JPH0933461A - 陽電子ビーム分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の特定部分の陽電子分析が容易で、しか
も画質の良好な陽電子分析像を得ることが可能な陽電子
ビーム分析装置を提供する。 【解決手段】 試料Ｓ表面に陽電子ビームを照射したと
きに発生する二次電子（またはオージェ電子）を検出す
ると、その検出信号の強度から試料表面に関する情報を
収集することができ、しかも、その試料表面に関する情
報を、陽電子分析の情報を得るための陽電子ビーム自体
で得ることにより、これら陽電子分析の情報と試料表面
に関する情報とが完全に対応するとともに、充分な陽電
子ビーム強度を確保した状態での測定が可能となる結
果、所期の目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は陽電子ビーム分析装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】陽電子ビーム分析装置としては、低速陽
電子ビームを試料に照射し、この照射陽電子と試料中の
電子との対消滅により発生するγ線を検出し、そのエネ
ルギスペクトルから格子欠陥に関する情報を収集する欠
陥分析をはじめとして、各種の陽電子分析（例えばボイ
ド、電子密度、仕事関数、元素組成あるいは結晶構造等
に分析）を行う装置が知られている。

【０００３】また、この種の陽電子分析おいて、陽電子
欠陥分析等を行う場合、例えば半導体パターンのどの部
分に欠陥が集中してるのか、等の二次元的な情報が必要
となることから、陽電子分析の情報に加えて試料の表面
形状等に関する情報も収集する分析法も提案されてい
る。

【０００４】その分析法の一つとして、電子顕微鏡等
で試料表面の形状に関する情報を採取した後に、試料に
陽電子ビームを照射して欠陥等の陽電子分析情報を収集
し、これら二種の測定で得られた情報を測定後に符合さ
せる方法がある。

【０００５】また、他の分析法として、透過型電子顕
微鏡または走査型電子顕微鏡を用い、これらの顕微鏡に
おいて電子ビームが通過する経路と同一経路上に陽電子
ビームを通過させて試料に照射することにより、電子顕
微鏡像とこれに対応する陽電子分析像を得る方法がある
（例えば特公平６−１６０１４号公報，特公平６−１６
４０８号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した二
つの方法のうち、の分析法によれば、電子顕微鏡等の
プローブである電子ビームと分析用の陽電子ビームとが
別々の方法で試料に照射されるため、電子ビームにより
得られる二次元情報（電子顕微鏡像）と陽電子ビーム照
射位置との対応付けが困難で、正確な分析データを得る
ことができない。

【０００７】一方、の分析法によると、二次元情報と
陽電子ビーム照射位置との対応付けは良いが、陽電子ビ
ームが電子顕微鏡の光学系を通過する過程で、その光学
系のレンズや絞り等により陽電子の大部分が失われるた
め、充分な信号強度を得ることが難しく、Ｓ／Ｎがきわ
めて悪い陽電子分析像しか得られない。また、充分な信
号強度を得ようとするには膨大な測定時間を必要とす
る。

【０００８】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、陽電子分析位置に完全に対応した試料表面の二
次元情報を収集することでき、しかも、画質の良好な陽
電子分析像を得ることが可能な陽電子ビーム分析装置の
提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の陽電子ビーム分析装置は、陽電子ビームを
試料表面にビーム集束・走査系を介して照射したときに
発生する二次電子またはオージェ電子を検出する電子検
出器を備え、その検出出力を試料表面に関する情報とし
て用いるように構成したことによって特徴づけられる。

【００１０】このように、陽電子分析情報を得るための
測定系に、試料から発生する二次電子またはオージェ電
子を検出する電子検出器を設けることにより、陽電子分
析の情報を得るための陽電子ビーム自体で、試料の表面
形状または表面組成に関する情報を同時に収集すること
ができる。

【００１１】すなわち、試料に陽電子ビームを照射する
と、前記したような陽電子と電子との対消滅によるγ線
の発生のほか、陽電子と試料表面の相互作用により多彩
な情報を含んだものが試料表面から飛び出すことが一般
に知られており、それら試料表面から出てくるもののう
ち、二次電子は表面形状や材質等により信号強度が変化
するすることから、これを検出すれば試料の表面形状に
関する情報を、陽電子分析情報と同時に得ることができ
る。また、陽電子ビームが入射した際に放出されるオー
ジェ電子は試料表面の組成の情報を含んでいることか
ら、これを検出することで、陽電子分析情報に加えて試
料表面に関する二次元情報を収集することができる。

【００１２】ここで、本発明において、測定系に配置す
る電子検出器は、低エネルギの陽電子ビームへの影響を
軽減するため、その形状をリング状とし、陽電子ビーム
のビーム軸と同軸上に置くことが好ましい。

【００１３】また、本発明でいう、陽電子ビームをプロ
ーブとして用いた分析装置とは、この種の分野で一般に
知られている下記の分析法（谷川 庄一郎：分光研究
第41巻第４号(1992)）に基づく装置の全てを対象とす
る。 (1) 陽電子・電子消滅を利用するもの 陽電子消滅２次元角相関測定（２Ｄ−ＡＣＡＲ） 陽電子寿命測定（ＰＬＴ） 消滅γ線のドップラー拡がり測定 単色ビームの利用による上記消滅現象の深さの関数と
しての測定 マイクロ・ビームによる上記消滅現象の３次元微小領
域の測定 陽電子消滅誘起オージェ電子分光（ＰＡＥＳ） 陽電子消滅誘起イオン脱離 (2) 回折やエネルギ損失のような電子でも起こる現象を
利用するもの 低速陽電子回折（ＬＥＰＤ） 反射型高速陽電子回折（ＲＨＥＰＤ） 低エネルギ・ポジトロニウム回折 陽電子エネルギ損失分光（ＰＥＬＳ） 透過型陽電子顕微鏡（ＴＰＭ） 陽電子チャネリング 陽電子線ホログラフィー (3) 負の陽電子仕事関数に由来する陽電子特有の表面過
程を利用するもの 再放出陽電子エネルギ分光 ポジトロニウム放出エネルギ分光 陽電子再放出顕微鏡（ＰＲＭ） 陽電子トンネル顕微鏡（ＰＴＭ） 再放出粒子（陽電子，Ｐｓ）の収率測定

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態を示す
ブロック図である。まず、図１に示す分析装置は陽電子
ビーム欠陥分析装置であって、陽電子ビーム発生装置１
と、この発生装置１からの陽電子ビームを試料Ｓの表面
上に集束するレンズ２と、その集束ビームを試料Ｓの表
面上で走査する走査電極３を備えており、また、試料Ｓ
の後方には、γ線検出用の高純度Ｇｅ検出器４が配置さ
れている。

【００１５】以上の構成は公知で、この分析装置では、
陽電子ビームがレンズ２及び走査電極３を通じて試料Ｓ
に入射し、その入射陽電子が試料Ｓ中で電子と対消滅し
てγ線を発生する。このとき、γ線は１８０°正反対の
向きに２個放出されるため、放出γ線は試料Ｓの後方に
置かれた高濃度Ｇｅ検出器４によって検出され、このγ
線の検出出力が前置増幅器４ａを介して信号処理装置６
に導かれて、エネルギ分析データつまり欠陥に関する情
報に変換される。

【００１６】さて、この実施の形態において注目すべき
ところは、試料Ｓの前方にＭＣＰ（マイクロチャンネル
プレート）検出器５を配置している点にある。ＭＣＰ検
出器５は、試料Ｓに陽電子ビームが入射したときに試料
表面から放出される二次電子ｅ^- を検出するためのもの
でリング形状に加工されており、また陽電子ビームのビ
ーム軸と同軸上に置かれている。その二次電子ｅ^- の検
出出力は、前置増幅器５ａを介して信号処置装置６に導
かれる。

【００１７】ここで、試料Ｓの表面から放出された二次
電子ｅ^- の信号強度は、試料表面の形状や材質等により
変化するので、その信号強度の変化から試料Ｓの表面形
状に関する情報を得ることができ、このような情報つま
り試料表面の二次元像のデータを得るための処理が信号
処理装置６で実行される。

【００１８】そして、信号処理装置６は、試料Ｓ表面上
での陽電子ビームの走査過程において、高純度Ｇｅ検出
器４及びＭＣＰ検出器５の各検出出力を採り込んで、そ
のγ線検出信号を欠陥情報に変換し、また、二次電子ｅ
^- の検出信号を試料表面形状に関する情報に変換した
後、これら二つの画像データを互いに対応させて、画像
メモリまたは表示装置（ともに図示せず）等に出力する
ように構成されている。

【００１９】従って、以上の実施の形態では、陽電子ビ
ームを試料Ｓ表面上で走査することにより、欠陥情報に
よる像と、これに対応した試料Ｓ表面の二次電子像を一
度に得ることができる。また、この実施の形態におい
て、試料Ｓに照射する陽電子ビームのエネルギを変化さ
せれば、試料Ｓの深さ方向の欠陥情報を含めた三次元分
析も可能になる。

【００２０】なお、図１に示した構成において、二次電
子ｅ^- をＭＣＰ検出器５で効率良く検出するには、電源
７により試料Ｓに負の電位を与えるか、ＭＣＰ検出器５
の試料Ｓに面する側に正の電位を与えて、二次電子ｅ^-
をＭＣＰ検出器５に向けて加速するといった手段が必要
となるが、いずれの場合においても、試料Ｓの前方に形
成される電場は軸対称であるため、陽電子ビームの歪は
無く、レンズ２で焦点距離さえ調節すれば、高分解能の
表面像を得ることが可能になる。

【００２１】また、図１の構成においては、レンズ２を
ＭＣＰ検出器５よりも試料Ｓ側に近い位置に配置して、
作動距離（レンズ−試料間距離）を短くすることにより
マイクロビーム化を達成しているが、二次電子の捕捉効
率を向上させることを優先する場合には、レンズ２の試
料Ｓに対する位置を、ＭＣＰ検出器５よりも離れた位置
として、陽電子ビームのみがリング状のＭＣＰ検出器５
の中央を通るような配置としてもよい。

【００２２】さらに、以上の実施の形態では、γ線の検
出器として高純度Ｇｅ検出器を用いているが、これに代
えて、例えばシンチレータと光電子増倍管とを組み合わ
せたもの等、γ線の検出に一般に利用される他の検出器
を用いてもよい。

【００２３】さらにまた、本発明の実施の形態では、試
料Ｓに陽電子ビームを照射したときに発生する二次電子
ｅ^- を検出する構成を採用しているが、その二次電子ｅ
^- の検出に代えて、陽電子ビーム照射による発生するオ
ージェ電子を検出するようにしてもよい。この場合、試
料Ｓ表面の組成を反映した二次元情報を得ることができ
る。

【００２４】ここで、本発明の実施の形態において、高
純度Ｇｅ検出器４の出力信号によりＭＣＰ検出器５にゲ
ートをかけてコインシデンス測定を行うように構成すれ
ば、二次電子ｅ^- の検出信号のＳ／Ｎを向上させること
ができる。

【００２５】すなわち、ＭＣＰ検出器５には試料Ｓから
放出される二次電子ｅ^- のほかに、レンズ２の電極やシ
ールド壁体等に陽電子ビームが衝突した際に発生する二
次電子や、陽電子ビーム経路から外れた陽電子等が入射
する可能性があり、これが雑音となってＳ／Ｎが悪くな
るが、高純度Ｇｅ検出器４が出力ＯＮとなったと同時に
ＭＣＰ検出器５を作動させることで、そのような外乱に
よる影響を阻止でき、試料Ｓからの二次電子ｅ^- のみを
効率良く検出できる。

【００２６】また、本発明の実施の形態において、高純
度Ｇｅ検出器４とＭＣＰ検出器５との信号時間差を測定
して、二次電子（またはオージェ電子）の飛行時間を求
めれば、試料表面の構成原子や吸着原子・分子等を知る
ためのエネルギ情報を得ることができる。さらに、試料
Ｓに照射する陽電子ビームを、パルス陽電子ビームと
し、その照射時刻からＭＣＰ検出器５が検出信号を出力
するまでの時間を計時すれば、同様にエネルギ情報を得
ることができる。さらにまた、パルス陽電子ビームを用
いた場合、オージェ電子のエネルギ分布を求めることも
可能になることから、陽電子放出オージェ電子分析にも
応用できる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の陽電子ビ
ーム分析装置によれば、陽電子ビームの照射により試料
から放出される二次電子またはオージェ電子を検出する
電子検出器を設け、その検出出力を試料の表面形状等に
関する情報として用いるように構成したから、陽電子分
析位置と完全に対応した二次元情報を収集することがで
きる。これにより測定後に二つの情報をマッチングする
ための情報処理手続等が全く不要となる結果、試料の特
定部分の分析が容易となる。

【００２８】しかも、試料表面に関する情報を、陽電子
分析の情報を得るための陽電子ビーム自体で、他のプロ
ーブ（電子ビーム等）を用いることなく収集できるの
で、陽電子ビーム照射系を、陽電子が試料に集束照射さ
れる際の損失を最小とするのに適した構造とすることが
できる。これにより充分な陽電子ビーム強度を確保した
状態での測定が可能となり、Ｓ／Ｎの良好な陽電子分析
像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図

【符号の説明】

１ 陽電子ビーム発生装置 ２ レンズ ３ 走査電極 ４ 高純度Ｇｅ検出器 ５ ＭＣＰ検出器 ６ 信号処理装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽電子ビームをプローブとして用いた分
   析装置において、陽電子ビームを試料表面にビーム集束
   ・走査系を介して照射したときに発生する二次電子また
   はオージェ電子を検出する電子検出器を備え、その検出
   出力を試料表面に関する情報として用いるように構成さ
   れていることを特徴とする陽電子ビーム分析装置。