JPH04190148A - 表面分析方法および装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は表面分析に係り、特に小孔内の残留物異物分析
に最適な表面分析方法、装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体素子の微細化に伴い、直径１μｍ以下の小孔内の
残留物、異物分析が必要となっている。

たとえば、トレンチキャパシタやコンタクトホール底面
付近の残留物、異物は、デバイス不良の原因となるため
、これらの分析、同定は急務である。

従来、この小孔内の残留物、異物の分析には、ＳＥＭ（
走査型電子顕微鏡）やＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法
）等の分析技術が用いられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の分析技術では、小孔の直径に比へ、小さいビ
ーム径を有するプローブビーム（電子線、イオン線）を
小孔内に入射し、このビーム照射により残留物、異物か
ら放出される２次電子、２次イオンを観測して分析を行
う。しかし、これら方法には、小孔のアスペクト比（深
さの直径に対する比の値）が大きくなった場合（たとえ
ば２２）、底面付近から放出された粒子が小孔側壁との
衝突等により小孔から脱出できず、小孔底面付近の残留
物、異物が観測できないという欠点があった。

本発明の目的は、アスペクト比の大きな小孔に対しても
、その底面付近の残留物、異物分析が可能な表面分析方
法、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、本発明はＸ線領域（ｈν＞
１００ｅＶ）の光を集光して小孔内に入射する。次に、
この光照射により残留物、異物から発生した光を、上記
集光用光学素子と同一の光学素子、もしくは同軸に配置
された光学素子を用いて集光し、エネルギー分析を行う
。

〔作用〕

Ｘ線領域の光照射により、残留物、異物を構成する元素
から光（蛍光）が発生する。この光の波長は各元素に固
有であるため、発光のエネルギー分析を行うことにより
残留物、異物を推定、同定できる。

Ｘ線領域の光の集光には、低収差の反射型光学素子や透
過・回折型光学素子を用いる。具体的には、非球面ミラ
ーや複合ミラー（ウオルターミラー、カークパトリック
・ペッツミラー、シュバルッシルドミラー等）、あるい
は多層膜ミラーやゾーンプレート等を用いればよい。残
留物、異物からの発光の集光にも同様の光学素子を用い
る。

本発明の特長は、プローブビームに光（Ｘ線領域の光）
を用い、残留物、異物の観測にも光（蛍光）を用いるこ
とにより、これら光の集光用光学素子の共用、もしくは
同軸配置を可能にしたことにある。この共用もしくは同
軸配置方式により、プローブ光が照射可能である場合は
必ず発光の観測も可能となる。

しかも、Ｘ線領域の光照射による蛍光を観測するため、
残留物、異物の検出が極めて高感度にできるという利点
もある（シー・ジェー・スパークス・ジュニア・化学分
析のためのＸ線蛍光分析。

シンクロトロン放射光研究、エイチ・バーマン。

ニス・ドニアック編、（プレナムプレス、ニューヨーク
、１９８０年）、４５９頁。Ｃ０Ｊ、　５ｐａｒｋｓＪ
ｒ、、　Ｘ−ｒａｙ　Ｔｌｕｏｒｅｃｅｃｎｅ　Ｍｉｃ
ｒｏｐｒｏｂｅ　ｆｏｒＣｈｅｍｉｃａｌ　Ａｎａｌｙ
ｓｉｓ　ｉｎ　５ｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ　Ｒａｄｉａｔ
ｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ、　ｅｄｓ、　Ｈ＋す１ｎｉｃ
ｋ　ａｎｄ　Ｓ＋Ｄｏｎｉａｃｈ（Ｐｒｅｎｕｍ　Ｐｒ
ｅｓｓ、　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、　ｌ　９８０　）　、　
ｐ　。

４５９、）　　。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を具体的に説明する。

〈実施例１〉 第１図は本発明の一実施例の装置構成を示す概略縦断面
図である。

光源１からのＸ線領域の光は、光学素子２を用いて、／
ｈ孔６の底面に集光されている。ここで。

上記光は、光学素子２の一部分を用いて集光されている
。この光照射により、小孔６の底面に付着した残留物、
異物から蛍光が発せられる。この蛍光は再び光学素子２
を用いて集光され、検出器３に導かれてエネルギー分析
される。検出器３としては、エネルギー分析可能であれ
ばその種類は問わない。たとえば、固体検出器、あるい
は分光器でもよい。検出器の大きさから光学系２後方に
その設置が不可能な場合は、後述する方法（〈実施例５
〉）を用いればよい。

検出器３はコントローラ４で制御されている。

検出器３からの蛍光検出信号は、コントローラ４を介し
信号処理装置５に入力され、必要な信号処理が行なわれ
、分析結果が得られる。

光学素子２としては、前述のような反射型光学素子が望
ましい。反射型光学素子を用いた場合、入射光の波長を
変化させても、あるいは、蛍光の波長が変化しても、そ
の集光特性は変化しない。

従って、波長変化に対する光学素子２の微調が不要とな
り、装置のコンパクト化がはかれる。

本実施例によれば、ｘｇ領領域光を集光して小孔内に入
射し、発生した蛍光を効率よく観測できる。しかも、入
射光および蛍光の集光に同一の光学素子を用いているた
め、装置がコンパクトである。この結果、小孔内の残留
物、異物の分析が容易かつ高感度に行える。

〈実施例２〉 第２図は、実施例１の光学素子２を具体的に示した一例
である。先に、反射型光学素子としては、非球面ミラー
や複合ミラーが使用可能なことを述べた。本実施例は、
複合ミラーの一種であるウォルターミラーを用いた実施
例である。光源１からの光は、本ミラー面で２回反射し
て小孔６の底面に集光される。

その他の部分、および得られる効果に関しては、実施例
１と同じである。

〈実施例３〉 第３図は光学素子が同軸で配置された場合の実施例であ
る。

光源１からの光は、光学素子１０を用いて小孔６の底面
に集光されている。小孔６の底面に付着した残留物、異
物からの発光は、光学素子９を用いて集光され、エネル
ギー分析可能な検出器１１に導かれる。本実施例では、
検出器１１はその中央に光通過用の小孔を設けた同心円
状であるが、必ずしも同心円状の検出器である必要はな
い。検出器１１としては、実施例１と同じく、固体検出
器や分光器でもよい。検出器１１からの蛍光検出信号は
、検出器１１のコントローラ１２を経て信号処理装置５
にて入力され、信号処理される。

本実施例においても、小孔内の残留物、異物の分析を容
易かつ高感度に行うことができる。

〈実施例４〉 第４図は、実施例３の光学素子９，１０を具体的に示し
た実施例の一例である。

光源１からの光は、光学系１７によりピンホール１６上
に集光される。この集光された光は、ゾーンプレート１
４を用いて小孔６の底面に集光される。ここで、ピンホ
ール１６はゾーンプレート１４の光源であり、ピンホー
ル１６の大きさを変えることにより、小孔６内に集光さ
れるビームのビーム径を制御できる。また、光学系１７
は、縮小光学系であると同時に、ビーム強度を高めるた
めのコンデンサ光学系でもある。光源１の輝度が大きく
、かつ光源１が指向性光源である場合には、光学系１７
を省くこともできる。さらに、本実施例では、ゾーンプ
レートを用いているため、光源１は単色化されているも
のとする。

底面に付着した残留物２乗物からの蛍光は、ウォルター
ミラ−１３を用いて集光され、検出器１５でエネルギー
分析される。

本実施例においても、実施例３と同等の効果が得られる
。

〈実施例５〉 実施例１，２ては、検出器３は光学素子２の近くに位置
していた。しかし、検出器の種類によっては、たとえば
その大きさ等の制約から、光学素子の近くに設置できな
い場合もある。第５図はこのような場合の実施例に相当
する。

本実施例は、実施例１に反射鏡１９を付加した構成とな
っている。小孔６内の残留物、異物からの蛍光は、光学
素子２を用いて集光される。この集光途中に反射鏡１９
が設置されており、蛍光を光学素子２の位置から離れた
任意の位置に集光で′きる。本実施例では、反射鏡１９
は平面ミラーであるが、集光目的に応じ任意の光学素子
が使用できるものとする。また、反射ｆＲ（あるいは任
意の光学素子）の数は複数でもよい。その他の部分に関
しては、実施例１と同じである。本実施例で示した手法
は、実施例３，４においても使用できる。

本実施例においては、蛍光の集光途中に光学素子を挿入
することにより、検圧器の大きさ等の制限がなくなる。

この結果、蛍光のエネルギー分析において、たとえばエ
ネルギー分解能の向上が期待でき１分析精度の向上がは
かれる。

〈実施例６〉 本実施例は、ウォルターミラ−２１，２２を同軸に配置
した実施例である。光源２０からの光は、ウォルターミ
ラ−２１を用いて小孔６の底面に集光されている。この
光照射により小孔６底面の残留物、異物から発せられた
蛍光は、ウオルターミラ−２２を用いて集光され、蛍光
板２５上に蛍光の拡大像が形成される。蛍光板２５上の
可視光像はカメラ２６で読み取られ、その像がデイスプ
レー２７に表示される。ここで、蛍光板２５およびカメ
ラ２６のかわりに、Ｘ線領域の光に感度を有する２次元
検出器を用いても、同様の像が得られる。

蛍光のエネルギー分析を行う場合は、検出器３を光路中
に挿入する。

本実施例においては、小孔６の底面に付着した残留物、
異物の形状観測を蛍光像を用いて行うことができる。ま
た、同時に、蛍光のエネルギー分析を行うことにより、
残留物、異物の同定が可能である。この結果、分析の信
頼性が向上する。

〈実施例７〉 実施例４では、光源１とゾーンプレートとの間の光学系
１７が同軸で配置されていた。しかし、このコンデンサ
用の光学系は必ずしも同軸で配置される必要はない。第
７図に示す本実施例のように、同軸で配置される必要が
ある光学素子は、小孔６に最も近いプローブ光入射用光
学素子１０、および蛍光集光用光学素子９である。本実
施例は、このように、コンデンサ用（もしくは初段縮小
用）光学系が同軸でない場合の一例である。

光源２８からのＸ線領域の光は、光学系２９を用いてア
パーチャ３３上に集光されている。光学系２９としては
、反射型光学系、透過・回折型光学系等が考えられる。

実施例４と同じく、アパーチャ３３は、小孔６内に集光
されるビームのビーム径を決定する。小孔６内で発生し
た蛍光は、光学素子３１を用いて集光され、検出器１１
に導かれエネルギー分析される。

本実施例においては、光学系２９を用いるため、より縮
小された、光量の多い光ビームを小孔６内に入射できる
。この結果、より小さな深穴に対しても高感度分析が可
能になる。

以上、本発明にいくつかの実施例を述へた。多くの実施
例においてウオルターミラーが使用されている。しかし
、前節で述べたように、本発明における光学素子として
は、他の非球面ミラーや複合ミラー、あるいは多層膜ミ
ラーの使用が可能であることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Ｘ線領域の光を小孔内に入射し、この
光入射に伴う蛍光を効率よく観測できるので、小孔内の
残留物、異物の分析を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図は本発明の実施例の光学系を示す縦断
面図である。 １・・・光源、２・・・光学素子、３・・・検出器、４
・・・コントローラ、５・・信号処理装置、６・・・小
孔、７・・ウォルターミラー、８・・・ビームストッパ
、９・・・光学素子、１０・・・光学素子、１１・・検
出器、１２・・コントローラ、１３・・ウォルターミラ
ー、１４・・・ゾーンプレート、１５・・・検出器、１
６・アパーチャ、１７・・光学系、１８・・コントロー
ラ、１９・・・反射鏡、２０・・光源、２１．２２・・
ウォルターミラー、２３．２４・・・ビームストッパ、
２５・・・蛍光板、２６・・カメラ、２７・・・デイス
プレー、２８・・・光源、２９・・光学系、３０・・・
板、３１．３２・・・光学素子、Ｚ　１　口 ￥Ｊ　２　図 ｆＪ　３　図 ′ｆＪｔ　図 第　５　図 １　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｘ線領域の光を集光して試料表面に照射し、この光
   照射により発生した蛍光を上記入射光光学素子と同一の
   光学素子、もしくは同軸に配置した光学素子を用いて集
   光して蛍光のエネルギー分析を行うことを特徴とする表
   面分析方法。 ２、上記光学素子が反射型光学素子、もしくは透過・回
   折型光学素子であることを特徴とする請求項１記載の表
   面分析方法。 ３、上記蛍光を用いて試料表面の像を形成することを特
   徴とする請求項１または２記載の表面分析方法。 ４、Ｘ線領域の光の発生手段、この光を試料面へ集光す
   る手段、光照射による試料から発生した蛍光を集光する
   手段とを備えた表面分析装置において、上記試料面への
   集光手段と蛍光の集光手段とが同一、もしくは同軸上に
   あり、かつ蛍光のエネルギー分析手段を備えたことを特
   徴とする表面分析装置。 ５、上記集光手段が反射型光学素子、もしくは透過・回
   折型光学素子であることを特徴とする請求項４記載の表
   面分析装置。 ６、上記蛍光を用いた試料表面の像形成手段を備えたこ
   とを特徴とする請求項４または５項記載の表面分析装置
   。 ７、上記蛍光の集光手段とエネルギー分析手段との間に
   、他の光学素子もしくは光学系を備えたことを特徴とす
   る請求項４または５記載の表面分析装置。 ８、上記試料表面への入射光の光量制御手段およびビー
   ム径制御手段を備えたことを特徴とする請求項４乃至６
   のいずれか記載の表面分析装置。