KR20050043257A - 3차원 표면 분석 방법 - Google Patents

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KR20050043257A
KR20050043257A KR1020030078092A KR20030078092A KR20050043257A KR 20050043257 A KR20050043257 A KR 20050043257A KR 1020030078092 A KR1020030078092 A KR 1020030078092A KR 20030078092 A KR20030078092 A KR 20030078092A KR 20050043257 A KR20050043257 A KR 20050043257A
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Abstract

본 발명은 3차원 표면 분석 방법에 관한 것이다. (가) 상기 대상 시료 표면의 일 부위에 특정 파장의 빔을 조사하여, 시료 표면의 법선과 여기된 광전자의 방출 방향이 이루는 방출 각도에 따른 광전자의 강도를 측정하고, 상기 광전자의 방출 각도에 따라 측정된 강도 데이타를 사용하여 상기 대상 시료의 일부위의 깊이에 따른 조성 분포를 검출하는 단계; (나) 상기 대상 시료에 대한 특정 파장의 빔의 입사 위치를 변경시켜, 대상 시료 표면의 각 위치에서의 대상 시료 깊이에 따른 조성 분포를 검출하는 단계; 및 (다) 상기 대상 시료 표면의 각 위치에서의 깊이에 따른 조성 분포에 대한 데이타를 취합하여 3차원적으로 분석을 하는 단계;를 포함하는 3차원 표면 분석 방법을 제공한다.

Description

3차원 표면 분석 방법{3 Dimensional surface analysis method}
본 발명은 3차원 표면 분석 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 분광 화학 분석법인 ARXPS로 대상 재료의 표면을 3차원적으로 분석하는 방법에 관한 것이다.
다양한 신물질들이 개발되고, 나노미터 레벨의 박막을 지닌 소자들이 개발되면서 표면 분석에 대한 관심이 고조되고 있다. 그 이유는 물질의 표면이 외부와 항상 접하고 있으므로, 물리적, 화학적 반응이 내부보다 그 표면에서 먼저 일어나기 때문이다. 표면 분석이란 금속과 같이 단단한(hard) 표면을 지닌 물질의 경우 일반적으로 그 표면으로 부터 20Å 정도이며, 유기물 또는 고분자와 같은 물질의 경우 약 100Å 정도의 깊이까지의 표면과 계면의 구성 원소, 화학적 결합 상태 또는 에너지 레벨 등을 알아내는 기술이다. 이는 모든 첨단 재료의 연구에 중요한 역할을 하는 분석 방법이다.
표면 분석 방법으로 널리 사용되어지고 잘 알려져 있는 방법으로, XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy : X선 광전자 분광법), AES(Auger Electron Spectroscopy) 및 SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy) 등이 있다. 여기서 상기 AES와 같은 경우에는 시료를 스퍼터링시켜 그 표면을 분석하는 것으로 분석하고자 하는 시료의 막질을 악화시켜 정확한 분석이 어려운 문제점이 있다.
XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy : X선 광전자 분광법)는 상기 AES와는 다른 비파괴 표면 분석 방법이다. 포톤(photons : 광자)이 시료에 입사될 때, 원자나 분자로부터 방출된 전자들의 에너지를 측정하여 시료의 표면을 분석한다. XPS는 ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis : 전자분광 화학 분석법)로 알려져 있으며, 그 원리를 설명하면 다음과 같다. 소정의 에너지를 지닌 X선(광자)을 시료에 입사시키면 시료를 구성하는 원자 내부의 코어 레벨(core level) 광전자(photoelectron)들이 방출된다. 이와 같은 코어 레벨의 에너지, 즉 내부의 결합 에너지(binding energies)는 시료를 구성하는 원소들에 따라 다르다. 결합에너지는 초기의 방사 에너지(irradiation energy)와 광전자의 에너지 차이로 측정되며, 이를 분석하여 원소들을 확인할 수 있다. 그리고, 원자로 부터 방출된 광전자의 에너지는 화학 결합의 결과 원자들이 지니고 있는 하전가(charge)도 결정할 수 있다. 여기서, X-ray 대신 자외선(Ultraviolet rayer)을 사용하는 것이 UPS(Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy)이다.
한편, XPS 분석 장비에서 챔버는 고진공 상태이며, 시료에 X-ray가 조사되면 시료 표면에서 방출된 광전자가 전자 에너지 분석기(Electron Energy Analyser)로 들어가서 광전자의 에너지를 분석한다. 시료에서 방출된 광전자의 운동 에너지(kinetic energy)는 매우 작고, mean free path의 한계가 있기 때문에 시료의 표면으로부터 약 10nm의 깊이에서 방출된 광전자들 만이 분광기(spectroscopy)로 들어가서 분석 자료로 사용될 수 있다.
ARXPS는 깊이에 따른 표면 조성을 분석하는 비파괴 분석 법으로 널리 이용되고 있다. 그러나, 현재까지 ARXPS에 의해 일반적으로 분석되어 나온 결과는 2차원적인 것으로 이를 보다 정밀하고, 신뢰성 있게 분석한 3차원적인 결과는 기대하기 어려운 문제가 있다.
본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 시료의 표면 및 그 표면으로 부터 일정 깊이의 시료 내부를 분석하는 경우에 이를 3차원으로 정밀하게 분석할 수 있는 비파괴 표면 분석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기 문제점을 해결하기 위하여, 빔 소스, 상기 빔 소스에서 방출된 빔에서 특정 파장의 빔을 검출하는 분광기, 상기 분광기에 의해 얻은 특정 파장의 빔을 대상 시료에 조사하여 상기 대상 시료에서 방출된 광전자의 에너지를 분석하는 검출기에 의하여, 상기 대상 시료의 표면 및 그 표면 내부의 조성을 3차원적으로 분석하는 3차원 표면 분석 방법에 있어서,
(가) 상기 대상 시료 표면의 일 부위에 특정 파장의 빔을 조사하여, 시료 표면의 법선과 여기된 광전자의 방출 방향이 이루는 방출 각도에 따른 광전자의 강도를 측정하고, 상기 광전자의 방출 각도에 따라 측정된 강도 데이타를 사용하여 상기 대상 시료의 일부위의 깊이에 따른 조성 분포를 검출하는 단계;
(나) 상기 대상 시료에 대한 특정 파장의 빔의 입사 위치를 변경시켜, 대상 시료 표면의 각 위치에서의 대상 시료 깊이에 따른 조성 분포를 검출하는 단계; 및
(다) 상기 대상 시료 표면의 각 위치에서의 깊이에 따른 조성 분포에 대한 데이타를 취합하여 3차원적으로 분석을 하는 단계;를 포함하는 3차원 표면 분석 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 빔은 X-ray 또는 자외선 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 분석 방법.
본 발명에 있어서, 상기 대상 시료 표면의 각 위치의 조정 및 광전자의 방출 각도 조정은 상기 대상 시료를 장착시켜 구동하는 스테이지 드라이버에 의해 상기 대상 시료를 이동시켜서 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 대상 시료의 표면으로부터 그 내부로의 각 깊이에 따른 조성 분포 측정은 상기 광전자의 방출 각도를 조절하여 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 광전자의 방출 각도는 0도 내지 70도 사이의 범위에서 5개 내지 8개의 각도를 선별적으로 채택하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 광전자의 방출 각도에 따른 강도는 수학식,
에 의해 계산되며, 여기서 I0는 시료 표면에 입사하는 특정 파장의 입사빔의 강도이며, n(z)는 대상 시료의 깊이에 따른 원소의 농도 분포이며, 그리고, θ는 시료 표면에 수직한 선과 방출 광전자의 방출 방향이 이루는 각이며, λ는 광전자의 유효 감쇄 거리이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 3차원 표면 분석 방법에 대해 보다 상세하게 설명하고자 한다. 여기서는 X-ray를 이용한 ARXPS를 이용한 표면 분석 방법에 대해 설명한다. 이러한 내용은 X-ray 대신 자외선을 이용한 UPS에 의한 표면 분석에도 적용시킬 수 있다.
대상 시료의 원소 농도 및 화학적 결합 정도를 얻기 위해 ARXPS에 의한 시료 분석을 할 경우, X-ray를 대상 시료에 조사한다. X-ray는 상기 대상 시료를 구성하는 원소들의 궤도 전자를 여기 시켜 운동에너지를 지닌 광전자들의 방출을 유도한다. 분석기에 의해 상기 대상 시료 표면에서 방출된 각도에 따른 광전자의 유효 개수를 측정한다. 시료의 표면 및 그 내부의 소정 깊이에 대한 원소 분포를 3차원적으로 분석을 하고자 할 때에는 대상 시료의 표면의 각 위치에서의 정보와 각 위치 내부의 깊이에 따른 정보를 얻어야 한다. 그리고, 각 위치 및 각 위치에서의 깊이에 따른 정보를 취합하여 3차원 정보를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 3차원 ARXPS 분석 방법에 사용되는 장치를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 먼저 X-ray 소스(11)에서 발생하는 X-ray는 결정 단색화 장치, 즉 분광기(12) 방향으로 조사된다. 상기 X-ray 소스(11)에서 나오는 방출 X-ray는 파장 범위가 넓은 White Xray이다. 상기 분광기(12)에서는 특정 파장의 X-ray를 발생시키며, 상기 특정 파장의 X-ray는 시료(13)의 표면에 조사된다. 이때, 상기 시료(13)는 스테이지 드라이버(14)에 의해 회전(rotation) 및 틸팅(tilting)이 되어 입사되는 X-ray의 입사각과 소정의 각도를 이루게 된다. 그리고, 상기 대상 시료(13)를 이동시켜, X-ray가 입사되는 시료(13)의 표면 위치를 변화시킨다. 여기서, 특정 파장의 X-ray를 발생시키는 이유는 대상 시료를 분석할 때, 에너지 분해능을 높이기 위한 것이다. 상기 특정 파장의 X-ray를 시료(13) 표면에 조사하면, 상기 시료(13)에서 광전자가 발생한다. 상기 시료(13)에서 발생된 광전자는 광전자 검출기(15)에서 검출하게 된다.
검출기(15)에서 검출되는 광전자의 강도(intensity) I는 시료의 깊이 z의 함수로 하기 수학식 1과 같이 계산된다.
여기서 I0는 시료 표면에 입사하는 X-ray의 강도(intensity)이며, n(z)는 대상 시료의 깊이에 따른 원소의 농도 분포이다. 그리고, θ는 시료 표면에 수직한 법선과 여기된 광전자의 방출 방향이 이루는 각이며, λ는 광전자의 유효 감쇄 거리(effective attenuation length of photoelectrons), 즉, 자유 이동 거리를 나타낸다. 또한, z/λ는 원자 번호에 따른 광전자의 탈출 깊이에 대한 정보이다. 이와 같은, 방출 광전자의 에너지를 구하면 광전자가 방출되는 원자들의 화학적 결합에 관한 정보를 얻을 수 있다.
도 1에서 특정 파장의 X-ray가 시료(13)에 조사되면, 상기 시료(13)의 표면 및 그 내부에서 여기된 광전자가 방출된다. 이때, 상기 시료(13)는 스테이지 드라이버(14)에 의해 소정 각으로 기울어지거나(tilting), 회전(rotation)시키게 된다. 상기 시료(13)을 구성하는 원소 내부의 특정 전자 궤도에 분포한 궤도 전자들이 여기되면, 상기 시료(13) 표면의 법선과 소정의 각도를 이루고 방출된다. 방출되는 광전자의 방향과 상기 시료(13) 표면에 대한 법선이 이루는 특정 각도에서 검출되는 전자의 강도(intensity)를 상기 수학식 1에 의해 계산하여 상기 시료(13)의 깊이에 따른 조성을 결정할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 특정 파장의 X-ray를 시료(13)의 표면에 조사하여, 상기 시료(13)의 깊이에 따른 광전자의 방출각을 나타낸 것이다.
대상 시료(13)에 대해 특정 파장의 X-ray를 조사하면, 상기 시료(13) 내부를 구성하는 원소의 광전자가 시료(13)로부터 외부로 방출된다. 이때, 상기 시료(13)의 표면에 대한 법선과 방출되는 광전자의 진행 방향은 소정의 각도 θ를 이루게 된다. 방출되는 광전자의 유효 감쇄 거리 λ(평균 자유 거리)만큼의 내부에서 시료(13) 외부로 방출된다. 따라서, 방출된 광전자의 상기 시료(13) 표면에서의 방출 깊이(escape depth)는 λcosθ가 된다.
광전자의 운동 에너지의 피크 영역의 측정은 상기 광전자 검출기(15)에 의해 00 < θ < 700의 영역에서 5 내지 8개의 방출 각도에서 이루어진다. 시료(13)의 깊이에 따른 원소의 농도는 상기 계산된 데이타를 이용하여 선형식을 계산하여 얻을 수 있다. 이를 위하여, 시료(13)를 그 표면과 평행하게 분리된 다층 영역으로 나눈다. 이를 도 3에 나타내었다. 각층을 구성하는 원소들의 농도의 합은 일정한 것으로 가정한다. 이와 같은 선형식을 하기 수학식 2에 나타내었다.
(A + αU)x = b
여기서, A는 도 3a의 시료(13)의 광전자 탈출 깊이 내부를 나눈 다층 영역의 각층에서의 전달 함수(transmission function)이다. 즉, 다층 영역의 각층에서 방출되는 광전자의 양에 관한 함수이며, 따라서 다층 구조에서 각 층별 정보가 행렬(matrix) 형태로 표현되는 것이 A이다. b는 광전자의 실험적인 강도 값(experimental intensities)에 의해 결정되는 벡터 값이다. 그리고, 규칙화 함수(regularization function) U는 각 층의 조건에 대한 구속 함수로 경험적인 정보를 사용하여 최적값을 찾기 위한 것이다. 이의 선택은 공개 문헌(1995년 발행된 Cumpson, P.J, J.Electron Spectrosc. Related Phenomena, vol. 73, no, pp. 25 ~ 52)에 기재되어 있으므로, 자세한 설명은 생략한다. 규칙화 계수(regularization parameter) α는 L- 커브 분석을 사용하여 경험적으로 결정한다. 이에 대한 자세한 설명은 공개 문헌(1994년 발행된 Hansen, P.C,. Numerical Algorithms, vol. 6,pp.1 ~ 3)에 기재되어 있다.
그리고, 본 발명에 의한 대상 시료 분석시의 깊이 분해능에 대해 살펴본다. 이는 시료(13)의 표면에서 소정 깊이 까지 ARXPS를 이용하여 분석할 때, 다층 형태로 나눌 수 있는 각 층들의 숫자를 정의하는 것이다. 상기에서 광전자가 방출되는 깊이는 λcosθ로 나타내었고, 최대 방출 깊이는 cosθ가 1인 경우, 즉 λ가 된다. 시료의 표면으로부터 λ까지의 깊이 내에서 나눌 수 있는 다층의 수는 θ의 수와 같다, 이는 방출되는 광전자의 에너지 프로파일을 방출 각도에 따라 분석하면, 광전자 에너지량이 많이 나오는 피크의 숫자로 결정될 것이다. 이를 하기 수학식 3에 나타내었다.
여기서, ε은 방출되는 광전자의 강도 프로파일에서의 피크의 정확도 퍼센트값이며, ε=100(αI/I)로 정의된다. 여기서, I는 상기 수학식 1에서 나타낸 방출 광전자의 강도를 나타내며, αI는 측정된 광전자의 방출 강도의 표준 변위이다. N은 방출 광전자의 각각의 피크에 해당하는 방출 각도의 숫자, 즉, 고려하는 방출 각도의 숫자를 나타낸다. 또한, Z는 광전자의 탈출 깊이를 나타내며, ΔZ는 광전자의 방출 각도의 수에 대응되는 시료의 다층으로 나누었을 때의 각각의 층의 두께이다. XPS 또는 UPS로 분석할 수 있는 시편 표면 내부의 최대 깊이는 전자의 유효 감쇄 거리(자유 이동 거리)에 의해 정해지며, 통상적으로 10nm 이하이다.
상기와 같이 시료(13) 상의 일 부위에서의 깊이에 따른 농도 분포에 관한 데이타를 얻고 난 뒤에, 도 3b와 같이 시료(13)를 스테이지 드라이버(14)로 정밀하게 조정하여 이동시킨다. 즉, X-ray의 조사 위치를 시료(13)의 x-y 방향으로 이동시켜, 각 위치에서의 깊이에 따른 농도 분포에 관한 데이타를 얻게 된다. 이와 같이, 시료(13)의 각 위치에서의 구성 원소의 농도 분포를 분석한 뒤, 이를 취합하면 3차원 농도 분포에 관한 데이타를 얻을 수 있게 되는 것이다.
상기와 같은 방법에 의해 ARXPS에 의해 시료(13)의 표면 분석을 실험적으로 한 예를 구체적으로 설명 한다.
먼저 두께가 0.7mm인 SiOxNy(0<x,y<1)의 시료 4개를 준비한다. 이는 Si 기판 상에 산화에 의해 SiO2를 먼저 형성시키고, 다시 질소(N2)를 그 표면으로부터 도핑한 것이다. 도핑 깊이는 각각 제 1시료는 4nm, 제 2시료는 3nm, 제 3시료는 2nm이며, 제 4시료는 1.5nm이다. ARXPS에 의해 X-ray를 상기 각 시편에 조사하여 방출된 광전자의 방출 각도에 따른 강도를 측정하여 도 4a 내지 도 4c에 나타내었다. 도 4a는 Si의 2p 에너지 준위(energy level)에서 방출된 광전자의 강도 분포를 나타낸다.
여기서, Si 2p 영역에서 2개의 피크가 관찰된다. 이는 Si이 단일 원소로 존재하는 기판 경우와 산화물인 경우의 화학적 상태가 서로 다름을 의미한다. 그리고, N 1s 영역에서도 2개의 피크가 관찰됨을 알 수 있다. 이는 Si 기판상의 도핑 영역에서의 질소가 서로 다른 화학적 상태에 있는 것으로 판단된다. 낮은 강도를 지닌 N 1s 피크는 두개의 Si원자 및 1개의 O원자들과 결합한 N에서 나온 광전자를 나타내며, 높은 강도를 지닌 N 1s 피크는 3개의 O원자들과 결합한 N에서 나온 광전자를 나타낸다.
도 5는 ARXPS로 측정된 광전자의 에너지 강도를 방출 각도에 따라 나타낸 그래프이다. 규준화 기술의 응용을 위해, 이상적인 결과에 대한 종래 정보를 분석할 필요가 있다. 먼저, 탄소, 산소, 질소 및 산화 실리콘은 시료의 표면층에만 분포하고, 그 내부에서는 존재하지 않는 것으로 가정한다. 그리고, 순수한 실리콘이 그 내부에 분포하는 것으로 가정한다. 이산적인 근사값을 얻기 위하여, 상기 SiOxNy 층을 그 표면과 평행하게 다층으로 나누었다. 상기 수학식 2를 계산함에 있어서, 규준화 매개 변수(parameter)는 L-커브에서 얻어진다.
도 6a 내지 도 6e에서는 시료의 깊이에 따른 원소의 농도를 나타내었다. 도 6a는 SiOxNy 층에서의 Si의 농도를 나타내고, 도 6b는 기판의 순수 Si을 나타내며, 도 6c는 산소의 농도를 나타낸다. 도 6d 및 도 6e는 상기에서 설명한 서로 다른 화학적 상태에 있는 질소를 나타낸다. 도 6d에서는 404eV의 에너지를 지니는 질소의 깊이에 따른 농도 분포를 나타냈는데, 이는 SiOxNy와 순수 Si의 계면에서 최대 농도값을 나타낸다. 반면에 도 6e에서는 398ev의 에너지를 지니는 질소의 깊이에 따른 농도 분포를 나타냈으며, 이는 시료(13)의 표면에 가까운 부위에서 높은 농도 분포를 나타낸다.
이와 같이, 깊이에 따른 농도 분포와 표면에 따른 농도 분포를 조합하면, 3차원적인 조성 분포에 관한 정보를 얻을 수 있다. 이는 ARXPS의 측정시 시료(13)를 스테이지 드라이버(14)에 의해 회전 및 기울어지게 하여 표면 및 소정 깊이에 관한 정보를 얻을 수 있다. 동일한 시료 샘플을 종래 기술의 파괴 분석법인 AES로 질소의 1s 광전자의 강도를 측정한 것을 도 6f에 나타내었다. 이에 대응되는 본 발명의 도 6e와 비교하면, 그 결과에 많은 차이가 있음을 알 수 있다. 광전자의 강도와 농도 분포값이 비례함을 고려하면, 종래 기술에 의한 분석 실험시 그 내부의 구조가 많이 파괴되었음 알 수 있다.
도 7에서는 Si 기판(71)의 표면에 대해 HfO2 막(72)을 형성한 시료 샘플을 나타내었다. Si 기판(71)의 상부 표면은 80㎛×80㎛ 크기의 사각형 형태이며, HfO2 막은 최대 6nm의 두께가 되도록 하였다. 이에 대해 본 발명에 의한 3차원 표면 분석 방법에 의해 분석하여, 그 결과를 3차원 그래프로 도 8a 내지 도 8f에 나타내었다.
이를 살펴보면, Si은 그 표면 부위에는 거의 존재하지 않으며, 내부로 들어갈 수록 증가하고, 약 5nm 이하에서는 거의 100%에 가까운 농도분포를 지니는 것을 알 수 있다.(도 8a 및 도 8b). 그리고, Hf(하프늄)은 표면에서는 소량(약 10% 내외) 존재하며, 1 내지 3nm의 깊이 범위에서 집중적으로 분포하고 있는 것을 알 수 있다.(도 8c 및 8d) 산소의 경우에는 표면에 집중적으로 분포하여 3nm 보다 깊은 부위에서는 거의 존재하지 않음을 알 수 있다.(도 8e 및 도 8f)
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의하면 시료의 표면 및 그 내부의 조성을 분석하는 경우, 실험시 대상 시료를 회전 및 이동시켜, 각 위치에 따른 조성 분포 및 각 위치에서의 깊이에 따른 조성 분포를 측정하고 이를 취합함으로써, 대상 시료를 정밀하게 3차원적으로 분석할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 3차원 표면 분석 방법에 사용되는 장치를 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 특정 파장의 빔을 시료의 표면에 조사한 경우, 시료의 깊이에 따른 광전자의 방출각을 나타낸 도면이다.
도 3은 대상 시료 표면에 대한 법선과 광전자의 방출 방향이 이루는 각도와 대상 시료의 깊이 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 X-ray를 대상 시료에 조사하여 방출된 광전자의 방출 각도에 따른 강도 분포를 측정한 것이다.
도 5는 ARXPS로 측정된 광전자의 에너지 강도를 방출 각도에 따라 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 도 6e는 시료의 깊이에 따른 원소의 농도를 나타낸 그래프이다. 도 6a는 SiOxNy 층에서의 Si의 농도를 나타내고, 도 6b는 기판의 순수 Si을 나타내며, 도 6c는 산소의 농도를 나타낸다. 도 6d 및 도 6e는 서로 다른 화학적 상태에 있는 질소를 나타낸다.
도 6f는 종래 기술에 의한 표면 분석 방법에 의해 측정된 깊이에 따른 원소의 농도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 7은 Si 기판의 표면에 대해 HfO2 막을 형성한 시료 샘플을 나타낸 것이다.
도 8a 내지 도 8f는 상기 도 7의 HfO2 막을 형성한 시료 샘플에 대해 본 발명에 의한 3차원 표면 분석 방법으로 분석한 3차원 성분 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11... 빔(X-ray, 자외선) 소스 12... 분광기
13... 대상 시료 14... 스테이지 드라이버
15... 광전자 검출기
71... 기판 72... HfO2 막

Claims (7)

  1. 빔 소스, 상기 빔 소스에서 방출된 다파장 빔에서 특정 파장의 빔을 검출하는 분광기, 상기 분광기에 의해 얻은 특정 파장의 빔을 대상 시료에 조사하여 상기 대상 시료에서 방출된 광전자의 에너지를 분석하는 검출기를 포함하는 시료의 표면 및 그 표면 내부의 조성을 3차원적으로 분석하는 3차원 표면 분석 방법에 있어서,
    (가) 상기 대상 시료 표면의 일 부위에 특정 파장의 빔을 조사하여, 시료 표면의 법선과 여기된 광전자의 방출 방향이 이루는 방출 각도에 따른 광전자의 강도를 측정하고, 상기 광전자의 방출 각도에 따라 측정된 강도 데이타를 사용하여 상기 대상 시료의 일부위의 깊이에 따른 조성 분포를 검출하는 단계;
    (나) 상기 대상 시료에 대한 특정 파장의 빔의 입사 위치를 변경시켜, 대상 시료 표면의 각 위치에서의 대상 시료 깊이에 따른 조성 분포를 검출하는 단계; 및
    (다) 상기 대상 시료 표면의 각 위치에서의 깊이에 따른 조성 분포에 대한 데이타를 취합하여 3차원적으로 분석을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 분석 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 빔은 X-ray 또는 자외선 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 분석 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 대상 시료 표면의 각 위치의 조정 및 광전자의 방출 각도 조정은 상기 대상 시료를 장착시키는 스테이지 드라이버에 의해 상기 대상 시료를 구동시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 분석 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 대상 시료의 표면으로부터 그 내부로의 각 깊이에 따른 조성 분포 측정은 상기 광전자의 방출 각도를 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 분석 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광전자의 방출 각도는 0도 내지 70도 사이의 범위에서 5개 내지 8개의 각도를 선별적으로 채택하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 표면 분석 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광전자의 방출 각도에 따른 강도는 수학식,
    에 의해 계산되며, 여기서 I0는 시료 표면에 입사하는 특정 파장의 빔의 강도이며, n(z)는 대상 시료의 깊이에 따른 원소의 농도 분포이며, 그리고, θ는 시료 표면에 수직한 선과 방출 광전자의 방출 방향이 이루는 각이며, λ는 광전자의 유효 감쇄 거리인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 분석 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 대상 시료의 깊이 분석은 상기 대상 시료 표면으로 부터 약 10nm이하인 것을 특징으로 하는 3차원 표면 분석 방법.
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