JPH02114159A - 表面分析方法およびその装置 - Google Patents
表面分析方法およびその装置Info
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- JPH02114159A JPH02114159A JP63266037A JP26603788A JPH02114159A JP H02114159 A JPH02114159 A JP H02114159A JP 63266037 A JP63266037 A JP 63266037A JP 26603788 A JP26603788 A JP 26603788A JP H02114159 A JPH02114159 A JP H02114159A
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- surface analysis
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/227—Measuring photoelectric effect, e.g. photoelectron emission microscopy [PEEM]
- G01N23/2273—Measuring photoelectron spectrum, e.g. electron spectroscopy for chemical analysis [ESCA] or X-ray photoelectron spectroscopy [XPS]
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は表面および界面の分析技術に係り、特に非破壊
で高精度の深さ方向分析に好適な表面分析方法およびそ
の装置に関する。
で高精度の深さ方向分析に好適な表面分析方法およびそ
の装置に関する。
［従来の技術］
半導体素子の微細化、薄膜化に伴ない、（微小部分析と
共に）深さ方向の分析が重要になりつつある。たとえば
、Ｓｉ／Ｓｉｎ、界面の状態はＭ○Ｓトランジスタの電
気特性を左右するし。
共に）深さ方向の分析が重要になりつつある。たとえば
、Ｓｉ／Ｓｉｎ、界面の状態はＭ○Ｓトランジスタの電
気特性を左右するし。
ｐｏｌｙｓｉ／５ｉｎ２やｐｏｌｙ Ｓ ｉ／ Ｓ ｉ
、 Ｎ ４界面の状態はキャパシタの電気特性に影響を
与える。これら界面状態（界面の急峻性や界面近傍での
元素や化学結合状態の分布や変化）を計測２分析し、そ
の結果を製造プロセスに反映することにより、トランジ
スタやキャパシタの電気特性の向上をはかることができ
る。一方、光ＣＶＤプロセスでは、ＷやＴｉなど成膜金
属の試料表面から試料内部への分布が重要となる。
、 Ｎ ４界面の状態はキャパシタの電気特性に影響を
与える。これら界面状態（界面の急峻性や界面近傍での
元素や化学結合状態の分布や変化）を計測２分析し、そ
の結果を製造プロセスに反映することにより、トランジ
スタやキャパシタの電気特性の向上をはかることができ
る。一方、光ＣＶＤプロセスでは、ＷやＴｉなど成膜金
属の試料表面から試料内部への分布が重要となる。
上記界面や試料内部への元素分布が関与する領域は、試
料表面から数〜数１０ｎｍの深さに存在する。従って、
これらの計測、分析に必要な表面分析技術としては、試
料最表面から表面下数１０ｎｍの領域内部において、元
素種や化学結合状態、あるいは組成比の変化が分析でき
るものでなければならない、また、要求される深さ方向
分解能は、界面の急峻性等を考慮した場合、約Ｑ、ｉｎ
ｍである。もちろん、非破壊分析が要求されることは言
うまでもない。
料表面から数〜数１０ｎｍの深さに存在する。従って、
これらの計測、分析に必要な表面分析技術としては、試
料最表面から表面下数１０ｎｍの領域内部において、元
素種や化学結合状態、あるいは組成比の変化が分析でき
るものでなければならない、また、要求される深さ方向
分解能は、界面の急峻性等を考慮した場合、約Ｑ、ｉｎ
ｍである。もちろん、非破壊分析が要求されることは言
うまでもない。
以上の要求に対し、現状の深さ方向分析技術としては以
下のものがある。その１つは、ＡＥＳ（オージェ電子分
光法）やＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）に代表され
るように、高運動エネルギーのイオン照射により試料表
面をスパッタリングして１表面もしくはスパッタリング
された粒子の分析により深さ方向の元素分析を行なう方
法である。また、ＥＤＸ （エネルギー分散Ｘ線分析ａ
ミ）やＰＩＸＥ（粒子線励起Ｘ線放射分析法）に代表さ
れるような、試料表面に粒子線を照射し、放出される特
性Ｘ線の試料内部での吸収による強度減衰から、深さ方
向の分析を行なう方法もある。
下のものがある。その１つは、ＡＥＳ（オージェ電子分
光法）やＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）に代表され
るように、高運動エネルギーのイオン照射により試料表
面をスパッタリングして１表面もしくはスパッタリング
された粒子の分析により深さ方向の元素分析を行なう方
法である。また、ＥＤＸ （エネルギー分散Ｘ線分析ａ
ミ）やＰＩＸＥ（粒子線励起Ｘ線放射分析法）に代表さ
れるような、試料表面に粒子線を照射し、放出される特
性Ｘ線の試料内部での吸収による強度減衰から、深さ方
向の分析を行なう方法もある。
［発明が解決しようとする課題］
先に述べた従来技術には以下に述べる問題点がある。
その１つは、イオン照射によるスパッタリングに見られ
るカスケードミキシング効果である。この効果により、
イオン照射を受けた領域（照射面から１〜１０ｎｍ深さ
の領域）内では元素の混ざり合いが起こり分析が均一化
するため、この領域内では深さ方向の元素分布は得られ
ない。このカスケードミキシング効果の他、イオン照射
スパッタリングには、元素種の違いによる選択スパッタ
リング効果や、イオンビームの不均一性に起因するクレ
ータエッヂ効果等分析精度を低下させる種々の要因があ
る。この結果、ＡＥＳやＳＩＭＳの深さ方向分解能はｉ
ｎｎが限度である（マギーホーニツヒ、サーフイス・ア
ンド・インターフェイス・アナリシス、第４巻、３５頁
（１９８２年）。
るカスケードミキシング効果である。この効果により、
イオン照射を受けた領域（照射面から１〜１０ｎｍ深さ
の領域）内では元素の混ざり合いが起こり分析が均一化
するため、この領域内では深さ方向の元素分布は得られ
ない。このカスケードミキシング効果の他、イオン照射
スパッタリングには、元素種の違いによる選択スパッタ
リング効果や、イオンビームの不均一性に起因するクレ
ータエッヂ効果等分析精度を低下させる種々の要因があ
る。この結果、ＡＥＳやＳＩＭＳの深さ方向分解能はｉ
ｎｎが限度である（マギーホーニツヒ、サーフイス・ア
ンド・インターフェイス・アナリシス、第４巻、３５頁
（１９８２年）。
Ｃ，Ｗ、 Ｍａｇｅｅ ａｎｄ Ｒ，Ｅ 、 Ｈｏｎ１
ｇ、 ５ｕｒｆ。
ｇ、 ５ｕｒｆ。
Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ａｎａｌ、 ４．３５ （１９８
２） ） 、さらに、ＡＥＳやｌ５Ｍ５には、化学結合
状態の分析がほとんど不可能、破壊分析であるという問
題点もある。
２） ） 、さらに、ＡＥＳやｌ５Ｍ５には、化学結合
状態の分析がほとんど不可能、破壊分析であるという問
題点もある。
一方、ＥＤＸやＰＩＸＥは１層状構造試料（層内の元素
分布は均一）の深さ方向分析を対象にした分析法であり
、その深さ方向分解能は５ｎｍ程度である。従って、低
分解能であるばかりでなく。
分布は均一）の深さ方向分析を対象にした分析法であり
、その深さ方向分解能は５ｎｍ程度である。従って、低
分解能であるばかりでなく。
その分布が連続的に変化する元素の深さ方向分析は、Ｅ
ＤＸやＰＩＸＥでは不可能である。
ＤＸやＰＩＸＥでは不可能である。
以上述べたように、従来方法では深さ方向の分解能が低
く１元素の深さ方向分布の高精度測定ができない。また
、化学結合状態の分析も不可能という欠点がある。
く１元素の深さ方向分布の高精度測定ができない。また
、化学結合状態の分析も不可能という欠点がある。
本発明の目的は、元素や化学結合状態の深さ方向の分布
を非破壊でかつ高精度に（深さ方向分解能＝Ｏ，ｌｎｍ
）得ることのできる表面分析方法およびその装置を提供
することにある。
を非破壊でかつ高精度に（深さ方向分解能＝Ｏ，ｌｎｍ
）得ることのできる表面分析方法およびその装置を提供
することにある。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するために、表面分析技術としては、ｘ
ｐｓ （Ｘ線励起光電子分析法）やＵＰＳ（真空紫外光
電子分光法）、すなわち光電子分光法を用いた。光電子
分光法では、試料表面に光（軟Ｘ線や真空紫外光など）
を照射して、試料表面から放出される電子のエネルギー
を解析することにより、元素種や化学結合状態に関する
詳しい情報が得られる。
ｐｓ （Ｘ線励起光電子分析法）やＵＰＳ（真空紫外光
電子分光法）、すなわち光電子分光法を用いた。光電子
分光法では、試料表面に光（軟Ｘ線や真空紫外光など）
を照射して、試料表面から放出される電子のエネルギー
を解析することにより、元素種や化学結合状態に関する
詳しい情報が得られる。
この光電子分光法を用い、試料表面に入射する光のエネ
ルギーを変えながら、入射光エネルギーと放出電子のエ
ネルギーの差が常に一定となるように、放出電子の検出
を行なう。すなわち、入射光エネルギーの変化に同期し
て、特定の結合エネルギーに対応する放出電子のみ検出
する。次に、この検出器からの出力信号に数学的変換（
積分変換）をほどこすことにより、目的とする元素の深
さ方法の分析を得ることができる。
ルギーを変えながら、入射光エネルギーと放出電子のエ
ネルギーの差が常に一定となるように、放出電子の検出
を行なう。すなわち、入射光エネルギーの変化に同期し
て、特定の結合エネルギーに対応する放出電子のみ検出
する。次に、この検出器からの出力信号に数学的変換（
積分変換）をほどこすことにより、目的とする元素の深
さ方法の分析を得ることができる。
［作用］
先に述べたように、ＸＰＳやＵＰＳでは光を試料表面に
照射して、放出された電子のエネルギーを解析すること
により１元素種や化学結合状態の分析が可能である。イ
オンスパッタリングのような方法を用いていないため、
本分析方法は本質的に非破壊分析である。
照射して、放出された電子のエネルギーを解析すること
により１元素種や化学結合状態の分析が可能である。イ
オンスパッタリングのような方法を用いていないため、
本分析方法は本質的に非破壊分析である。
次に、試料表面に入射する光のエネルギーを変えながら
、その変化に同期して特定の結合エネルギーに対応する
放出電子のみ検出し、その検出信号を積分変換する方法
について述べる。
、その変化に同期して特定の結合エネルギーに対応する
放出電子のみ検出し、その検出信号を積分変換する方法
について述べる。
ＸＰＳやＵＰＳでは、結合エネルギーをＥａ入射光エネ
ルギーの変化に同期したエネルギー分析後の検出器から
の出力信号をＩ、試料表面への入射光のエネルギーをＥ
とすると以下の関係が成り立つ。
ルギーの変化に同期したエネルギー分析後の検出器から
の出力信号をＩ、試料表面への入射光のエネルギーをＥ
とすると以下の関係が成り立つ。
部に向けて測った深さ、０は電子の射出方向を表わす角
度である。また、Ｋｔｎｌ σ、ｆ、λはそれぞれ定数
、試料内での元素密度１元素の光イオン化断面積、入射
光強度、および元素から射出された電子の試料内部での
脱出深さ（平均自由行程）を表わす。（１）式では１元
素の面方向の分布は一様と仮定した（後述するように１
面方向分布が一様でない場合に対しても本方法は有効で
ある）。
度である。また、Ｋｔｎｌ σ、ｆ、λはそれぞれ定数
、試料内での元素密度１元素の光イオン化断面積、入射
光強度、および元素から射出された電子の試料内部での
脱出深さ（平均自由行程）を表わす。（１）式では１元
素の面方向の分布は一様と仮定した（後述するように１
面方向分布が一様でない場合に対しても本方法は有効で
ある）。
試料表面への入射光として、数１０ｅＶ以上のエネルギ
ーを有する光を考えた場合、線吸収係数μの逆数μｍ１
は、大部分の物質に対しμｍ１〉１１００ｎとなる（ヘ
ンヶ他、アトミック・データ・アンド・ニュークリア・
データ・テーブルズ。
ーを有する光を考えた場合、線吸収係数μの逆数μｍ１
は、大部分の物質に対しμｍ１〉１１００ｎとなる（ヘ
ンヶ他、アトミック・データ・アンド・ニュークリア・
データ・テーブルズ。
第２７巻、１〜１４４頁（１９８２年）、Ｂ、Ｌ。
Ｈｅｎｋｅ ａｔ ａｌ、、 Ａｔｏｍｉｃ ｄａｔａ
ａｎｄ ｎｕｃｌｅａｒ ｄａｔａｔａｂｌｅｓ ２
７． ｐｐ、１−１４４ （１９８２） ） 、これに
対し、λ（Ｅ−Ｅａ）を数１０ｎｍ以下に（入射光のエ
ネルギーを調節して）制限すれば、μｍ１）λ（Ｅ−Ｅ
ａ）と考えてよい、すなわち、この場合、入射光の試料
中での減衰は無視できると表わされる。ここで、Ｘは試
料表面から試料内ことになり、（１）式は と書き直すことができる。ここで Ｐ ＝Ｐ（Ｅ、Ｅｓ） ＝ １／［λ（Ｅ−ＥＢ）ＣＯ
８Ｏ］である。
ａｎｄ ｎｕｃｌｅａｒ ｄａｔａｔａｂｌｅｓ ２
７． ｐｐ、１−１４４ （１９８２） ） 、これに
対し、λ（Ｅ−Ｅａ）を数１０ｎｍ以下に（入射光のエ
ネルギーを調節して）制限すれば、μｍ１）λ（Ｅ−Ｅ
ａ）と考えてよい、すなわち、この場合、入射光の試料
中での減衰は無視できると表わされる。ここで、Ｘは試
料表面から試料内ことになり、（１）式は と書き直すことができる。ここで Ｐ ＝Ｐ（Ｅ、Ｅｓ） ＝ １／［λ（Ｅ−ＥＢ）ＣＯ
８Ｏ］である。
（３）式においで、λ（Ｅ−Ｅａ）は多くの物質に′つ
いて と近似できることが知られており、定数Ａ、Ｂが求めら
れている（シー、デンチ、サーフイス・アンド・インタ
ーフェイス・アナリシス、第１巻。
いて と近似できることが知られており、定数Ａ、Ｂが求めら
れている（シー、デンチ、サーフイス・アンド・インタ
ーフェイス・アナリシス、第１巻。
２頁（１９７９年） 、 Ｍ、 Ｐ、 ５ｅａｈ ａｎ
ｄ Ｗ、 Ａ。
ｄ Ｗ、 Ａ。
１）ｅｎｃｈ、 ５ｕｒｆ、Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ
Ａｎａｌ、 １ 、 ２（１９７９））、また、Ｓｉ
、Ａｕ等多くの金属元素に対しては、Ｅ−Ｅａの関数と
して先の１直が詳しく測定されている（リンダウ、スパ
イサー、ジャーナル・オブ・エレクトロン・スペクトロ
スコピー・アンド・リレイティド・フェノメナ、第３巻
、４０９頁（１９７４年） ａ Ｉ 、 Ｌｉｎｄａｕ
ａｎｄＷ、 Ｅ 、 ５ｐｉｃｅｒ、 Ｊ 、 Ｅｌ
ｅｃｔ、 ５ｐｅｃｔｒｏｓｃ。
Ａｎａｌ、 １ 、 ２（１９７９））、また、Ｓｉ
、Ａｕ等多くの金属元素に対しては、Ｅ−Ｅａの関数と
して先の１直が詳しく測定されている（リンダウ、スパ
イサー、ジャーナル・オブ・エレクトロン・スペクトロ
スコピー・アンド・リレイティド・フェノメナ、第３巻
、４０９頁（１９７４年） ａ Ｉ 、 Ｌｉｎｄａｕ
ａｎｄＷ、 Ｅ 、 ５ｐｉｃｅｒ、 Ｊ 、 Ｅｌ
ｅｃｔ、 ５ｐｅｃｔｒｏｓｃ。
Ｒｅ１ａｔ、 Ｐｈｅｎｏｎ、、 ３．４０９ （１９
７４） ）。
７４） ）。
従って、試料表面への入射光のエネルギーＥが分かれば
、文献値もしくは（３）、（４）式からｐの値を求める
ことができる。
、文献値もしくは（３）、（４）式からｐの値を求める
ことができる。
一方、（２）式中の検出器からの出力信号■（Ｅ）は測
定値であり、入射光強度ｆ （Ｅ）は実施例に述べるよ
うに測定可能である。また、元素の光イオン化断面積σ
（Ｅ）に対しては詳細なデータが存在する（イエ−、リ
ンダウ、アミルミック・データ・アンド・ニュークリア
・データ・テイブルズ、第３２巻、１〜１５５頁（１９
８５年）。
定値であり、入射光強度ｆ （Ｅ）は実施例に述べるよ
うに測定可能である。また、元素の光イオン化断面積σ
（Ｅ）に対しては詳細なデータが存在する（イエ−、リ
ンダウ、アミルミック・データ・アンド・ニュークリア
・データ・テイブルズ、第３２巻、１〜１５５頁（１９
８５年）。
Ｊ 、 Ｊ 、 Ｙｅｈ ａｎｄ Ｉ 、 Ｌｉｎｄａ
ｕ、 Ａｔｏｍｉｃ ｄａｔａａｎｄ ｎｕｃｌｅａ
ｒ ｄａｔａ ｔａｂｌｅｓ ３２ 、 ｐｐ、
ｌ −１５５（１９８５））。以上述べたように、試料
表面への入射光のエネルギーＥを変化させることにより
、種々のｐの値に対しＧ （ｐ）の値を求めることがで
きる。すなわちｐの関数としてＧ （ｐ）を得られる６ （２）式の積分は、Ｋｎ （ｘ）の積分変換の一種でラ
プラス変換と呼ずれている。ラプラス変換には次式で表
わされる逆変換（以後、逆変換も単に積分変換と呼ぶ）
が存在する。
ｕ、 Ａｔｏｍｉｃ ｄａｔａａｎｄ ｎｕｃｌｅａ
ｒ ｄａｔａ ｔａｂｌｅｓ ３２ 、 ｐｐ、
ｌ −１５５（１９８５））。以上述べたように、試料
表面への入射光のエネルギーＥを変化させることにより
、種々のｐの値に対しＧ （ｐ）の値を求めることがで
きる。すなわちｐの関数としてＧ （ｐ）を得られる６ （２）式の積分は、Ｋｎ （ｘ）の積分変換の一種でラ
プラス変換と呼ずれている。ラプラス変換には次式で表
わされる逆変換（以後、逆変換も単に積分変換と呼ぶ）
が存在する。
（５）式に示されたごとく、先に求めたＧ （Ｐ）をＰ
によって収束するまで多数回数値微分することにより、
Ｋｎ （ｘ）、すなわち特定の総合エネルギーＥａをも
元素の深さ方向分布ｎ （ｘ）を求めることができる（
Ｋの値に関しては１通常の光電子分子法で求めることが
可能）。この方法の深さ方向分解能は、（５）、（３）
式から明らかなように、λの変化幅程度、すなわちＯ，
］ｎｍ程度である。
によって収束するまで多数回数値微分することにより、
Ｋｎ （ｘ）、すなわち特定の総合エネルギーＥａをも
元素の深さ方向分布ｎ （ｘ）を求めることができる（
Ｋの値に関しては１通常の光電子分子法で求めることが
可能）。この方法の深さ方向分解能は、（５）、（３）
式から明らかなように、λの変化幅程度、すなわちＯ，
］ｎｍ程度である。
以上述べたように、本発明では、試料表面に入射する光
のエネルギーを変えながら、その変化に同期して特定の
結合エネルギーに対応する電子のみ検出し、検出器から
の出力信号を積分変換することにより、元素や化学結合
状態の分布を、分解能＝０．１ｎｍで深さ分析すること
が可能である。
のエネルギーを変えながら、その変化に同期して特定の
結合エネルギーに対応する電子のみ検出し、検出器から
の出力信号を積分変換することにより、元素や化学結合
状態の分布を、分解能＝０．１ｎｍで深さ分析すること
が可能である。
しかも、光を用いているため、分析は非破壊である。
深さ方向だけでなく面方向にも元素等の分布変化が予想
される場合は、使用する光を集光して上に述べたと同様
の方法をとればよい。
される場合は、使用する光を集光して上に述べたと同様
の方法をとればよい。
本発明では積分変換としてラプラス変換を例に説明した
が、これ以外の積分変換の使用はもちろん可能である。
が、これ以外の積分変換の使用はもちろん可能である。
また、より厳密には、（１）〜（５）式において電子放
出の角度依存性等の補正項で入るが、これら補正項はこ
こで述べた議論に本質的影響は与えない（必要に応じて
これら補正項はとり込めるものとする）。
出の角度依存性等の補正項で入るが、これら補正項はこ
こで述べた議論に本質的影響は与えない（必要に応じて
これら補正項はとり込めるものとする）。
［実施例］
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
実施例１゜
第１図において、分光器１からの光は試料２に照射され
る。この光照射により試料２表面から放出された電子は
、検出器３でエネルギー分析され検出される０分光器ｌ
はコントローラ９で制御されており、これにより試料２
への入射光の波長スキャンが可能である。一方、検出器
３はコントローラ９と同期したコントロローラ５で制御
されている。この結果、試料２への入射光の波長（従っ
てエネルギー）を変えながら、その変化に同期して特定
の結合エネルギーに対応した放出電子のみを検出するこ
とが可能である。検出器３からの出力信号は演算装置６
に入力される。また、入力装置７からは、前節で述べた
元素の光イオン化断面積σ（Ｅ）が演算装置６に入力さ
れる（ここで、前節で述べた入射光強度ｆ （Ｅ）は測
定波長範囲でほぼ一定と仮定した。 ｆ （Ｅ）が変化
する場合の実施例は実施例２で述べる）。以上のデータ
をもとに、演算装置６で積分変換を行ない、演算結よう
にハードウェア的に工夫した装置でもよいし、ソフトウ
ェアによって制御される高速の計算装置でもよい。
る。この光照射により試料２表面から放出された電子は
、検出器３でエネルギー分析され検出される０分光器ｌ
はコントローラ９で制御されており、これにより試料２
への入射光の波長スキャンが可能である。一方、検出器
３はコントローラ９と同期したコントロローラ５で制御
されている。この結果、試料２への入射光の波長（従っ
てエネルギー）を変えながら、その変化に同期して特定
の結合エネルギーに対応した放出電子のみを検出するこ
とが可能である。検出器３からの出力信号は演算装置６
に入力される。また、入力装置７からは、前節で述べた
元素の光イオン化断面積σ（Ｅ）が演算装置６に入力さ
れる（ここで、前節で述べた入射光強度ｆ （Ｅ）は測
定波長範囲でほぼ一定と仮定した。 ｆ （Ｅ）が変化
する場合の実施例は実施例２で述べる）。以上のデータ
をもとに、演算装置６で積分変換を行ない、演算結よう
にハードウェア的に工夫した装置でもよいし、ソフトウ
ェアによって制御される高速の計算装置でもよい。
本実施例によれば、試料２への入射光の波長を変えなが
ら、その変化に同期して特定の結合エネルギーに対応し
た電子のみを検出し、その検出信号を積分変換すること
により、特定の元素や化学結合状態の深さ方向分析を非
破壊で高精度（高深さ方向分解能）に分析できる。
ら、その変化に同期して特定の結合エネルギーに対応し
た電子のみを検出し、その検出信号を積分変換すること
により、特定の元素や化学結合状態の深さ方向分析を非
破壊で高精度（高深さ方向分解能）に分析できる。
実施例２゜
実施例１では、 ｆ （Ｅ）が測定波長範囲でほぼ一定
と仮定した。ここでは、Ｊ（Ｅ）が測定波長範囲で変化
する場合の実施例を説明する。
と仮定した。ここでは、Ｊ（Ｅ）が測定波長範囲で変化
する場合の実施例を説明する。
第２図にその装置構成を示した。実施例１との違いは、
分光器１と試料２との間に入射光強度測定用のモニタ１
０を設けた点にある。分光器１からの光は、モニタ１０
実過後試料２に入射する。
分光器１と試料２との間に入射光強度測定用のモニタ１
０を設けた点にある。分光器１からの光は、モニタ１０
実過後試料２に入射する。
モニタ１０からの光強度信号（たとえば、光照射による
２次電子放出で生ずる電流信号）は、演算装置１１に入
力される。演算装置！１１では、前節で述べた演算過程
に従って、試料２への入射光の強度変化および光イオン
化断面積の変化が補正されて、積分変換が行なわれる。
２次電子放出で生ずる電流信号）は、演算装置１１に入
力される。演算装置！１１では、前節で述べた演算過程
に従って、試料２への入射光の強度変化および光イオン
化断面積の変化が補正されて、積分変換が行なわれる。
この演算結果は出力装置８に出力される。
本実施例によれば、試料２への入射光強度が変化する場
合でもこの変化を補正しているため、正確な深さ方向分
布を求めることが可能である。
合でもこの変化を補正しているため、正確な深さ方向分
布を求めることが可能である。
実施例３゜
これまでに述べた実施例では、試料２内での元素の面方
向分布は一様と仮定していた。しかし。
向分布は一様と仮定していた。しかし。
試料によっては面方向分布が一様でない場合もあり得る
。この場合に元素の深さ方向分布を求めるためには、試
料２表面の微小領域にのみ光を照射することが必要とな
る。
。この場合に元素の深さ方向分布を求めるためには、試
料２表面の微小領域にのみ光を照射することが必要とな
る。
第３図にその実施例を示した０分光器１からの光は、光
学系１２によって集光され、試料２表面上の微小領域に
入射する。光照射により試料２表面から放出された電子
は、検出器３でエネルギー分析され検出される。その他
の部分は実施例１と同じである。
学系１２によって集光され、試料２表面上の微小領域に
入射する。光照射により試料２表面から放出された電子
は、検出器３でエネルギー分析され検出される。その他
の部分は実施例１と同じである。
ここで光学系１２は、全反射を利用した反射型光学系で
あることが望ましい。ＸＰＳやＵＦ４では軟Ｘ線から真
空紫外領域の光が使用されるが、これらの光に対しては
、透過・回折型や反射型の光学系を用いて集光が可能で
ある。反射型光学系は波長により焦点距離等集光特性が
変化しないものが多く、本発明に最適である。第３図に
は示されていないが、焦点距離等の変化に対応する試料
２の移動機構、光学系１２の微調機構を設ければ、透過
・回折型光学系の使用も可能である。
あることが望ましい。ＸＰＳやＵＦ４では軟Ｘ線から真
空紫外領域の光が使用されるが、これらの光に対しては
、透過・回折型や反射型の光学系を用いて集光が可能で
ある。反射型光学系は波長により焦点距離等集光特性が
変化しないものが多く、本発明に最適である。第３図に
は示されていないが、焦点距離等の変化に対応する試料
２の移動機構、光学系１２の微調機構を設ければ、透過
・回折型光学系の使用も可能である。
本実施例によれば、光を微小領域に集光しているため、
面方向分布を持つ試料に対しても１元素の正確な深さ方
向分布を得ることが可能である。
面方向分布を持つ試料に対しても１元素の正確な深さ方
向分布を得ることが可能である。
実施例４゜
第４図は、元素や化学結合状態の３次元分布を得るため
の装置構成の一例である。実施例３との最大の相違点は
、コントローラ１３により試料台４が微小移動可能であ
ることにある。試料移動に関する信号は、コントローラ
１３から演算装置１４に入力され、試料２の面方向の情
報として処理される。
の装置構成の一例である。実施例３との最大の相違点は
、コントローラ１３により試料台４が微小移動可能であ
ることにある。試料移動に関する信号は、コントローラ
１３から演算装置１４に入力され、試料２の面方向の情
報として処理される。
本実施例では、入射光の波長変化と積分変換により深さ
方向分布が、試料の微小移動により面方向分布が得られ
る。この両測定結果を合わせることにより、３次元分布
が得られる。
方向分布が、試料の微小移動により面方向分布が得られ
る。この両測定結果を合わせることにより、３次元分布
が得られる。
実施例５
実施例４では、試料台４（従って試料２）を微小移動す
ることで面方向分布を得ていた。しかし、これ以外の方
法でも面方向分布を得ることができる。第５図にその一
例を示した。
ることで面方向分布を得ていた。しかし、これ以外の方
法でも面方向分布を得ることができる。第５図にその一
例を示した。
第５図では、集光途中に設置した反射鏡１５により光を
反射している。この際、反射鏡１５の設置された制御台
１６をコントローラ１７で微動させることにより、試料
２表面上で光ビームを走査することができる。制御台１
６の微動に関する信号は、光ビームの走査信号として、
コントローラ１７から演算装置１４に入力される。
反射している。この際、反射鏡１５の設置された制御台
１６をコントローラ１７で微動させることにより、試料
２表面上で光ビームを走査することができる。制御台１
６の微動に関する信号は、光ビームの走査信号として、
コントローラ１７から演算装置１４に入力される。
本実施例によれば、反射鏡１５で光ビームの走査を行う
ため、実施例４と同じく３次元分布を得ることができる
。
ため、実施例４と同じく３次元分布を得ることができる
。
実施例４および５の本質は、試料２表面上での光の照射
位置を変えることにある。ここに示した以外にも光の照
射位置を変化させ得る方法はある。
位置を変えることにある。ここに示した以外にも光の照
射位置を変化させ得る方法はある。
それら他方法を用いて３次元分布を得る方法も、本発明
に含まれる。
に含まれる。
以上述べた各実施例において、光の試料面への入射角度
、電子の検出角度（検出器３の試料面に対する角度）を
調節することによって、さらに深さ方向に高分解能で分
析することが可能である。
、電子の検出角度（検出器３の試料面に対する角度）を
調節することによって、さらに深さ方向に高分解能で分
析することが可能である。
発明の本質を明確にするため、これら角度調節機構は第
１図から第５図において省略した。これら角度調節機構
は必要に応じて取付は可能とする。
１図から第５図において省略した。これら角度調節機構
は必要に応じて取付は可能とする。
分光器１に対する光源については、広い波長範囲を有す
る光源であることが必要である。たとえば、シンクロト
ロン放射光やＸ線管の制御輻射光が考えられる。
る光源であることが必要である。たとえば、シンクロト
ロン放射光やＸ線管の制御輻射光が考えられる。
［発明の効果コ
本発明によれば、試料表面への入射光のエネルギーを変
化させながら、その変化に同期して特定の結合エネルギ
ーに対応する電子のみを検出し、その検出信号を積分変
換しているので、元素や化学結合状態の深さ方向分布を
非破壊で高精度に分析できる。また、光を試料表面上に
集光した場合、３次元分布を得ることもできる。
化させながら、その変化に同期して特定の結合エネルギ
ーに対応する電子のみを検出し、その検出信号を積分変
換しているので、元素や化学結合状態の深さ方向分布を
非破壊で高精度に分析できる。また、光を試料表面上に
集光した場合、３次元分布を得ることもできる。
第１図から第５図は本発明のそれぞれ異なる一実施例を
示す構成図である。 １・・・分光器、２・・・試料、３・・・検出器、４・
・・試料台、５・・・コントローラ、６・・・演算装置
、７・・・入力装置、８・・出力装置、９・・・コント
ローラ、１０・・・モニタ、１１・・演算装置、１２・
・・光学系、１３・・・コントローラ、１４・・・演算
装置、１５・・・反射鏡、１６・・・制御台、１７・・
・コントローラ。 第３図 る 困
示す構成図である。 １・・・分光器、２・・・試料、３・・・検出器、４・
・・試料台、５・・・コントローラ、６・・・演算装置
、７・・・入力装置、８・・出力装置、９・・・コント
ローラ、１０・・・モニタ、１１・・演算装置、１２・
・・光学系、１３・・・コントローラ、１４・・・演算
装置、１５・・・反射鏡、１６・・・制御台、１７・・
・コントローラ。 第３図 る 困
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、試料表面へエネルギーを変化させながら光を照射し
、上記試料表面から放出される特定の結合エネルギーに
対応する電子を検出し、該検出信号を積分変換する表面
分析方法。 ２、試料表面へエネルギーを変化させながら光を照射し
、上記試料表面から放出される電子のうち上記光のエネ
ルギーと一定の差を有するエネルギーを持つ電子のみを
検出し、該検出信号を積分変換する表面分析方法。 ３、上記積分変換がラプラス変換である請求項１又は２
記載の表面分析方法。 ４、上記積分変換が、試料への入射光のエネルギー変化
に伴なう元素の光イオン化断面積の変化、もしくは入射
光強度の変化、あるいはこれら両者の変化を補正した積
分変換である請求項１から３記載のうちいずれかの表面
分析方法。 ５、上記光が軟Ｘ線から真空紫外領域の光である請求項
４記載の表面分析方法。 ６、上記光が試料面上の特定領域に集光された光である
請求乙１から５記載のうちいずれかの表面分析方法。 ７、上記光の集光を、反射型光学系もしくは透過・回折
型光学系、あるいはその両者を用いて行なう請求項６記
載の表面分析方法。 ８、上記光の光軸に対し、試料をその位置を制御しなが
ら移動させる請求項６又は７記載の表面分析方法。 ９、試料面上で上記光を走査する請求項６、又は７記載
の表面分析方法。 １０、試料面への光照射により試料面から放出される電
子を観測する表面分析装置において、上記光のエネルギ
ーの変化手段、上記放出電子に対する光のエネルギー変
化と同期したエネルギー分析手段、エネルギー分析後の
電子の検出手段、および電子の検出信号を積分変換する
手段を設けた表面分析装置。 １１、上記積分変換する手段がラプラス変換を行なう手
段である請求項１０記載の表面分析装置。 １２、上記積分変換する手段は試料への入射光のエネル
ギー変化に伴なう元素の光イオン化断面積変化の入力手
段、もしくは上記入射光のエネルギー変化に伴なう入射
光強度変化のモニタ手段と入力手段を有する請求項１０
又は、１１記載の表面分析装置。 １３、上記光が軟Ｘ線から真空紫外領域の光である請求
項１２項記載の表面分析装置。 １４、上記光を試料面上の特定領域に集光するための手
段を設けた請求項１０から１３記載のうちいずれかの表
面分析装置。 １５、上記集光するための手段が、反射型光学系もしく
は透過・回折型光学系、あるいはその両者より構成され
る請求項１４記載の表面分析装置。 １６、上記光の光軸に対し、試料の定められた位置への
移動手段を設けた請求項１４、又は１５記載の表面分析
装置。 １７、試料面上での上記光の走査手段を設けた請求項１
４、又は１５記載の表面分析装置。 １８、上記光の走査手段が鏡面での光の反射を利用した
手段である請求項１７記載の表面分析装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63266037A JP2793818B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | 表面分析方法およびその装置 |
| US07/425,056 US5028778A (en) | 1988-10-24 | 1989-10-20 | Surface analysis method and a device therefor |
| EP89119769A EP0366096B1 (en) | 1988-10-24 | 1989-10-24 | Surface analysis method and a device therefor |
| DE68916168T DE68916168T2 (de) | 1988-10-24 | 1989-10-24 | Verfahren und Vorrichtung zur Analyse einer Oberfläche. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63266037A JP2793818B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | 表面分析方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02114159A true JPH02114159A (ja) | 1990-04-26 |
| JP2793818B2 JP2793818B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=17425511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63266037A Expired - Lifetime JP2793818B2 (ja) | 1988-10-24 | 1988-10-24 | 表面分析方法およびその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5028778A (ja) |
| EP (1) | EP0366096B1 (ja) |
| JP (1) | JP2793818B2 (ja) |
| DE (1) | DE68916168T2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2793818B2 (ja) | 1988-10-24 | 1998-09-03 | 株式会社日立製作所 | 表面分析方法およびその装置 |
| US5233191A (en) * | 1990-04-02 | 1993-08-03 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus of inspecting foreign matters during mass production start-up and mass production line in semiconductor production process |
| US5463459A (en) | 1991-04-02 | 1995-10-31 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for analyzing the state of generation of foreign particles in semiconductor fabrication process |
| US5198667A (en) * | 1991-12-20 | 1993-03-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and apparatus for performing scanning tunneling optical absorption spectroscopy |
| US5393980A (en) * | 1993-05-11 | 1995-02-28 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Quality monitor and monitoring technique employing optically stimulated electron emmission |
| IL137208A0 (en) * | 2000-07-06 | 2001-07-24 | Yeda Res & Dev | Method for depth profiling of a sample |
| DE10217513B4 (de) * | 2002-04-19 | 2004-06-17 | Gesellschaft zur Förderung der Spektrochemie und angewandten Spektroskopie e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von verdeckten, oberflächennahen Schichten mittels Photoelektronen-Spektrometrie |
| JP3519397B1 (ja) * | 2002-10-09 | 2004-04-12 | 沖電気工業株式会社 | 固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法 |
| DE10304852B4 (de) * | 2003-02-06 | 2007-10-11 | Siemens Ag | Röntgen-Monochromator für eine Röntgeneinrichtung |
| KR20050043257A (ko) * | 2003-11-05 | 2005-05-11 | 삼성전자주식회사 | 3차원 표면 분석 방법 |
| JP4410154B2 (ja) * | 2005-06-09 | 2010-02-03 | 株式会社東芝 | デコンボリューション解析装置、デコンボリューション解析プログラム及びデコンボリューション解析方法 |
| US8011830B2 (en) * | 2008-04-29 | 2011-09-06 | Revera Incorporated | Method and system for calibrating an X-ray photoelectron spectroscopy measurement |
| US7952073B2 (en) * | 2008-08-01 | 2011-05-31 | Direct Electron, Lp | Apparatus and method including a direct bombardment detector and a secondary detector for use in electron microscopy |
| US10302556B2 (en) | 2015-09-04 | 2019-05-28 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa | Optically stimulated electron emission measurement device and method for characterizing and comparing levels and species of surface contaminants |
| US12209980B2 (en) | 2018-05-03 | 2025-01-28 | Analytical Mechanics Associates, Inc. | Adsorbate analysis using optically stimulated electron emission |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4590376A (en) * | 1984-05-30 | 1986-05-20 | Photo Acoustic Technology, Inc. | Apparatus and technique for monitoring photoelectron emission from surfaces |
| JP2793818B2 (ja) | 1988-10-24 | 1998-09-03 | 株式会社日立製作所 | 表面分析方法およびその装置 |
-
1988
- 1988-10-24 JP JP63266037A patent/JP2793818B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-10-20 US US07/425,056 patent/US5028778A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-24 EP EP89119769A patent/EP0366096B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-10-24 DE DE68916168T patent/DE68916168T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0366096A2 (en) | 1990-05-02 |
| EP0366096B1 (en) | 1994-06-15 |
| US5028778A (en) | 1991-07-02 |
| DE68916168T2 (de) | 1994-09-22 |
| EP0366096A3 (en) | 1990-08-29 |
| DE68916168D1 (de) | 1994-07-21 |
| JP2793818B2 (ja) | 1998-09-03 |
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