JPS63735B2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、オージエ電子分光スペクトルの測定
方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for measuring Auger electron spectroscopy.
従来のオージエ電子分光スペクトルを測定する
代表的な方法として、円筒鏡型エネルギー分析器
（CMA：Cylindrical Mirror Analyzer、以下
CMAと記述する。）に直流掃引電圧と微小振幅変
調電圧とを重畳させて、試料から放出される二次
電子（オージエ電子を含む）のうち該変調電圧に
同期した周波数成分のみをロツクイン増幅器で位
相検波することによつてオージエ電子分光スペク
トルを検出する方法を採用している。 A typical method for measuring conventional Augier electron spectroscopy spectra is to use a cylindrical mirror energy analyzer (CMA).
Written as CMA. ) by superimposing a DC sweep voltage and a minute amplitude modulation voltage, and phase-detecting only the frequency components synchronized with the modulation voltage among the secondary electrons (including Auger electrons) emitted from the sample using a lock-in amplifier. Therefore, a method of detecting Auger electron spectroscopy is adopted.
従来のこの測定方法のブロツクダイアグラムを
第１図に示す。第１図において１は真空容器でイ
オンポンプ２によつて排気されている。一次電子
照射系３から試料４に一次電子を照射し、試料４
から放出されたオージエ電子を含む二次電子は
CMA５によりエネルギー分光され、二次電子増
倍管６によつて増幅され、ロツクイン増幅器７に
検出される。 A block diagram of this conventional measuring method is shown in FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vacuum container which is evacuated by an ion pump 2. In FIG. The sample 4 is irradiated with primary electrons from the primary electron irradiation system 3, and the sample 4 is
The secondary electrons including Augier electrons emitted from
The energy is separated by the CMA 5, amplified by the secondary electron multiplier 6, and detected by the lock-in amplifier 7.
ロツクイン増幅器７の出力はＸ―Ｙレコーダ８
に記録される。CMA５には直流掃引電圧９及び
微小変調電圧１０がトランス１１を介して印加さ
れている。ロツクイン増幅器７はCMA５に印加
された微小変調電圧１０の周波数と位相に同期整
合されており、入力信号のうち前記周波数と位相
をもつ成分のみを増幅することによつて入力信号
中の雑音を低減している。 The output of the lock-in amplifier 7 is the X-Y recorder 8
recorded in A DC sweep voltage 9 and a minute modulation voltage 10 are applied to the CMA 5 via a transformer 11. The lock-in amplifier 7 is synchronously matched to the frequency and phase of the minute modulation voltage 10 applied to the CMA 5, and reduces noise in the input signal by amplifying only the component having the frequency and phase of the input signal. are doing.
この測定方法においては、CMA５に変調電圧
１０を印加しているため、CMA５を通過する電
子は全て変調されてしまう。CMA５を通過する
電子の大部分は、試料４から放出されて直接飛来
する二次電子であるが、その他に迷走電子と呼ば
れる試料４以外から発生する低エネルギーの電子
がCMA５を通過している。これらの迷走電子に
は、イオンポンプ２から発生している迷走電子、
CMA開口部のメツシユ１２から発生している二
次電子、CMA５の内壁から発生している二次電
子等が含まれる。CMA５内では、試料４から放
出されかつ、真の信号を与える二次電子のみなら
ず、同時に迷走電子も変調される。この現象はオ
ージエ電子分光スペクトルを検出する際に、雑音
の原因となり、時には低エネルギー領域でのオー
ジエ電子分光スペクトルの検出を困難にすること
もある。特に金属及び半導体デバイス等の素子の
表面を研究していくうえで、低エネルギー領域の
オージエ電子分光スペクトルを測定することはし
ばしば重要である。たとえば素子の表面の汚染状
態を調べるうえで問題となる汚染元素に炭素、酸
素、窒素、カリウム等があげられるが、これらの
元素のオージエ電子分光スペクトルは、ほとんど
が数100ev以下に存在する。また、素子表面の化
学結合状態を知るためにも、低エネルギー領域の
オージエ電子分光スペクトルは重要である。たと
えばシリコンの低エネルギーオージエ電子は
92evであるが、酸化されることによつて76evの
酸化シリコン特有のオージエ電子を放出する。こ
のように、低エネルギー領域における正確なオー
ジエ電子分光スペクトルを得るためには、迷走電
子を検出系から除去する必要があるが、従来の測
定方法によれば、迷走電子の除去はできないとい
う欠点を有する。 In this measurement method, since a modulation voltage of 10 is applied to the CMA 5, all electrons passing through the CMA 5 are modulated. Most of the electrons passing through CMA 5 are secondary electrons that are emitted from sample 4 and fly directly to it, but low-energy electrons generated from sources other than sample 4, called stray electrons, also pass through CMA 5. These stray electrons include stray electrons generated from the ion pump 2,
Secondary electrons generated from the mesh 12 of the CMA opening, secondary electrons generated from the inner wall of the CMA 5, etc. are included. In the CMA 5, not only secondary electrons emitted from the sample 4 and giving a true signal but also stray electrons are simultaneously modulated. This phenomenon causes noise when detecting the Augier electron spectra, and sometimes makes it difficult to detect the Augier electron spectra in the low energy region. In particular, when studying the surfaces of elements such as metal and semiconductor devices, it is often important to measure Auger electron spectra in the low energy region. For example, carbon, oxygen, nitrogen, potassium, and other contaminant elements are problematic when investigating the state of contamination on the surface of a device, but the Auger electron spectra of most of these elements exist in the range of several 100 EV or less. Furthermore, the Auger electron spectroscopy spectrum in the low energy region is important for understanding the chemical bonding state on the surface of the device. For example, low-energy Augier electrons in silicon
Although it is 92ev, when it is oxidized, it emits Auger electrons of 76ev, which are unique to silicon oxide. In this way, in order to obtain accurate Auger electron spectroscopy in the low energy region, it is necessary to remove stray electrons from the detection system, but conventional measurement methods have the disadvantage that stray electrons cannot be removed. have
また、特に半導体デバイス表面の評価において
表面の微小領域でのオージエ電子分光スペクトル
を測定することが重要になつてきている。現在の
半導体集積回路においては、1μm以下の線幅でパ
ターンを形成することが可能になり、ユニポーラ
型FET（Field Effect Transistor：電界効果トラ
ンジスタ）においては高周波特性を改善するため
にゲート長1μm以下のゲート電極を有するものも
開発されている。このような微小領域をオージエ
電子分光法を用いて測定評価することは、今後ま
すます重要になつてきている。CMA５に微小変
調電圧１０を印加する従来の測定方法において
は、微小領域でのオージエ電子分光スペクトルを
検出するためには試料４に照射する一次電子ビー
ムの直径を小さくする必要がある。 In addition, particularly in evaluating the surface of a semiconductor device, it has become important to measure the Auger electron spectroscopy spectrum in a minute region of the surface. In current semiconductor integrated circuits, it is now possible to form patterns with line widths of 1 μm or less, and unipolar FETs (Field Effect Transistors) have gate lengths of 1 μm or less to improve high frequency characteristics. Types with gate electrodes have also been developed. Measuring and evaluating such minute regions using Auger electron spectroscopy will become increasingly important in the future. In the conventional measurement method of applying a minute modulation voltage 10 to the CMA 5, it is necessary to reduce the diameter of the primary electron beam irradiated onto the sample 4 in order to detect the Auger electron spectra in a minute region.
一般にオージエ電子分光スペクトルを感度良く
検出するためには、試料６に入射する一次電子ビ
ームの電流量は10-5〜10-7A程度を必要としてい
る。このときの一次電子ビームの到達最小ビーム
直径は、電子銃フイラメントにタングステンを用
いた場合最高性能の電子レンズ系を用いても約
1μmφ程度である。試料４に照射する一次電子ビ
ームの直径は、試料照射電流量によつて、おおよ
そ決定されるが、一次電子ビームの直径を1μmφ
以下にするためには、試料に照射される一次電子
の電流量を少なくしなければならない。 Generally, in order to detect the Auger electron spectrometer with good sensitivity, the amount of current of the primary electron beam incident on the sample 6 needs to be about 10 -5 to 10 -7 A. In this case, the minimum beam diameter that the primary electron beam can reach is approximately
It is about 1 μmφ. The diameter of the primary electron beam irradiated onto the sample 4 is approximately determined by the amount of current applied to the sample, but the diameter of the primary electron beam is set to 1μmφ.
In order to achieve the following, it is necessary to reduce the amount of current of primary electrons irradiated to the sample.
然るにかくなるときは、良好なオージエ電子分
光スペクトルが得られにくく、また、信号が雑音
に埋もれてしまい、何の情報も検出できなくなる
という事態を招くことが多い。また一次電子ビー
ムの直径を充分細くすることができたとしても、
一次電子ビームの照射位置のゆらぎを制限する必
要がある。測定したい微小領域に一次電子ビーム
を照射していても、時間の経過と共に照射位置が
ふらつく危険性があり、この場合、正確なオージ
エ電子分光スペクトル情報を得ることができな
い。このように、CMA５に微小変調電圧１０を
印加する従来の測定方法においては、試料４の微
小領域の測定を制限する要因は、一次電子ビーム
の照射系３であり、一次電子ビームの直径を小さ
くし、かつ照射位置のふらつきを減ずるため高度
の技術精度を要するという欠点を有している。 When this happens, it is difficult to obtain a good Auger electron spectroscopy spectrum, and the signal is often buried in noise, resulting in a situation where no information can be detected. Furthermore, even if the diameter of the primary electron beam could be made sufficiently thin,
It is necessary to limit fluctuations in the irradiation position of the primary electron beam. Even if a primary electron beam is irradiated onto a microscopic region to be measured, there is a risk that the irradiation position will fluctuate over time, and in this case, accurate Auger electron spectroscopy spectrum information cannot be obtained. In this way, in the conventional measurement method of applying a minute modulation voltage 10 to the CMA 5, the factor that limits the measurement of a minute area of the sample 4 is the primary electron beam irradiation system 3, and the diameter of the primary electron beam is reduced. However, it also has the disadvantage of requiring a high degree of technical precision in order to reduce fluctuations in the irradiation position.
また、特開昭50―54380号公報にみられるよう
に、試料に可変遅延電圧、すなわち、のこぎり波
である掃引電圧に変調電圧を重畳して、試料に流
れる全電流を測定する方法がある。しかし、この
方法は感度の向上、装置の小型化という利点はあ
るが、同一試料中の異なる微小領域を互いに独立
に、かつ、同時に測定することはできない。 Furthermore, as seen in Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-54380, there is a method in which a variable delay voltage is applied to the sample, that is, a modulation voltage is superimposed on a sawtooth wave sweep voltage to measure the total current flowing through the sample. However, although this method has the advantage of improved sensitivity and miniaturization of the device, it is not possible to measure different minute regions in the same sample independently and simultaneously.
本発明の目的は、上記の低エネルギー領域にお
いてオージエ電子分光スペクトルの雑音の原因と
なる迷走電子の検出を避け、かつ試料に入射する
一次電子ビームの直径を充分に小さくするという
必要をなくして、試料中の異なる領域を同時に正
確に分析できる測定方法を提供することにある。 The purpose of the present invention is to avoid the detection of stray electrons that cause noise in the Auger electron spectra in the above-mentioned low energy region, and to eliminate the need to sufficiently reduce the diameter of the primary electron beam incident on the sample. The object of the present invention is to provide a measurement method that can accurately analyze different regions in a sample at the same time.
本発明によれば、試料の複数の領域に互いに異
なる周波数の交流電圧を同時に印加し、複数の検
出器を用意することによりオージエ電子分光スペ
クトル分析の多重化が可能となる。 According to the present invention, multiplexing of Auger electron spectroscopy becomes possible by simultaneously applying alternating current voltages of different frequencies to a plurality of regions of a sample and preparing a plurality of detectors.
第２図に本発明の原理を説明するためのブロツ
クダイアグラムを示す。CMA５には直流掃引電
圧９のみを印加し、また試料４には微小交流電圧
１１のみを印加する。ただし、CMA５側のアー
スと、試料４側のアースとは共通にしている。試
料４が導体である場合、変調電圧１０がアースと
短絡することを避けるため高抵抗１３を試料４と
アースとの間に挿入する。こうすることにより、
照射系３より一次電子ビームを試料４に入射させ
たとき、試料から放出する二次電子（オージエ電
子を含む）のみが、交流電圧１０により変調を受
ける。このとき試料４以外から発生している迷走
電子は変調を受けない。CMA５を通過する電子
は、変調を受けた試料４からの二次電子と変調を
受けていない迷走電子とであるが、ロツクイン増
幅器７で、試料４に印加した交流電圧１０と同期
した周波数成分の信号のみを検出増幅することに
よつて変調を受けた試料４からの二次電子の信号
のみが検出される。このとき、迷走電子による信
号は検出されないから低エネルギー領域における
オージエ電子分光スペクトルは非常に雑音の少な
いものとなる。また交流電圧１０を測定したい微
小領域のみに印加すれば、その領域から放出する
二次電子のみが変調を受ける。そのため、試料４
に入射する一次電子ビームの直径が、たとえその
微小領域以上であつても、その微小領域以外から
放出する二次電子は変調を受けていないため、ロ
ツクイン増幅器７で検出されない。このことは即
ち、試料４に入射する一次電子ビームの直径を実
効的に測定している微小領域に等しくしているこ
とに対応する。このようにして、一次電子ビーム
の電流量を減少させることなく、一次電子ビーム
の直径を実効的に小さくすることができる。 FIG. 2 shows a block diagram for explaining the principle of the present invention. Only a DC sweep voltage 9 is applied to the CMA 5, and only a minute AC voltage 11 is applied to the sample 4. However, the ground on the CMA5 side and the ground on the sample 4 side are the same. If the sample 4 is a conductor, a high resistance 13 is inserted between the sample 4 and the ground to prevent the modulated voltage 10 from shorting with the ground. By doing this,
When the primary electron beam is incident on the sample 4 from the irradiation system 3, only the secondary electrons (including Auger electrons) emitted from the sample are modulated by the alternating current voltage 10. At this time, stray electrons generated from sources other than sample 4 are not modulated. The electrons passing through the CMA 5 are secondary electrons from the sample 4 that have been modulated and stray electrons that have not been modulated. By detecting and amplifying only the signal, only the modulated secondary electron signal from the sample 4 is detected. At this time, since no signal due to stray electrons is detected, the Augier electron spectroscopic spectrum in the low energy region has very little noise. Furthermore, if the AC voltage 10 is applied only to a minute region to be measured, only the secondary electrons emitted from that region will be modulated. Therefore, sample 4
Even if the diameter of the primary electron beam incident on the secondary electron beam is greater than or equal to the microscopic region, the secondary electrons emitted from outside the microscopic region are not detected by the lock-in amplifier 7 because they are not modulated. In other words, this corresponds to making the diameter of the primary electron beam incident on the sample 4 equal to the microscopic area that is effectively being measured. In this way, the diameter of the primary electron beam can be effectively reduced without reducing the amount of current in the primary electron beam.
試料中の各微小領域に印加する交流電圧の周波
数を互いに異ならせると、各領域からの二次電子
信号を分離して検出できる。 By varying the frequency of the alternating current voltage applied to each microregion in the sample, the secondary electron signals from each region can be detected separately.
以下、図面を用いて実施例について説明する。
第３図は本発明の実施例を示す図で、基板のうえ
に複数の微小領域Ａ１〜Anがある。それぞれの
微小領域Ａ１〜Anに振幅10Vで互いに異なる周
波数の微小交流電圧Ｆ１〜Fnを印加し、一次電
子ビームを加速電圧10kV、電流量５×10-6、ビ
ーム径300μmで照射する。ｎ個のロツクイン増幅
器Ｌ１〜Lnをそれぞれの微小交流電圧Ｆ１〜Fn
に同時に同期させることによつて、それぞれの微
小領域で変調を受けた二次電子信号を各対応する
ロツクイン増幅器Ｌ１〜Lnからオージエ電子分
光スペクトルを同時にかつ独立に得ることができ
る。 Examples will be described below with reference to the drawings.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention, in which there are a plurality of minute regions A1 to An on a substrate. Minute alternating current voltages F1 to Fn with an amplitude of 10 V and different frequencies are applied to each of the minute regions A1 to An, and a primary electron beam is irradiated with an acceleration voltage of 10 kV, a current amount of 5×10 −6 , and a beam diameter of 300 μm. n lock-in amplifiers L1 to Ln are connected to respective minute AC voltages F1 to Fn.
By simultaneously synchronizing the secondary electron signals modulated in the respective minute regions, the Auger electron spectra can be simultaneously and independently obtained from the corresponding lock-in amplifiers L1 to Ln.
このように、本発明は、試料に交流電圧を印加
して迷走電圧による雑音信号を低減させかつ、試
料に照射する一次電子ビームの直径を考慮するこ
となく測定したい微小領域のみのオージエ電子分
光スペクトルを検出することができ、かつ、オー
ジエ電子分光スペクトル分析の多重化が可能にな
るという種々の利点を有する。 As described above, the present invention reduces noise signals caused by stray voltages by applying an alternating current voltage to a sample, and generates an Auger electron spectroscopy spectrum of only a minute region to be measured without considering the diameter of the primary electron beam irradiating the sample. It has various advantages, such as being able to detect and multiplexing Auger electron spectroscopic analysis.
第１図は従来のオージエ電子分光スペクトルの
測定方法を示す概略図であり、第２図は本発明に
よる測定方法を示す概略図である。第１図，第２
図において１は真空容器、２はイオンポンプ、３
は１次電子照射系、４は試料、５はCMA、６は
二次電子増倍器、７はロツク増幅器、８はＸ―Ｙ
レコーダ、９は直流掃引電圧、１０は微小変調電
圧、１１はトランス、１２はCMA開口部のメツ
シユ、１３は抵抗である。第３図は互いに絶縁さ
れたそれぞれの微小領域に互いに異なる周波数の
微小変調電圧を印加することによつてオージエ電
子分光スペクトル分析の多重化を行なう方法の実
施例を示す図であり、Ａ１〜Anは互いに絶縁さ
れた微小領域、ｆ１〜fnは互いに周波数の異なる
微小変調電圧、Ｌ１〜Lnは微小変調電圧、ｆ１
〜fnにそれぞれ同期したロツクイン増幅器であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional method for measuring an Augier electron spectroscopic spectrum, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a measuring method according to the present invention. Figures 1 and 2
In the figure, 1 is a vacuum vessel, 2 is an ion pump, and 3
is the primary electron irradiation system, 4 is the sample, 5 is the CMA, 6 is the secondary electron multiplier, 7 is the lock amplifier, 8 is the X-Y
9 is a DC sweep voltage, 10 is a minute modulation voltage, 11 is a transformer, 12 is a CMA opening mesh, and 13 is a resistor. FIG. 3 is a diagram showing an example of a method for multiplexing Auger electron spectroscopy by applying minute modulation voltages of different frequencies to respective minute regions that are insulated from each other, and shows an example of a method for multiplexing Auger electron spectroscopy. are minute regions isolated from each other, f1 to fn are minute modulation voltages with different frequencies, L1 to Ln are minute modulation voltages, f1
These are lock-in amplifiers synchronized with ~fn.
Claims (1)
ら放出される二次電子をエネルギー分析して検出
するオージエ電子分光スペクトル測定方法に於
て、試料内で互いに絶縁された複数の領域の各々
に互いに異なる周波数の変調電圧を同時に印加
し、前記複数の領域に対応して設けた複数の検出
器にて検出するオージエ電子分光スペクトル測定
方法。1. In the Auger electron spectroscopy measurement method, in which a sample to be measured is irradiated with primary electrons and secondary electrons emitted from the sample are detected by energy analysis, An Auger electron spectroscopy spectrum measurement method in which modulated voltages of different frequencies are simultaneously applied and detected by a plurality of detectors provided corresponding to the plurality of regions.
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| JP491078A JPS54139593A (en) | 1978-01-19 | 1978-01-19 | Measuring method of auger electron spectral spectra |
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| JP491078A JPS54139593A (en) | 1978-01-19 | 1978-01-19 | Measuring method of auger electron spectral spectra |
Related Child Applications (2)
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| JP60175368A Division JPS6150045A (en) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | Auger electron spectroscopy method |
| JP62118680A Division JPS62294948A (en) | 1987-05-14 | 1987-05-14 | Measurement of auger electron and spectroscopic spectrum |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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| JPH02256405A (en) * | 1989-03-29 | 1990-10-17 | Copal Electron Co Ltd | Power chuck |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5923444A (en) * | 1982-07-30 | 1984-02-06 | Hitachi Ltd | Scanning type reflected electron diffraction microscope |
-
1978
- 1978-01-19 JP JP491078A patent/JPS54139593A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02256405A (en) * | 1989-03-29 | 1990-10-17 | Copal Electron Co Ltd | Power chuck |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54139593A (en) | 1979-10-30 |
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