプローブビーム強
度分布測定用の検出器４が配置されている。前節で述べ
たように、プローブビーム強度分布は(２)式に示した二
次元分布ｆ(η, ζ)であるから、検出器４も二次元の検
出器であることが望ましい。二次元検出器でない場合に
は、（図２に示された）ナイフエッヂやピンポール、ス
リット等と検出器との組合せを用いればよい。検出器４
も、検出器５と同様、電子，イオン，中性粒子，あるい
は光の検出器である。プローブビームの強度分布測定時
には、プローブビームを遮らない位置に試料２及び試料
台３を移動し、必要ならば検出器４が試料２表面位置ま
で移動(上昇)するものとする。

【００３２】試料台３は三次元の微小移動が可能であ
る。この微小移動には、ピエゾ素子を利用する。試料台
３の微小移動は、位置制御用コントローラ６により制御
されている。

【００３３】次に、信号およびデータ処理系を説明す
る。検出器５からの観測信号は、コントローラ７を介し
て高速演算処理装置８に入力される。ここで、高速演算
処理装置８は、大容量メモリー機能、ディスプレー機能
等を有する高速演算可能な計算装置である。位置制御コ
ントローラ６からのプローブビーム照射位置に対応した
信号も、高速演算処理装置８に入力される。この両信号
をもとに前記した(３)式のＳ(Ｘ, Ｙ)が求まる。一方、
検出器４からの出力信号は、検出器４のコントローラ１
０を介して高速演算処理装置８に入力される。ここで
は、検出器４は二次元検出器であると仮定して説明を進
める（その他の場合は、実施例２の説明を参照）。コン
トローラ１０からの出力信号は、先の(５)式のｆ(ｘ,
ｙ)に対応するものである。高速演算処理装置８では、
このｆ(ｘ, ｙ)からＦ^*(Ｘ,Ｙ)への変換を高速で行な
う。ｆ(ｘ, ｙ)の測定、Ｆ^*(Ｘ,Ｙ)の計算は、Ｓ(Ｘ,
Ｙ)の測定，計算に先だって行なう。

【００３４】以上で求めたＳ(Ｘ, Ｙ)，Ｆ^*(Ｘ,Ｙ)をも
とに、先の(６)式に従って高速演算処理装置８で計算を
行なえば、求めるべき両方向の分布ｎ_A(ｘ,ｙ)が得られ
る。得られた結果は、高速演算処理装置８のディスプレ
ー上に表示できる。また、専用の出力・表示装置９に入
力して出力，表示できる。この結果、分析結果を（例え
ば）画像として出力することが可能になる。

【００３５】本実施例によれば、試料面上の分析対象物
の分布を、プローブビームのビーム強度分布と検出信号
の面内分布をもとにして、数学的変換によって求めるこ
とができる。この結果、ビーム径の大きなプローブビー
ムを用いた場合でも、面方向分解能の高い表面分析が可
能になる。

【００３６】〈実施例２〉図１に示した実施例では、ビ
ーム源１と試料２との間にプローブビーム集光，集束用
の光学系は設置されていない。しかし、細いプローブビ
ームを用いれば、より信頼性の高い高分解能分析が可能
である。このような分析には、ビーム源１からのプロー
ブビーム（もしくは粒子）を集光，集束して試料面に照
射し、前節で述べた数学的変換を用いればよい。図２に
その一実施例を示した。

【００３７】図２では、ビーム源１からのプローブビー
ム（もしくは粒子）がレンズ系１６で集光，集束され
て、試料２表面に照射される。ここで、レンズ系１６
は、電子レンズ系や光学レンズ（反射ミラー系も含む）
である。どのようなレンズ系を用いるかは、プローブビ
ーム（もしくは粒子）の種類によって決まる。また、加
速系４１は、集光，集束に粒子加速が不必要な場合（た
とえば、プローブビームが光の場合）には、取り去るこ
とができるものとする。

【００３８】プローブビームの強度分布は、ナイフエッ
ヂ１２と検出器１１とを用いて測定される（先の実施例
１では、この測定には検出器４のみを用いていた）。な
お、ナイフエッヂ１２は、スリットやピンホールでもよ
い。

【００３９】ナイフエッヂ１２は、コントローラ１４で
制御された微小移動機構１３に設置されている。コント
ローラ１４からの位置制御に対応した信号は、検出器１
１からの出力信号と共に処理装置１５に入力される。処
理装置１５では、この両信号をもとにｆ(ｘ, ｙ)を求
め、この結果を高速演算処理装置８に入力する。その他
の部分は、図１に示された実施例１と同様である。

【００４０】本実施例によれば、より微細なプローブビ
ームを用いることができるので、実施例１に比べより信
頼性の高い高分解能分析が可能になる。

【００４１】〈実施例３〉前節で述べたように、本発明
では、観測信号の試料表面上での分布Ｓ(Ｘ, Ｙ)を測定
する必要がある。すなわちプローブビームは試料表面上
で走査しなければならない。実施例１および２では、試
料台３の微小移動によってこの走査を行なっていた。し
かし、プローブビームの試料面上での走査は、別の方式
によっても可能である。図３にその一例を示した。

【００４２】図３では、荷電粒子源１７からのビーム
（もしくは粒子）がレンズ系１８によって集束され、偏
向系１９を通過した後試料２表面に照射される。偏向系
はコントローラ２０で制御されており、これによりプロ
ーブビームの試料２表面上での走査が可能である。

【００４３】プローブビームの走査に関する信号は、プ
ローブビームの位置信号としてコントローラ２０より高
速演算処理装置８に入力される。この位置信号とコント
ローラ７を介した検出器５からの観測信号とを用いて、
高速演算処理装置８で観測信号分布Ｓ(Ｘ, Ｙ)を求め
る。その他の部分は前述の実施例１，２と同様である。

【００４４】〈実施例４〉図４は、荷電粒子以外のプロ
ーブビームを偏向走査する実施例である。粒子源２１か
らのビーム（もしくは粒子）が光学系２２によって集
光，集束され、偏向用光学系２３を通過した後、試料２
表面に照射される。偏向用光学系２３は駆動機構２４で
制御され、その駆動機構２４はコントローラ２５で制御
されている。偏向用光学系２３は、プローブビームが光
の場合は、例えば反射鏡でよい。以上の構成により、プ
ローブビームの試料２表面上での走査が可能である。

【００４５】プローブビームの走査に関する信号は、プ
ローブビーム位置信号としてコントローラ２５より高速
演算処理装置８に入力される。この位置信号とコントロ
ーラ７からの観測信号とを用いて、高速演算処理装置８
内で観測信号分布Ｓ(Ｘ, Ｙ)が求められる。その他の部
分は、前述の実施例１〜３と同様である。

【００４６】実施例３及び４においては、レンズ系１
８，光学系２２の後方に偏向系１９，偏光用光学系２２
が配置されている。しかし、この配置は逆になっても同
等の効果が得られる。

【００４７】〈実施例５〉図５に、プローブビームの試
料面上での走査の別の一実施例を示す。本実施例は、プ
ローブビームの発生位置を変化させることにより、プロ
ーブビームが試料面上で走査されるようにした一例であ
る（たとえば、光をプローブビームを使用する場合、こ
の実施例が適用できる）。

【００４８】図５において、粒子源３０からのビーム
（もしくは粒子）が集光・集束系２９を通過し、偏向系
２８で偏向されて、ターゲット２６に入射する。粒子ビ
ームのターゲット２６への入射によって発生したプロー
ブ粒子は、集光・集束系２７を通過して、プローブビー
ムとして試料２表面に入射する。プローブビーム粒子の
発生位置が変化すれば、プローブビームを試料２表面上
で走査できる。

【００４９】プローブ粒子の発生位置は、偏向系２８に
接続されたコントローラ３１で制御されている。従っ
て、プローブビームの試料２表面上での位置は、このコ
ントローラ３１で制御できる。プローブビームの試料２
表面上での位置に対応する信号は、コントローラ３１か
ら高速演算処理装置８に入力される。この信号とコント
ローラ７からの出力信号（観測信号）を用いて、高速演
算処理装置８内にて観測信号分布Ｓ(Ｘ, Ｙ)が求められ
る。その他の部分は、前述の実施例１〜４と同様であ
る。

【００５０】実施例３〜５の特長は、試料台３を微小移
動する方式に比べ、より高速の走査ができることにあ
る。すなわち、観測信号分布Ｓ(Ｘ, Ｙ)をより短時間で
求めることができる。

【００５１】〈実施例６〉実施例１〜５においては、プ
ローブビームを試料２表面に照射することによって発生
する電子，イオン，中性粒子や光を検出していた。しか
し、前節で述べた高分解能化の原理は、これら以外にも
適用できる。図６にその一実施例を示す。

【００５２】図６において、粒子源１からのプローブビ
ーム（もしくは粒子）が試料３４に入射する。この時、
プローブビーム中の粒子の一部が試料３４を構成する原
子，分子と相互作用して、試料３４透過後のビームのエ
ネルギー分布や強度に変化が生じる。この変化を検出器
３６によって測定する。検出器３６としては、ビームの
エネルギーや強度が測定できれば、その種類は問わな
い。

【００５３】検出器３６での検出信号は、検出器３６の
コントローラ３７を介して高速演算処理装置８に入力さ
れる。一方、実施例１と同じく試料台３５の微小移動を
制御するコントローラ３７からプローブビームの位置に
関する信号が、高速演算処理装置８に入力される。従っ
て、本実施例においても、検出信号の分布Ｓ(Ｘ, Ｙ)を
求めることができる。

【００５４】先に述べた実施例と同じく、前節で述べた
数学的変換を高速演算処理装置８で行なうことにより、
透過ビームを用いる表面分析においても、高分解能での
分析が可能である。

【００５５】〈実施例７〉実施例１から６までは、プロ
ーブビームが試料２表面にほぼ垂直に入射していた。し
かし、プローブビームによっては、プローブビームの試
料面への入射角と放出粒子の角度分布に相関関係が存在
する場合がある（例えば、光入射による試料表面からの
光電子放出等）。このような場合は、プローブビームを
試料２表面に対して斜入射にすると都合のよい場合が多
い。また、イオン散乱分光(ＩＳＳ)や電子エネルギー損
出分光(ＥＥＬＳ)等のように、試料２表面で反射もしく
は散乱されたプローブビームを観測する場合にも、斜入
射方式が多く用いられる。本実施例は、このような場合
の一実施例である。

【００５６】図７において、ビーム源１からのプローブ
ビーム（もしくは粒子）は、加速系４１，集光・集束系
１６を通過して試料２表面に入射する。先に述べたよう
に、この入射は斜入射である。試料２表面への入射角
は、検出器５で検出する粒子に最適な入射角となるよう
に、調節ができるものとする。加速系４１や集光・集束
系１６は、先の実施例と同じく、必要のない場合は取り
除くことができるものとする。

【００５７】試料２表面上でのプローブビームの強度分
布は、微小移動機構１３に設置されたアパーチャ４０と
検出器１１とを用いて測定される。アパーチャ４０の代
わりに、実施例２で述べたナイフエッヂやスリットを用
いてもよい。検出器１１は、プローブビームに正対する
よう配置されている。その他の部分は、先の実施例と同
様である。

【００５８】〈実施例８〉図８に、本発明のさらに別の
一実施例を示す。本実施例では、プローブビームの試料
２表面への入射により発生する電流や音波を検出して表
面分析を行なう。実施例７と同じく、加速系４１や集
光，集束系１６は必要のない場合は取り除くことができ
る。

【００５９】プローブビームの試料２表面への入射によ
って発生した電流や音波は、センサ４３で検出され、そ
の検出信号がコントローラ４４に送られる。一方、プロ
ーブビームの照射位置に対応する信号は、試料台３の微
小移動を制御する位置制御用コントローラ６から高速演
算処理装置８に入力される。このコントローラ６からの
信号（位置信号）とコントローラ４４からの信号（検出
信号）から、高速演算処理装置８内で検出信号分布Ｓ
(Ｘ, Ｙ)が求められる。その他の部分については先の実
施例の場合と同様である。

【００６０】実施例６〜８においては、図３〜図５に示
したようなプローブビームの走査方式については図示し
なかった。しかし、これらの走査方式が実施例６〜８で
使用できることは云うまでもない。

【００６１】また、プローブビームのビーム内強度分布
を測定する方式が、各実施例で異なっている場合があ
る。しかし、これには特別の理由はない。ある実施例で
使用できる方式は、他のすべての実施例で使用できる。
プローブビームのビーム内強度分布を測定できる方式で
あれば、その方式や方法は問わない。ビーム内強度分布
を測定すること自体が各実施例での本質である。

【００６２】〈実施例９〉最後に、本発明の応用例を述
べる。これまでの実施例は、すべてｎ_A(ｘ,ｙ)を求める
ものであった。しかし、先の(３)〜(５)式に従えば、逆
にｎ_A(ｘ,ｙ)からｆ(η, ζ)を求めることもできる。す
なわち、ｎ_A(ｘ,ｙ)が既知の試料（たとえば、金属メッ
シュ試料）があれば、その試料を照射しているビームの
強度分布が分かる。すなわち、プローブビームの評価が
可能である。

【００６３】図９に、その一実施例を示した。図９にお
いて、ビーム源４５からのプローブビームが、試料４６
上に照射されている。ここで、ビーム源４５は、評価す
べきプローブビームを発生するビーム源である。なお、
プローブビームは集光，集束されていてもよいし、そう
でなくてもよい。また、試料４５は、先に述べたよう
に、ｎ_A(ｘ,ｙ)が既知の試料、たとえば金属メッシュ等
である。

【００６４】先の実施例と同様、検出器５からの観測信
号と、位置制御用コントローラ６からの位置信号をもと
に、高速演算処理装置８でＳ(Ｘ, Ｙ)が求められる。一
方、ｎ_A(ｘ,ｙ)は既知であるから、このｎ_A(ｘ,ｙ)に関
する情報を高速演算処理装置８に入力しておけば、先の
(４)式からＮ_A(Ｘ,Ｙ)が同装置内で求まる。従って、こ
れら求められたＳ(Ｘ, Ｙ)，Ｎ_A(Ｘ,Ｙ)を用いて、先の
(３)式からＦ^*(Ｘ,Ｙ)が求まる。このＦ^*(Ｘ,Ｙ)からｆ
(η, ζ)を求めるには、先の(５)式の逆変換を用いれば
よい。これらの計算は、すべて高速演算処理装置８で行
なう。処理結果は、高速演算処理装置８のディスプレー
上に表示できるし、必要ならば、出力・表示装置９を用
いて、画像として出力できる。同様の考え方が、図６〜
図８に示された構成と類似の装置構成でも可能であるこ
とは云うまでもない。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、プローブビームのビー
ム内強度分布と、そのプローブビームで試料面上を走査
した時に得られる信号分布をもとに、これらの諸量に対
し数学的変換を行なうことによって、表面分析の面方向
分解能を大きく向上させることができる。この結果、プ
ローブビームのビーム径で決まる通常の分解能に比べ、
はるかに高い分解能でより高精度な表面分析が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例になる表面分析装置の概略構
成を示すブロック図。

【図２】本発明の別の一実施例になる表面分析装置の概
略構成を示すブロック図。

【図３】本発明の更に別の一実施例になる表面分析装置
の概略構成を示すブロック図。

【図４】本発明の更に別の一実施例になる表面分析装置
の概略構成を示すブロック図。

【図５】本発明の更に別の一実施例になる表面分析装置
の概略構成を示すブロック図。

【図６】本発明の更に別の一実施例になる表面分析装置
の概略構成を示すブロック図。

【図７】本発明の更に別の一実施例になる表面分析装置
の概略構成を示すブロック図。

【図８】本発明の更に別の一実施例になる表面分析装置
の概略構成を示すブロック図。

【図９】プローブビーム強度分布を求めるための一実施
例を示すブロック図。

【符号の説明】

１…ビーム源，２…試料，３…試料台，４…検出器，
５…検出器，６…位置制御用コントローラ，７…コント
ローラ，８…高速演算処理装置，９…出力・表示装置，
１０…コントローラ，１１…検出器，１２…ナイフエッ
ヂ，１３…微小移動機構，１４…コントローラ，１５…
処理装置，１６…集光・集束系，１７…荷電粒子源，１
８…レンズ系，１９…偏向系，２０…コントローラ，２
１…粒子源，２２…光学系，２３…偏光用光学系，２４
…駆動機構，２５…コントローラ，２６…ターゲット，
２７…集光・集束系，２８…偏向系，２９…集光・集束
系，３０…粒子源，３１…コントローラ，３４…試料，
３５…試料台，３６…検出器，３７…コントローラ，４
０…アパーチャ，４１…加速系，４３…センサ，４４…
コントローラ，４５…ビーム系，４６…試料。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１次粒子ビームを発生させる手段と、上記
１次粒子ビームを分析すべき試料表面上に集束して照射
する手段と、上記１次粒子ビームを上記試料表面上で二
次元的に相対走査せしめる手段と、上記試料表面上での
上記１次粒子ビームの二次元的な照射強度分布を測定す
る手段と、上記１次粒子ビームの照射により上記試料表
面から放出される２次粒子を検出して上記２次粒子の上
記試料表面上での二次元的な放出強度分布を測定する手
段と、上記１次粒子ビームの照射強度分布及び上記２次
粒子の放出強度分布に対して二次元的な数学的変換を施
す演算手段と、上記演算手段による演算結果を画像表示
する手段とを有してなることを特徴とする表面分析装
置。
【請求項２】前記の数学的変換が積分変換であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の表面分析装
置。
【請求項３】前記の積分変換がフーリエ変換であること
を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の表面分析装
置。
【請求項４】前記１次粒子ビームが電子ビームであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに
記載の表面分析装置。
【請求項５】前記１次粒子ビームがイオンビームである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれか
に記載の表面分析装置。
【請求項６】前記１次粒子ビームが電荷を持たない粒子
のビームであることを特徴とする特許請求の範囲第１〜
３項のいずれかに記載の表面分析装置。
【請求項７】前記１次粒子ビームが光ビームであること
を特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記
載の表面分析装置。
【請求項８】前記２次粒子が電子であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載の表面分
析装置。
【請求項９】前記２次粒子がイオンであることを特徴と
する特許請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載の表面
分析装置。
【請求項１０】前記２次粒子が電荷を持たない粒子であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜７項のいずれ
かに記載の表面分析装置。
【請求項１１】前記２次粒子が光子であることを特徴と
する特許請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載の表面
分析装置。
【請求項１２】前記２次粒子が、前記１次粒子ビームが
前記試料表面で反射もしくは散乱されて生じる粒子であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜７項のいずれ
かに記載の表面分析装置。
【請求項１３】１次粒子ビームを発生させる工程と、上
記１次粒子ビームを分析すべき試料表面上に集束して照
射する工程と、上記１次粒子ビームを上記試料表面上で
二次元的に相対走査せしめる工程と、上記試料表面上で
の上記１次粒子ビームの二次元的な照射強度分布を測定
する第１の測定工程と、上記１次粒子ビームの二次元的
な照射強度分布に対して二次元の数学的変換を施す第１
の演算工程と、上記１次粒子ビームの照射によって上記
試料表面から放出される２次粒子を検出して上記２次粒
子の上記試料表面上での二次元的な放出強度分布を測定
する第２の測定工程と、上記試料表面上での上記２次粒
子の二次元的な放出強度分布に対して二次元の数学的変
換を施す第２の演算工程と、上記第１および上記第２の
演算工程で得られた両演算結果に基づいて上記試料表面
上における分析対象物の分布を演算して求める工程とを
有してなることを特徴とする表面分析方法。
【請求項１４】前記数学的変換が積分変換であることを
特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の表面分析方
法。
【請求項１５】前記積分変換がフーリエ変換であること
を特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の表面分析
方法。