JPS63133079A - 電子計数装置 - 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、光エネルギーの照射で試料から放出される電
子の数を計数する電子計数装置に関する。

（従来技術） 従来、例えば半導体等の試料表面の酸化膜等の膜厚を計
測する方法として、試料表面に光を照射し、光の照射に
より試料上の薄膜を通って外部に放出される電子を電子
検出部により計数して膜厚を計測する方法が知られてい
る（特願昭５９−１１８８１８号等）。

ところで、このような電子計測装置にあっては、電子検
出部内の湿度の影響により計数誤差が大きくなるという
問題があり、これを解決するために、電子検出部内にド
ライエアー等の乾燥したガスを注入して湿度の影響をな
くことが考えられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、電子検出部内に乾燥したガスを注入する
際には、流量計の指示を見ながら手動でガス流量を調整
するようにしていたため、ガスを多量に流し過ぎること
でガスを無駄に使用したり、ガス吊が少な過ぎて湿度の
影響によりノイズが発生したりし、必要且つ充分な量の
ガス供給ができない恐れがあった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、電子検出部内の湿度のＩＦＩによる計測誤差を無
くして安定した電子計測を可能とする最適量となる乾燥
ガスを供給ができるようにした電子計測装置を提供する
ことを目的とする。

この目的を達成するため本発明にあっては、電子検出部
内にドライエアー等の乾燥したガスを注入するガス供給
手段と、電子検出部内に試料側からの電子の導入を禁止
するバックグラウンド計数モードでの電子数（計数率）
を測定する測定手段と、この測定手段で測定した電子数
（計数率）の値が最小となるように前記ガス供給手段に
よる供給量を制御する流量制御手段とを設けるようにし
たものである。

（作用） このような本発明の構成によれば、電子検出部内に対す
る試料側からの電子の導入を禁止するバックグラウンド
計数モードの設定状態でドライエアー等の乾燥したガス
の供給流量を、例えば零から徐々に増加させ、このガス
流量の増加に伴なって電子検出部内の湿度が低下し、湿
度の低下で発生するバックグラウンドノイズとしての計
数率も低下するようになり、ガス流量をそれ以上増加さ
せても計数率が下がらない飽和流量を最適供給流量とし
て設定することで、ガス供給不足やガス供給のし過ぎを
なくすようにしたものでおる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示した説明図である。

まず構成を説明すると、１は電子検出部であり、下部に
検出窓２を開口した金属性のケース３を有し、このケー
ス３はアースされて陰極となる。ケース３内には陽極リ
ング４が配置され、陽極リング４には高圧電源２３が接
続され、例えば３．４ＫＶの高電圧が印加されている。

陽極リング４とケース３の間には例えば１００Ｖの電圧
が印加された第１格子電極５が設置され、更に第１格子
電極５とケース３の検出窓２に相対して配置された試料
１０との間には、例えば８０Ｖの電圧が印加された第２
の格子電極６が配置される。

一方、電子検出部１に対し分離配置された光源装置には
光源１３が設けられ、光源１３からの光を単色化する分
光器１４、分光器１４の前後に配置されたスリット１５
．１６を有し、スリット１５．１６により光強度が調整
された分光器１４ｈ１らの単色光を試料１０の表面に斜
め上方より照射している。

一方、計測回路部としては、電子検出部１の陽極リング
４にコンデンサＣを介して接続された増幅器１８を協え
、増幅器１８の出力と第１格子電極５との間には第１パ
ルス発生器２０が設けられる。第１パルス発生器２０は
陽極リング４にパルス電圧が発生したときに第１格子電
極５に例えば所定の時間幅Ｔｅ、例えばＴｅ＝３ｍｓで
３００Ｖアツプした矩形波パルスを送り、第１格子電極
５の電圧を第２図（ｂ）のＡＬＬモードに示すように、
１００Ｖから４００Ｖに増加させる。

また、増幅器３１の出力と第２格子電極６との間には第
２パルス発生器２２が設けられ、この第２パルス発生器
２２は陽極リング４にパルス電圧が発生したとき、例え
ば時間幅Ｔｅで一１１０Ｖダウンした矩形波パルスを第
２格子電極６に供給し、第２図（Ｃ）の信号波形図にお
けるＡＬＬモードに示すように、第２格子電極６の電圧
を８０■から一３０Ｖまで低下させる。

尚、第１及び第２のパルス発生器２０．２２で発生する
矩形波パルスの時間幅Ｔｅ及び波高電圧は任意に設定す
ることができる。

２４は増幅器１８の出力に接続された計数手段であり、
この計数手段２４は陽極リング４に発生するパルス電圧
の数を計数する。計数手段２４の出力は演算手段２６に
与えられ、演算手段２６としては例えばマイクロコンピ
ュータが使用される。

この演算手段２６における演算機能は、計数手段２４に
おける例えば１秒間当りの電子パルスのカウント数（計
数率）をＮとすると、計数手段２４の出力カウント数Ｎ
を受けて試料１０における薄膜１０ｂの膜厚Ｔを次式に
よって演算する。

ＩｏｇＮ＝ＩＯ（］　Ｎ１−Ｔ／２．３０λ・・・（１
）但し、λは薄膜内の電子の平均自由工程（Ａングスト
ローム）、Ｎ１は膜厚が零のときのカウント数（計数率
） 演算手段２６で求められた試料１ｄにおける薄膜１０ｂ
の膜厚Ｔは、例えばＣＲＴプリンタ等の表示手段２８に
送られ、表示手段２８において演算手段２６の演算結果
となる薄膜１０ｂの膜厚Ｔが表示される。

このような電子検出部１、試料１０に対する照明光学系
及び計測回路で成る電子計測装置に対し、本発明にあっ
ては、更に電子検出部１内にドライエアー等の乾燥した
ガスを供給するガス供給配管３０が設けられ、ガス供給
配管３０に対しては図示しない空気ボンベに詰められた
ドライエアー若しくはシリカゲル等の乾燥剤を用いてド
ライエアーを発生するドライエアー発生装置等からの乾
燥ガスが加圧供給される。

この電子検出部１内に乾燥したガスを供給するガス供給
配管３０の途中には、ガス流量を制御するための流量調
整器３２が設けられる。流量調整器３２としては例えば
モータ駆動により開度を調整する電動弁を用いることが
できる。

このガス供給配管３０に設けられた流量調整器３２を作
動するため、流量制御装置３４が設けられ、流量制御装
置３４に対しては演算手段２５より計数手段２４で得ら
れた１秒間当りの電子パルスのカウント数（計数率）Ｎ
が供給されており、流量制御装置３４は電子検出部１の
測定モードをバックグラウンド計測モード（Ｂ、Ｇ、モ
ード）とした状態で流量調整器３２を零流量から徐々に
開き、演算手段２６を介して得られるカウント数Ｎが減
少して最小値に飽和した状態を検出し、そのときの調整
開度を保持するようになる。

また、流量制御装置２４はバックグラウンド計測モード
を電子検出部１に設定するため、第２のパルス発生器２
２に対し第２格子電極６の印加電圧を一３０Ｖに固定し
て試料１０側から電子検出部１内に対する電子の導入を
禁止させる機能を有する。

次に、第１図の実施例の動作を説明する。

まず試料１０の薄膜１０ｂの膜厚Ｔの測定に先立ち流量
制御装置３４の操作にＪ：り電子検出部１の計測モード
をバックグラウンド計測モードに設定する。即ち、通常
の試１１０から放出された電子数を検出するＡＬＩ−モ
ードにあっては、試料１０に対する光エネルギーの照射
で放出された電子は検出窓２から電子検出部１内に入り
、８０Ｖに設定された第２格子電極６及び１００Ｖに設
定された第１格子電極５を通過し、陽極リング４に引寄
せられる。放出電子が陽極リング４に近づくと陽極リン
グ４の近傍には高電圧によって強い電界が発生している
ため、この電界により電子が加速されて気体放電現象を
引起す。この結果、気体放電により陽極リング４に印加
されている電圧は第２図（ａ）に示すように低下し、電
圧パルスが発生する。

この陽極リング４に発生した電圧パルスは増幅器１８で
増幅後、第１パルス発生器２０及び第２パルス発生器２
２に与えられ、それぞれ矩形パルスを発生する。即ち、
第１パルス発生器２０は電圧が３００■で時間幅がＴｅ
の矩形波パルスを光生して第１格子電極５に印加し、第
１格子電ｔ！ｌｊ５の電圧を１００Ｖから４００Ｖに増
加させる。この結果、陽極リング４と第１格子電極５と
の間の電位差が３００Ｖだけ低下し、これによって気体
放電作用により発生した光や陽イオンによる２次電子は
放電電圧に達することができず、なだれ的な放電が阻止
される。

一方、第２パルス発生器２２は時間幅Ｔｅに亘って一１
１０Ｖとなる矩形波パルスを第２格子電極６に印加し、
第２格子電極６の電圧を８０Ｖから一３０Ｖに下げる。

この結果、増幅作用を伴う気体放電によって発生した陽
イオンが第２格子電極６で補足されて中和され、これに
よって陽イオンが試料１０の薄膜１０ｂ及び試料本体１
０ａに到達して低エネルギー電子の放出作用に影響を及
ぼすことを防ぐ。また外部からの電子が電子検出部１に
入射するのを遮断する。

一方、ガス流量を調整する際のバックグラウンド計数モ
ードにあっては、前述したＡＬＬモードで陽極リング４
からの電子パルスを受ける毎にＴｅＦＲ間に回り８０Ｖ
〜−３０Ｖに下がる電圧を第２格子電極６に印加してい
る第２パルス発生器２２を、固定的に一３０Ｖの電圧発
生状態とし、第２格子電極６の印加電圧を一３０Ｖに保
つことで試料１０側より検出窓２を通って電子検出部１
に対する電子の導入を禁止するしや開状態を作り出す。

従って、このバックグラウンド計測モードにあっては、
電子検出部１内のみから発生した電子による電子パルス
（ノイズ分）の計数動作が行なわれる。

そこで流量制御装置３４にあっては、第２パルス発生器
２２に一３０Ｖの電圧発生状態をセットした後、流量調
整器３２を流量零の状態から徐々に開いてガス供給配管
３０を介してドライエアー等の乾燥したガスを電子検出
部１内に供給するようになる。

第３図は乾燥したガスの流ＩＱを零から徐々に増加させ
たときの電子計数率Ｎの変化を示した特性グラフであり
、ガス流量の増加に伴って電子検出部１内の湿度が低下
することから、湿度に起因したバックグラウンドノイズ
としての計数率Ｎも低下するようになる。このとき、乾
燥ガスの供給流量がある流＠Ｑｓを超えて増加させても
、バックグラウンドノイズとしての計数率はそれ以上下
がらず、飽和状態となる。そこで流量制御＠置３４にあ
っては、計数率が飽和する流量ＱＳに達したならば、そ
の時点で流量調整を停止し、バックグラウンドノイズが
飽和する流ｆｆ１Ｑｓを保持させる。この結果、電子検
出部１に対しては湿度によるバックグラウンドノイズを
最小とする乾燥した必要最小限の量となるガス供給が行
なわれ、この状態でバックグラウンド計測モードを解除
してＡＬしモードとすることで、試料１０に対する光エ
ネルギーの照射で放出された電子数のカウント値Ｎに基
づく膜厚下等の計測処理を行なうようになる。

尚、上記の実施例にあっては、流量制御装置３４により
流量調整器３２を零流量から徐々にガス流量を増加させ
てバックグラウンドノイズが飽和する最適流量Ｑｓに制
御しているが、逆に流量調整器３．２を全開とした状態
から徐々に流量を減少させて最適流’＠ＱＳを設定する
ようにしても良い。

また、上記の実施例は、流量制御装置３４による最適流
＠Ｑｓの自動設定を例にとるものであったが、流量制御
装置３４に計数率Ｎを表示させ、この表示結果が最小値
となるように手動操作で流＠調整器３２を調整するよう
にしても良い。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、電子検出部内
に対する試料側からの電子の導入を禁止するバックグラ
ウンド計数モードの設定状態で、ドライエアー等の乾燥
したガスの供給流量を例えば零流量から徐々に増加させ
、ガス流量をそれ以上増加させても計数率が下がらない
飽和流量を最適供給流量として設定するようにしたため
、ドライエアー等の乾燥したガスの供給により電子検出
部内の湿度によるバックグラウンドノイズを最小に保つ
最適なガス供給量の設定状態を得ることができ、ガス供
給不足によりノイズ成分が増加したり、ガス供給のし過
ぎによる無駄を無くすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した説明図、第２図は試
料測定時のＡＬＬモードと流量調整時のバックグラウン
ド計数モードにあける各部の電圧波形の時間変化を示し
た信号波形図、第３図は調整流量に対する計数率（バッ
クグラウンドノイズ）の関係を示した特性グラフである
。 １：電子検出部 ２：検出窓 ３：ケース ４：陽極リング ５；第１格子電極 ６：第２格子電極 １０：試料 １０ａ：試料本体 １０ｂ：薄膜 １３：光源 １４：分光器 １５．１６；スリット ７８：増幅器 ２０：第１パルス発生器 ２２：第２パルス発生器 ２３：高圧電源 ２４：計数手段 ２６：演算手段 ２８：表示手段 ３０：ガス供給配管 ３２：流量調整器 ３４：流量制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料に光を照射し、該試料から放出される電子を電子検
   出部内に導入して電子の数を計数する電子計数装置に於
   いて、 前記電子検出部内にドライエアー等の乾燥ガスを供給す
   るガス供給手段と、前記電子検出部内に対する試料側か
   らの電子の導入を禁止したバックグラウンド計数モード
   での電子数を測定する測定手段と、該測定手段で得られ
   たバックグラウンド計数モードでの測定値が最小となる
   ように前記ガス供給手段による供給量を制御する流量制
   御手段とを備えたことを特徴とする電子計数装置。