JPH0122577B2 - - Google Patents

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測定方
法に関するものである。

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。

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。

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。

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。

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。

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1μ
ｍφ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。

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。

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、のこぎり破
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。

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。

本発明によれば、試料の複数の領域に変調電圧
は各領域とも同一とし、この変調電圧に重畳して
各領域に互いに異なる電圧の直流バイアス電圧を
印加することによつてオージエ電子分光スペクト
ル分析の多重化が可能となる。

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には微小変流電圧
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。

試料中の微小領域に印加する交流電圧の周波数
は同じにし、この交流電圧に重畳して印加する直
流電圧値を異なつた値にすると放出される二次電
子はこの直流電圧分だけ高い運動エネルギーを持
つているため各領域からの二次電子信号を分離し
て検出することができる。

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、互いに絶縁
された複数の微小領域に互いに異なる直流バイア
スを印加する方法である。微小領域３１，３２，
３３は互いに絶縁されている。微小領域３１，３
２，３３に直流バイアス電流として、それぞれＯ
ボルト、Ｖボルト、2Vボルトを直流電源３４に
より印加する。こうすることによつて微小領域３
２から放出する二次電子、（オージエ電子を含む）
はＶボルトだけ余分に運動エネルギーを供給され
る。同様に微小領域３３から放出する二次電子
は、2Vボルトだけ余分に運動エネルギーを供給
される。ただしそれぞれの微小領域から検出され
るオージエ電子分光スペクトルが、互いに重なり
合わないように直流バイアス電圧を選ぶようにし
ている。微小領域３２から得られるオージエ電子
分光スペクトルは直流バイアスを印加しない場合
に比べてＶボルトだけ高エネルギー側に検出さ
れ、同様に微小領域３３から得られるオージエ電
子分光スペクトルは2Vボルトだけ高エネルギー
側に検出される。このように第４図に示す方法に
よれば、同一の交流電圧３５をトランス３６を介
して複数の微小領域３１，３２，３３に印加する
ことができ、単数のロツクイン増幅器３７によ
り、それぞれの微小領域３１，３２，３３からの
オージエ電子分光スペクトルを互いに独立に検出
することが可能である。

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。

【図面の簡単な説明】

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
は一次電子照射系、４は試料、５はCMA、６は
二次電子増倍管、７はロツクイン増幅器、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直流バイアスを印
加することによつてオージエ電子分光スペクトル
分析の多重化を行う方法の実施例を示す図であ
り、３１，３２，３３は微小領域、３４は直流バ
イアス電圧であり、３５は変調電圧、３６はトラ
ンス、３７はロツクイン増幅器を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一次電子を被測定試料に照射し、当該試料か
   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法におい
   て、試料内で互いに絶縁された複数の領域の各々
   に共通に同一変調電圧を印加し、更に互いに異な
   る電圧の直流バイアス電圧を前記変調電圧に重畳
   して前記複数の領域の各々に印加し、前記複数の
   領域から発生する前記直流バイアス電圧分だけ余
   分のエネルギーを有し、かつ前記変調電圧周波数
   に同期する二次電子を単一のエネルギー分析器を
   用いて検出する事を特徴とするオージエ電子分光
   スペクトル測定方法。