JPH0692946B2 - 隔膜表面の構造を検査する方法及び装置 - Google Patents
隔膜表面の構造を検査する方法及び装置Info
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- JPH0692946B2 JPH0692946B2 JP1506510A JP50651089A JPH0692946B2 JP H0692946 B2 JPH0692946 B2 JP H0692946B2 JP 1506510 A JP1506510 A JP 1506510A JP 50651089 A JP50651089 A JP 50651089A JP H0692946 B2 JPH0692946 B2 JP H0692946B2
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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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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/252—Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、隔膜表面の数μｍの幅の構造を検査する方法
及び装置に関する。
及び装置に関する。
超小形電子回路、超小形機械素子の構造小型化の進展に
伴い、（μ−サブμ範囲の）超微細構造を高分解能で分
析することが工業的に重要となってきた。
伴い、（μ−サブμ範囲の）超微細構造を高分解能で分
析することが工業的に重要となってきた。
表面分析に関し実用の場で評価を受けたのは電子分光法
である。電子分光機器の基本構造はB. Wannberg,U. Gel
ius, K. Siegbahn, “Design prinziples in electron
spectroscopy"、所収Journal of Physics E, Bd.7（197
4）, P.149−159の刊行物に記載してある。この著作に
は被検電子を発生する３つの基本的可能性が指摘してあ
る。電子はＸ線光源又は紫外線源又は試料表面の１次電
子線で発生することができる。
である。電子分光機器の基本構造はB. Wannberg,U. Gel
ius, K. Siegbahn, “Design prinziples in electron
spectroscopy"、所収Journal of Physics E, Bd.7（197
4）, P.149−159の刊行物に記載してある。この著作に
は被検電子を発生する３つの基本的可能性が指摘してあ
る。電子はＸ線光源又は紫外線源又は試料表面の１次電
子線で発生することができる。
先行技術 普通微細構造の表面分析は電子線の集束性が良いのでオ
ージェ効果（電子励起オージェ電子分光、ｅ−AES）を
利用して行われる。この方法では欠点として被検構造が
高負荷に曝され、そのため試料中に数多くの放射線損傷
が生じ、又この方法は絶縁物質に適用することができな
い。
ージェ効果（電子励起オージェ電子分光、ｅ−AES）を
利用して行われる。この方法では欠点として被検構造が
高負荷に曝され、そのため試料中に数多くの放射線損傷
が生じ、又この方法は絶縁物質に適用することができな
い。
Ｘ線を利用して電子の励起を行うとき（Ｘ線光電子分
光、XPS）、前記２つの欠点は防止される。同時にこの
方法は固体表面の結合状態について情報を提供する。
光、XPS）、前記２つの欠点は防止される。同時にこの
方法は固体表面の結合状態について情報を提供する。
しかしながらＸ線は電子線ほど容易には集束することが
できず、それ故この方法は空間分解能がかなり劣り、そ
れ故微細構造の検査にはあまり適していない。
できず、それ故この方法は空間分解能がかなり劣り、そ
れ故微細構造の検査にはあまり適していない。
XPS法の分解能は空間的にごく限定した領域内でＸ線を
発生することで向上させることができる。このため１次
電子線が隔膜の裏面に集束され、隔膜中でＸ線を解放す
る。開放されたＸ線は、隔膜の前面から脱出し、空間的
に狭く限定されたＸ線源となる。隔膜中でＸ線が吸収さ
れるのでこの方法では薄い隔膜（数μｍ）を使用しなけ
ればならない。この局所Ｘ線源が隔膜表面に設けられた
試料で局所的に光電子を解放し、この光電子が分光計で
分析される。光電子の脱出深さが小さいので最も上の原
子層のみ検出される。
発生することで向上させることができる。このため１次
電子線が隔膜の裏面に集束され、隔膜中でＸ線を解放す
る。開放されたＸ線は、隔膜の前面から脱出し、空間的
に狭く限定されたＸ線源となる。隔膜中でＸ線が吸収さ
れるのでこの方法では薄い隔膜（数μｍ）を使用しなけ
ればならない。この局所Ｘ線源が隔膜表面に設けられた
試料で局所的に光電子を解放し、この光電子が分光計で
分析される。光電子の脱出深さが小さいので最も上の原
子層のみ検出される。
かかる高分解能XPS法がJ. Cazauxにより記載され（Micr
oanalyse et Microscopie Photo−electroniques X: Pr
incipe et performances previsibles, Revue de Physi
que Appliquee, 1975, P.263−280）,C.T. Hovlandによ
り実施された（Scanning ESCA: A new discussion for
electron spectroscopy, Applied Physics Letters, Vo
l.30, 1977,P.274−275）。この方法ではＸ線量子によ
り励起された光電子が入射１次電子線方向の延長上での
み分光計により検出することができる。この角度配置は
商用オージェ検出器では実現不可能であり、それ故この
方法を適用するには特殊な測定装置を作製しなければな
らない。
oanalyse et Microscopie Photo−electroniques X: Pr
incipe et performances previsibles, Revue de Physi
que Appliquee, 1975, P.263−280）,C.T. Hovlandによ
り実施された（Scanning ESCA: A new discussion for
electron spectroscopy, Applied Physics Letters, Vo
l.30, 1977,P.274−275）。この方法ではＸ線量子によ
り励起された光電子が入射１次電子線方向の延長上での
み分光計により検出することができる。この角度配置は
商用オージェ検出器では実現不可能であり、それ故この
方法を適用するには特殊な測定装置を作製しなければな
らない。
発明の説明 本発明は、高分解能XPS法をそれが商用オージェ検出器
に適用できるよう改良することを課題とする。
に適用できるよう改良することを課題とする。
この課題が本発明によれば、１次電子線が設定可能な第
１角度で隔膜の裏面に衝突し、隔膜表面から脱出する２
次光電子が設定可能な第２角度で観測されるようXPS法
を改良することにより解決される。
１角度で隔膜の裏面に衝突し、隔膜表面から脱出する２
次光電子が設定可能な第２角度で観測されるようXPS法
を改良することにより解決される。
本発明の別の課題は、商用オージェ検出器をそれが本発
明方法を実施するのに適するよう改良することである。
明方法を実施するのに適するよう改良することである。
この課題は、入口側に入射絞りを備え又出口側には被検
構造を有する隔膜を取り付けた通路を有する試料ホルダ
により解決される。
構造を有する隔膜を取り付けた通路を有する試料ホルダ
により解決される。
本発明の有利な諸構成が従属請求項に明示してある。
商用オージェ装置の変更をできるだけ少なくするため試
料は請求の範囲２によれば、隔膜表面の被検微細構造が
入射電子線と分光計軸線との間の角の二等分線上にほぼ
位置するよう保持することができる。これでもってオー
ジェ配置の放射幾何学は維持される。
料は請求の範囲２によれば、隔膜表面の被検微細構造が
入射電子線と分光計軸線との間の角の二等分線上にほぼ
位置するよう保持することができる。これでもってオー
ジェ配置の放射幾何学は維持される。
請求の範囲３によれば、１次電子線の電子エネルギーは
散乱電子も非散乱電子も隔膜を通過することのない程度
に低減される。従って測定結果を歪め得るような１次ビ
ームの電子が隔膜表面から脱出することはない。これに
より試料表面では電子によってではなくＸ線放射による
励起のみ起き得るよう確保してある。
散乱電子も非散乱電子も隔膜を通過することのない程度
に低減される。従って測定結果を歪め得るような１次ビ
ームの電子が隔膜表面から脱出することはない。これに
より試料表面では電子によってではなくＸ線放射による
励起のみ起き得るよう確保してある。
請求の範囲４には本方法を実施するのに格別適した装置
が明示してある。試料ホルダが通路を有し、これがファ
ラデー箱として働き、これにより隔膜の裏面から脱出す
る電子が抑制された。
が明示してある。試料ホルダが通路を有し、これがファ
ラデー箱として働き、これにより隔膜の裏面から脱出す
る電子が抑制された。
請求の範囲５に明示した構成の試料ホルダでもって試料
は入射電子線と分光計軸線との間の角の二等分線上に位
置することになる。これによりオージェ装置内で一般的
な電子源と分光計との配置を維持することができる。
は入射電子線と分光計軸線との間の角の二等分線上に位
置することになる。これによりオージェ装置内で一般的
な電子源と分光計との配置を維持することができる。
請求の範囲６によればこの角度が入射電子線と分光計軸
線との間の角度に合わせて60である。
線との間の角度に合わせて60である。
請求の範囲７に記載した有利な１展開では試料ホルダは
通路開口が設けてある２つの面間の角度を二分する軸線
を中心に回転可能である。試料を180°回すことで装置
は高分解能XPS検査モードからオージェ電子検査モード
に簡単に切り替えることができる。
通路開口が設けてある２つの面間の角度を二分する軸線
を中心に回転可能である。試料を180°回すことで装置
は高分解能XPS検査モードからオージェ電子検査モード
に簡単に切り替えることができる。
ファラデー効果を保証するため少なくとも通路の壁は伝
導性物質で被覆しておかねばらならない。特に簡単な１
構成では試料ホルダが請求の範囲８によれば全て金属、
好ましくはアルミニウムから作製してある。
導性物質で被覆しておかねばらならない。特に簡単な１
構成では試料ホルダが請求の範囲８によれば全て金属、
好ましくはアルミニウムから作製してある。
本発明では達成される利点は特に商用オージェ装置を利
用してXPS測定を高分解能で実施できることにある。オ
ージェ法の諸利点、特に高分解能がXPS法の諸利点と兼
備され、ほぼ全ての構造を検査することができ又試料に
現れる放射線損傷が少なくなる。
用してXPS測定を高分解能で実施できることにある。オ
ージェ法の諸利点、特に高分解能がXPS法の諸利点と兼
備され、ほぼ全ての構造を検査することができ又試料に
現れる放射線損傷が少なくなる。
本方法はＸ線リソグラフィー用マスクの検査、超小形機
械学分野の隔膜上のあらゆる微細構造の検査、そして隔
膜上に調製することのできる生物物質の検査に適してい
る。
械学分野の隔膜上のあらゆる微細構造の検査、そして隔
膜上に調製することのできる生物物質の検査に適してい
る。
図面の簡単な説明 隔膜表面の構造を検査する方法、そしてそれを実施する
試料ホルダについて各１つの実施例を図面に示し、以下
詳しく説明する。
試料ホルダについて各１つの実施例を図面に示し、以下
詳しく説明する。
第1a図はオージェ検査装置の概要図。
第1b図はXPS検査装置の概要図。
第2a図は本発明によるXPS検査装置の概要図。
第2b図は試料中の諸過程の概要図。
第３図はＸ線マスクの透明範囲のポイント分析。
第4a図は金吸収構造の走査像。
第4b図は金吸収構造の走査像。
第５図は珪素・金端についてのライン走査。
第６図はXPS検査用試料ホルダ横断面図。
第７図は試料ホルダの三次元図。
発明を実施する方策 図中、電子線は直線矢印として示し符号e-が付けてあ
り、波形矢印はＸ線である。第１図に２つの周知の表面
検査法が概略示してある。第1a図のオージェ検査では電
子線が電子源１から角度βで試料２の表面に衝突する。
光電子分光計３を利用して試料表面から角度γで脱出す
る２次電子を分析する。この観測方向は光電子分光計の
軸線と一致する。
り、波形矢印はＸ線である。第１図に２つの周知の表面
検査法が概略示してある。第1a図のオージェ検査では電
子線が電子源１から角度βで試料２の表面に衝突する。
光電子分光計３を利用して試料表面から角度γで脱出す
る２次電子を分析する。この観測方向は光電子分光計の
軸線と一致する。
XPS検査では観測したい光電子がＸ線量子により試料表
面から解放される。第1b図に示唆したようにＸ線源４か
ら放出されるＸ線は集束が悪い。
面から解放される。第1b図に示唆したようにＸ線源４か
ら放出されるＸ線は集束が悪い。
第2a図及び第2b図に見られる本発明方法では１次電子線
14が電子源１から角度δで隔膜５（例えば厚さ２μｍ）
の裏面に衝突し、隔膜の表面には被検構造（試料）11
（例えば厚さ数10nm）（本実施例の場合Ｘ線マスク）が
取り付けてある。電子線はSi隔膜中にＸ線放射13を励起
し、この例ではSiKα放射が励起に利用される。電子線
はきわめて細かく集束することができるので、電子線に
より生成したＸ線放射は空間的にごく狭い範囲12に限定
してあり、これにより高い局所分解能が達成される。Ｘ
線放射は隔膜表面に保持された試料の空間的に狭く限定
された範囲内で光電子15を励起する。試料表面から特定
角度φで脱出する光電子は構造分析のため光電子分光計
３により検査される。
14が電子源１から角度δで隔膜５（例えば厚さ２μｍ）
の裏面に衝突し、隔膜の表面には被検構造（試料）11
（例えば厚さ数10nm）（本実施例の場合Ｘ線マスク）が
取り付けてある。電子線はSi隔膜中にＸ線放射13を励起
し、この例ではSiKα放射が励起に利用される。電子線
はきわめて細かく集束することができるので、電子線に
より生成したＸ線放射は空間的にごく狭い範囲12に限定
してあり、これにより高い局所分解能が達成される。Ｘ
線放射は隔膜表面に保持された試料の空間的に狭く限定
された範囲内で光電子15を励起する。試料表面から特定
角度φで脱出する光電子は構造分析のため光電子分光計
３により検査される。
本発明方法で分析するのはＸ線により励起された脱出深
さ数電子層の光電子だけである。隔膜裏面に入射する電
子線の１次電子と拡散電子は本発明による試料ホルダを
用いて本発明方法により光電子分光計から効果的に遠ざ
けられる。
さ数電子層の光電子だけである。隔膜裏面に入射する電
子線の１次電子と拡散電子は本発明による試料ホルダを
用いて本発明方法により光電子分光計から効果的に遠ざ
けられる。
第３図はＸ線マスクの透明範囲のポイント分析を示す。
光電子線の強度（縦軸）は光電子のエネルギー（横軸）
に関連して記載してある。珪素中の２つの異なる電子レ
ベルに起因する２つの強度極大（Si2s,Si2p）の他、２
つの相対極大を認めることができ、これはエネルギーの
点で炭素（Ｃ）又はアルゴン（Ar）の電子スペクトルか
らの線と一致する。従って炭素原子及びアルゴン原子で
の汚染が可視可能となり、これは隔膜表面のスパッタリ
ング後も残る。同時に、表面の微量元素を分析するにあ
たってのこの方法の能力がこれで証明される。
光電子線の強度（縦軸）は光電子のエネルギー（横軸）
に関連して記載してある。珪素中の２つの異なる電子レ
ベルに起因する２つの強度極大（Si2s,Si2p）の他、２
つの相対極大を認めることができ、これはエネルギーの
点で炭素（Ｃ）又はアルゴン（Ar）の電子スペクトルか
らの線と一致する。従って炭素原子及びアルゴン原子で
の汚染が可視可能となり、これは隔膜表面のスパッタリ
ング後も残る。同時に、表面の微量元素を分析するにあ
たってのこの方法の能力がこれで証明される。
この１次電子線でもって隔膜の裏面で500×500μｍ以下
の面が走査される。これにより隔膜表面構造の適宜に大
きな範囲を検査することができる。この実施例では試料
ホルダの大きさを隔膜の全表面が検出されるほどに大き
く選定することができるので面の大きさに制限はない。
の面が走査される。これにより隔膜表面構造の適宜に大
きな範囲を検査することができる。この実施例では試料
ホルダの大きさを隔膜の全表面が検出されるほどに大き
く選定することができるので面の大きさに制限はない。
第4a図及び第4b図にはエネルギー1588eV（Si2s極大）の
光電子を利用して描いた構造のラスタ像が示してある。
光電子を利用して描いた構造のラスタ像が示してある。
構造端についてのライン走査により本方法の分解能が明
確となる。
確となる。
第５図は珪素・金端に沿った測定信号の強度を示す。分
解限界は６μｍであり、従来XPS法で達成された40μｍ
の分解能よりかなり低い。
解限界は６μｍであり、従来XPS法で達成された40μｍ
の分解能よりかなり低い。
上記方法を実施する試料ホルダ（第６図及び第７図）は
アルミニウムホ製基体６からなり、これが２つの相互に
傾斜した面7,8を有する。２つの面7,8がなす角度αは入
射する電子線と観測方向（分光計軸線）との間の角度γ
（第2a図）に等しい。試料ホルダの幾何学は被検表面が
この角度を二分するよう選定してある。角度δ，φはほ
ぼ同じ大きさである。
アルミニウムホ製基体６からなり、これが２つの相互に
傾斜した面7,8を有する。２つの面7,8がなす角度αは入
射する電子線と観測方向（分光計軸線）との間の角度γ
（第2a図）に等しい。試料ホルダの幾何学は被検表面が
この角度を二分するよう選定してある。角度δ，φはほ
ぼ同じ大きさである。
基体を貫通した通路９は２つの面7,8に穴を備えてい
る。入射電子線方向を向いたこの穴は絞り10（直径約1m
m）で一部覆われ、反対側の穴の前には被検構造11を有
する隔膜５が取り付けてある。
る。入射電子線方向を向いたこの穴は絞り10（直径約1m
m）で一部覆われ、反対側の穴の前には被検構造11を有
する隔膜５が取り付けてある。
ファラデー箱として働く通路９を有するこの試料ホルダ
で、１次電子線が隔膜に衝突することで発生した２次電
子は分光計に衝突しないようになっている。障害となる
バックグラウンド放射線がこれにより最低限度に低減す
る。
で、１次電子線が隔膜に衝突することで発生した２次電
子は分光計に衝突しないようになっている。障害となる
バックグラウンド放射線がこれにより最低限度に低減す
る。
試料ホルダの特殊な幾何学により、入射電子線と、Ｘ線
により生成した光電子の観測方向を決定する分光計軸線
とのなす角度は従来のオージェ装置を使って高分解能XP
S法を実施することを可能とする。
により生成した光電子の観測方向を決定する分光計軸線
とのなす角度は従来のオージェ装置を使って高分解能XP
S法を実施することを可能とする。
試料ホルダは辺長が数cm,通路径は約1mmである。試料ホ
ルダはそのままの配置でオージェ法による検査も実施で
きるよう図示軸線を中心に回転可能である。
ルダはそのままの配置でオージェ法による検査も実施で
きるよう図示軸線を中心に回転可能である。
より大きな面（直径数cmの隔膜表面）を検査するため試
料ホルダはかなり大きく実施することもできる。
料ホルダはかなり大きく実施することもできる。
また、１次電子線の電子エネルギーを十分に高めること
によって１次電子線により２次電子線が隔膜表面から脱
出できるように設定することによって、一般の標準電子
走査像を生成するものとして利用することもできる。
によって１次電子線により２次電子線が隔膜表面から脱
出できるように設定することによって、一般の標準電子
走査像を生成するものとして利用することもできる。
Claims (8)
- 【請求項１】光電子分光（XPS）を利用して隔膜表面に
保持された試料の構造を検査する方法であって、１次電
子線（14）を90゜よりも小さな第１角度（δ）で隔膜
(5)の裏面に局所的に衝突させて前記隔膜内の局所範囲
からＸ線を放射させ、このＸ線放射によって前記隔膜表
面に保持された試料表面から光電子を励起させ、試料表
面から放射される光電子を90゜よりも小さな第２角度
（φ）で分光計(3)によって観測することを特徴とする
検査方法。 - 【請求項２】１次電子線の入射角と観測用光電子の出射
角とが近似し、且つ両者のなす角度が90゜よりも小さい
ことを特徴とする請求の範囲１記載の方法。 - 【請求項３】隔膜表面から１次電子線が脱出できない範
囲に１次電子線（14）の電子エネルギーを設定したこと
を特徴とする請求の範囲１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】請求の範囲１乃至３のいずれか１項記載の
方法を実施する装置であって、電子源(1)と光電子分光
計(3)とを有するオージェ電子測定装置と試料ホルダ(6)
とからなり、電子源からくる放射の方向と観測方向とが
角度（γ）をなすものにおいて、試料ホルダ(6)が角柱
状であり又角柱体の側面(7)から第２側面(8)へと延びた
通路(9)を有し、該通路が入口側に入射絞り（10）を備
えており又その出口側には被検構造を有する隔膜(5)が
取り付けてあり、通路(9)が入射電子線（e-）に対し隔
膜(5)の裏面に至る入口を開けておくことを特徴とする
装置。 - 【請求項５】通路開口を設けた２つの面（7,8）がなす
角度αが１次電子線（14）と観測用光電子出射方向との
間の角度とほぼ同じ大きさであることを特徴とする請求
の範囲４記載の装置。 - 【請求項６】角度αが60゜であることを特徴とする請求
の範囲４又は５記載の装置。 - 【請求項７】通路開口を設けた面（7,8）間の角度αを
二分する軸線を中心に試料ホルダ(6)が回転可能である
ことを特徴とする請求の範囲４乃至６のいずれか１項記
載の装置。 - 【請求項８】試料ホルダ(6)が金属、好ましくはアルミ
ニウムからなることを特徴とする請求の範囲４乃至７の
いずれか１項記載の装置。
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