JPH1167857A - 試料吸収電流分光法 - Google Patents

試料吸収電流分光法

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JPH1167857A
JPH1167857A JP22845797A JP22845797A JPH1167857A JP H1167857 A JPH1167857 A JP H1167857A JP 22845797 A JP22845797 A JP 22845797A JP 22845797 A JP22845797 A JP 22845797A JP H1167857 A JPH1167857 A JP H1167857A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子上に作製された縦横比の大きな細
く深い穴の底の元素分析を可能とする測定方法及び装置
を提供すること。 【解決手段】 試料表面に電子線を照射して、その電子
線の加速エネルギーを変化させ、試料に流れ込む電流の
照射電子線エネルギーに対する変化を計測することで、
試料表面上に付着あるいは試料表面に含まれる元素を分
析する。

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関
し、電子線を加速エネルギーを変化させて試料表面に照
射することで試料に発生する吸収電流を測定し、試料の
表面に付着している、あるいは試料表面に含まれている
元素を分析する方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】表面および表面上に付着した物質の元素
分析の従来法としては、電子線を照射しオージェ電子励
起現象により放出された電子をエネルギー分析するオー
ジェ電子分光法(AES)や、X線を照射し光電子放出
による電子をエネルギー分析するX線光電子分光法(X
PSまたはESCA)、電子線を照射し特性X線放出に
よるX線の波長分析をするEPMA、電子線を照射し非
弾性散乱された電子のエネルギーを分析する電子線エネ
ルギー損失分光(ELS)、イオンビームを照射し発生
する2次イオン量を質量分析する2次イオン質量分析法
(SIMS)などがある。これら全ての測定手法は電子
線やイオンビーム、X線等を試料に照射し、放出あるい
は散乱される電子、イオンあるいはX線を検出する手法
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】最近の集積度が非常に
高い半導体素子においては、その製造工程の途中段階で
半導体素子表面上に垂直に細長い深い穴をつくる場合が
しばしばある。ところが、この穴の縦横比が非常に大き
い場合、従来の元素分析手法では表面に対し電子、イオ
ン、あるいはX線の入射してくる方向と、検出する電
子、イオンあるいはX線の出射する方向をほとんど同じ
方向にする必要があり、装置の構造上、この穴の底の元
素分析が、非常に困難であった。
【0004】本発明はこの問題を考慮し、この細長い穴
の底の元素分析を行うことを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の分析方法は、試
料表面に電子線を照射して、その電子線の加速エネルギ
ーを変化させ、試料に流れ込む電流の照射電子線エネル
ギーに対する変化を計測することで、試料表面上に付着
あるいは試料表面に含まれる元素を分析することを特徴
とする。
【0006】本発明の試料表面上に付着するあるいは試
料表面に含まれる元素の分布を分析する方法は、電子レ
ンズで集束させた電子線を、試料表面上の局所的な領域
に照射あるいは電子線照射位置を走査しながら照射し、
その電子線の加速エネルギーを変化させ、試料に流れ込
む電流の照射電子線エネルギーに対する変化を計測する
ことで、試料表面上に付着あるいは試料表面に含まれる
元素の分布を側定することを特徴とする。
【0007】本発明の試料表面上に付着あるいは試料表
面に含まれる元素の分析装置は、試料表面に加速エネル
ギーを変化させながら電子線を照射するための手段と、
電子線照射時に試料に流れ込む電流の照射電子線エネル
ギーに対する変化を計測する手段とを有することを特徴
とする。
【0008】本発明の試料吸収電流の測定方法は、電子
線を試料に照射して、試料に流れ込む試料吸収電流を検
出する方法において、照射する電子線の加速エネルギー
を周期的に変化させ、その周期と同じ周期の試料吸収電
流変化分を検出することを特徴とする。
【0009】本発明の試料吸収電流の測定装置は、電子
線を試料に照射して、試料に流れ込む試料吸収電流を検
出する装置において、電子線をその加速エネルギーを周
期的に変化させて試料に照射する手段と、この加速エネ
ルギーの変化の周期と同じ周期の試料吸収電流変化分を
検出するための手段とを有することを特徴とする。
【0010】本発明においては、試料に電子線が照射さ
れ、その照射によって試料に流れる試料吸収電流を測定
し、得られた測定値から試料表面に付着している、ある
いは試料表面に含まれている元素の分析が行われる。こ
のため、試料表面に対して電子線が照射されて来る方向
に検出器を用いる必要が無いため、非常に細長い穴の底
の分析も可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明では、検出しようとする元
素の内殻準位結合エネルギーと同程度のエネルギーに加
速した電子線を照射し、その内殻電子を真空準位以上に
励起することで試料吸収電流を変化させる。具体的に
は、例えば入射する電子のエネルギーを変化させそのと
きの試料吸収電流の変化を測定すると、内殻準位結合エ
ネルギーより入射電子のエネルギーが低い場合、内殻電
子は励起されても真空準位より低いエネルギーにしか成
り得ないが、内殻準位結合エネルギーより高いエネルギ
ーの場合、内殻電子は励起され真空準位より高いエネル
ギーになるため、真空中に放出される。このため、試料
吸収電流は入射電子のエネルギーが内殻準位結合エネル
ギーを越える際に大きな変化が生じる。内殻準位結合エ
ネルギーは元素によって大きく違うエネルギー値である
ため、照射する電子のエネルギーを変化させ、この試料
吸収電流が急に変化するエネルギーを調べることで、そ
の元素分析を行うことが可能である。また、集束させた
電子線を用いて試料表面上を走査させながら、この試料
吸収電流を測定することで元素の2次元の分布を調べる
ことが出来る。さらに、短時間で決まった元素の2次元
分布を調べる場合は、集束した入射電子線のエネルギー
をその元素の内殻準位結合エネルギーに固定して電子線
を走査し、試料吸収電流を計ることによってその分析が
可能である。
【0012】本発明では電子銃から放出した電子線を試
料の目的の場所に照射する。本発明おける分析装置の概
略を示したものが図1である。この装置は電子線照射手
段としての電子銃1及び電子銃1からの電子線の加速エ
ネルギーを変化させるための可変電圧源4と、試料2の
内部に流れ込む試料吸収電流を測定するための電流検出
器3とを有して構成されたものである。
【0013】この装置における測定は、電子銃1から試
料2の表面に可変電圧源4からの電圧を変化させて加速
エネルギーを変化させながら電子線を照射する。この加
速エネルギーの変化に応じて、分析対象の元素が試料2
の表面に存在すれば、上述した原理に従って電流検出器
3で検出される電流に変化が生じ、分析対象の元素に特
有の電流変化を測定することで該元素の存在を検出する
ことができる。
【0014】試料表面上の特定の箇所だけ測定する場
合、電子銃により照射する電子線を電子レンズ等の制御
系で集束し、その特定箇所に照射し、照射する電子の加
速エネルギーを変化させ、そのエネルギー変化に対する
試料吸収電流の変動を測定する。照射する電子の加速エ
ネルギーは検出しようとする元素の内殻準位結合エネル
ギーを含む範囲で変化させる。
【0015】一方、表面上の2次元的な元素の空間分布
を調べる場合には、電子レンズにより照射する電子線を
集束し、その電子線を調べたい範囲で走査して測定す
る。なお、電子線の走査系は、公知の構成のものを用い
ることができる。このような空間分布を測定するための
装置の一例を図2に示す。図2の装置は、図1の装置に
電子レンズ5を追加した構成を有するものである。
【0016】この装置における測定での電子線走査の各
点で、入射電子の加速エネルギーを変化させ、その変化
に対する試料吸収電流の変動を測定する。この各点にお
ける試料吸収電流の大きく変化するエネルギーとその変
化量を調べることで、この測定データから2次元的な元
素の分布(空間分布)を調べることができる。
【0017】また、短時間で特定の元素について表面上
の2次元的な量の空間分布を調べる場合、電子レンズに
より照射する電子線を集束し、その電子線の加速エネル
ギーを目的の元素の内殻準位結合エネルギーの近くで、
例えば測定対象の元素の内殻準位結合エネルギーを含む
範囲、すなわち内殻準位結合エネルギーよりも低いエネ
ルギーから内殻準位結合エネルギーよりも高いエネルギ
ーの間を周期的に変動させ、調べたい範囲で走査して測
定する。このような目的に用い得る装置の一例を図3に
示す。図3の装置は、正弦波発生器6によって走査の各
点で、電子線の加速エネルギーを目的の元素の内殻準位
結合エネルギーの近くで周期的に変動させ、ロックイン
アンプ7において照射する電子線のエネルギー変化と同
じ周波数の試料吸収電流の変動成分を検出して、出力信
号8として取り出す。この各走査点における試料吸収電
流の変動信号の大きさから、その元素の2次元的な量の
空間分布を調べることができる。
【0018】
【実施例】
実施例1 ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)用ト
レンチ構造をもつシリコン半導体基板上の直径0.35
μm、深さ5μmの円筒状の穴の底に基板表面垂直方向
から集束した電子線を照射し、そのときの試料吸収電流
を測定することでその部分の組成分析を行った(図
4)。照射した電子線の加速エネルギーは1keVから
3keVの範囲で変化させて行い、ビーム径は0.25
μm程度であった。その結果、試料吸収電流は入射電子
線のエネルギーが1840eV程度のエネルギーで大き
く変化する様子が観測された。この1840eVの信号
はシリコンの1s軌道の内殻準位結合エネルギーに相当
する。このことから、穴の底の表面部の元素の主成分は
シリコンであることが判る。 実施例2 実施例1と同じDRAM用トレンチ構造をもつシリコン
半導体基板上に、表面垂直方向から約30°ずれた方向
から、厚さ0.05μm程度のタングステン膜をスパッ
タ法によって成膜した(図5)。この試料を実施例1と
同様、基板表面垂直方向から集束した電子線を照射し、
そのときの試料吸収電流を測定することでその部分の組
成分析を行った。この実験では、電子線を走査する各点
で電子線の加速エネルギーを1keVから3keVまで
変化させながら、試料吸収電流の変化を観測した。その
結果、基板表面上の穴以外の部分では、入射する電子線
のエネルギーが2820eV、2575eV、2280
eV、1870eVおよび1810eVのエネルギーで
試料吸収電流に大きな変化が見られ、穴の部分では18
40eVのエネルギーで試料吸収電流に大きな変化が見
られた。これらのうち、2820eV、2575eV、
2280eV、1870eVおよび1810eVの信号
はタングステンの3s、3p、3dの内殻準位結合エネ
ルギーに相当し、穴以外の基板表面部にはタングステン
が多く存在し、一方、穴の底の表面部にはシリコンが多
く存在することを示す。
【0019】実施例3 実施例と同じDRAM用トレンチ構造をもつシリコン半
導体基板上に、厚さ200Åの薄膜を金を蒸着し、表面
垂直方向から約45°ずれた方向からアルゴンイオンに
よるスパッタを行った(図6)。この試料を上記の実験
と同様、基板表面垂直方向から集束した電子線を照射
し、そのときの試料吸収電流を測定することでその部分
の組成分析を行った。この実験では、電子線を走査する
各点で電子線の加速エネルギーを1keVから3keV
まで変化させながら、試料吸収電流の変化を観測した。
その結果、基板表面上の穴の部分では、入射する電子線
のエネルギーが2740eV、2290eVおよび22
10eVのエネルギーで試料吸収電流に大きな変化が見
られ、穴以外の部分では1840eVのエネルギーで試
料吸収電流に大きな変化が見られた。これらのうち、2
740eV、2290eVおよび2210cVの信号は
金の3p、3dの内殻準位結合エネルギーに相当し、穴
の底の表面部には金が多く存在し、一方、穴以外の基板
表面部にはシリコンが多く存在することを示す。
【0020】
【発明の効果】本発明により、半導体素子上に作製され
た縦横比の大きな細く深い穴の底の元素分析が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】試料吸収電流分光装置の概略図である。
【図2】局所分析を行うための試料吸収電流分光装置の
概略図である。
【図3】高速で局所分析を行うための試料吸収電流分光
装置の概略図である。
【図4】トレンチ構造をもつ半導体試料の測定の概略図
と、試料の拡大した断面図である。
【図5】スパッタ法によってタングステン膜を製膜した
トレンチ構造試料の断面図である。
【図6】蒸着法によって金の薄膜を製膜し、アルゴンイ
オンスパッタ法によって表面を研磨したトレンチ構造試
料の断面図である。
【符号の説明】
1 電子銃 2 試料 3 電流検出器 4 可変電圧源 5 電子レンズ 6 正弦波発生器 7 ロックインアンプ 8 出力信号 9 トレンチ構造をもつ半導体試料 10 トレンチの溝の部分 11 製膜されたタングステン膜 12 金蒸着膜

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料表面に電子線を照射して、その電子
    線の加速エネルギーを変化させ、試料に流れ込む電流の
    照射電子線エネルギーに対する変化を計測することで、
    試料表面上に付着あるいは試料表面に含まれる元素を分
    析することを特徴とする分析法。
  2. 【請求項2】 前記電子線が電子レンズを用いて集束さ
    れた電子線であり、前記試料表面の局所的な領域に電子
    線を照射する請求項1に記載の分析法。
  3. 【請求項3】 電子レンズで集束させた電子線を、試料
    表面上の局所的な領域に照射あるいは電子線照射位置を
    走査しながら照射し、その電子線の加速エネルギーを変
    化させ、試料に流れ込む電流の照射電子線エネルギーに
    対する変化を計測することで、試料表面上に付着あるい
    は試料表面に含まれる元素の分布を側定することを特徴
    とする測定法。
  4. 【請求項4】 電子線の加速エネルギーを測定対象の元
    素の内殻準位結合エネルギーを含む範囲で周期的に変化
    させる請求項1〜3に記載の測定法。
  5. 【請求項5】 試料表面に加速エネルギーを変化させな
    がら電子線を照射するための手段と、電子線照射時に試
    料に流れ込む電流の照射電子線エネルギーに対する変化
    を計測する手段とを有することを特徴とする試料表面上
    に付着あるいは試料表面に含まれる元素の分析装置。
  6. 【請求項6】 電子線を集束させる電子レンズと、集束
    させた電子線を試料表面上の局所的な領域に照射あるい
    は電子線照射位置を走査しながら照射するための電子線
    制御系とを有する請求項5に記載の分析装置。
  7. 【請求項7】 電子線の加速エネルギーを、測定対象の
    元素の電子線の加速エネルギーを測定対象の元素の内殻
    準位結合エネルギーを含む範囲で周期的に変化させる請
    求項5または6に記載の分析装置。
  8. 【請求項8】 電子線を試料に照射して、試料に流れ込
    む試料吸収電流を検出する方法において、照射する電子
    線の加速エネルギーを周期的に変化させ、その周期と同
    じ周期の試料吸収電流変化分を検出することを特徴とす
    る試料吸収電流の測定方法。
  9. 【請求項9】 電子線を試料に照射して、試料に流れ込
    む試料吸収電流を検出する装置において、電子線をその
    加速エネルギーを周期的に変化させて試料に照射する手
    段と、この加速エネルギーの変化の周期と同じ周期の試
    料吸収電流変化分を検出するための手段とを有すること
    を特徴とする測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002216697A (ja) * 2001-01-17 2002-08-02 Horon:Kk 検査装置
JP2002257765A (ja) * 2001-03-02 2002-09-11 Nec Corp 基板表面の汚染評価方法及び汚染評価装置と半導体装置の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002216697A (ja) * 2001-01-17 2002-08-02 Horon:Kk 検査装置
JP2002257765A (ja) * 2001-03-02 2002-09-11 Nec Corp 基板表面の汚染評価方法及び汚染評価装置と半導体装置の製造方法
JP4738610B2 (ja) * 2001-03-02 2011-08-03 株式会社トプコン 基板表面の汚染評価方法及び汚染評価装置と半導体装置の製造方法

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