(57)【要約】【課題】ＣＭＡ検出器と低速アルゴンイオン銃とを備えたオージェ電子分光装置を用いた元素分析方法において、従来より定量誤差が少ない元素分析方法を提供する。【解決手段】電子銃と同軸に配置されたＣＭＡ検出器と低速アルゴンイオン銃とを備えたオージェ電子分光装置において、低速アルゴンイオン銃を用いてイオンエッチングを行った後、電子を照射してＣＭＡ検出器を用いて単結晶含有試料のオージェ電子を検出するにあたり、電子銃の軸の延長線と試料設置面との交点を通る試料設置面の法線と前記電子銃の軸の延長線とのなす交角および／または試料設置面の法線回りの試料設置面の回転角を変化させたときのシグナルの強度の変化が少なくなるように、前記交角および／または前記回転角を調整し、検出したオージェ電子から該試料に含有される元素の定量を行う元素分析方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃と同軸に配置されたＣＭＡ検出器と低速アルゴンイオン銃とを備えたオージェ電子分光装置内の試料設置面上に単結晶を含有する試料を設置し、低速アルゴンイオン銃を用いて該試料の表面のイオンエッチングを行った後、電子銃を用いて該試料に電子を照射してＣＭＡ検出器を用いてオージェ電子を検出するにあたり、電子銃の軸の延長線と試料設置面との交点を通る試料設置面の法線と前記電子銃の軸の延長線とのなす交角および／または試料設置面の法線回りの試料設置面の回転角を変化させたときのシグナルの強度の変化が少なくなるように、前記交角および／または前記回転角を調整し、検出したオージェ電子から該試料に含有される元素の定量を行うことを特徴とする元素分析方法。
【請求項２】
シグナルの強度の変化が、交角および／または回転角を３０度変化させた角度範囲内において、最も強いシグナル強度を基準として、７％以内である請求項１記載の分析方法。
【請求項３】
シグナルの強度の変化が、交角および／または回転角を３０度変化させた角度範囲内において、最も強いシグナル強度を基準として、３％以内である請求項２記載の分析方法。
【請求項４】
低速アルゴンイオン銃のアルゴンイオンのエネルギーが１ｅＶ以上１ｋｅＶ以下の範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の分析方法。
【請求項５】
イオンエッチング時間が１秒以上である請求項１〜４のいずれかに記載の分析方法。
【請求項６】
試料に含有される単結晶が、半導体の単結晶である請求項１〜５のいずれかに記載の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃と同軸に配置されたＣＭＡ検出器と低速アルゴンイオン銃とを備えたオージェ電子分光装置を用いる元素分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オージェ電子分光装置を用いる元素分析方法は、特に半導体の開発および品質管理において重要な分析方法である。
【０００３】
ＣＭＡ（cylindrical  mirror  analyzer）検出器を備えたオージェ電子分光装置は、電子線を照射したとき試料表面より発生するオージェ電子を高い感度で検出することができ、該試料の深さ方向の元素分布を精度よく分析することができるので、半導体単結晶からなる試料の元素分析方法として、用いられている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
さらに、電子銃と同軸に配置されたＣＭＡ検出器に加えて低速アルゴンイオン銃を備えたオージェ電子分光装置が最近開発され、低速アルゴンイオン銃は半導体の単結晶からなる試料の表面における原子配列を大きく乱すことなく、該試料表面をエッチングすることができることから、電子銃と同軸に配置されたＣＭＡ検出器と低速アルゴンイオン銃とを備えたオージェ電子分光装置は、特に半導体の単結晶からなる試料の分析に用いられている。
【０００５】
【非特許文献１】スコット・Ａ・チェンバーズ（Ｓｃｏｔｔ  Ａ．Ｃｈａｍｂｅｒｓ）、サーフェス・サイエンス・レポーツ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｒｅｐｏｒｔｓ）、（オランダ）、１９９２年、Ｖｏｌ．１６、ｐ．２６１〜３３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電子銃と同軸に配置されたＣＭＡ検出器と低速アルゴンイオン銃とを備えたオージェ電子分光装置内の試料設置面上に単結晶を含有する試料を設置し、その試料のイオンエッチングを該低速アルゴンイオン銃により行い、電子銃と同軸に配置されたＣＭＡ検出器を用いてオージェ電子を検出して、該試料の元素分析を行った場合、同一試料を分析しても、元素の定量結果にばらつきがあり、定量誤差が十分小さいとは言えないという問題点があることに本発明者らは気づいた。
【０００７】
そこで本発明の目的は、電子銃と同軸に配置されたＣＭＡ検出器と低速アルゴンイオン銃とを備えたオージェ電子分光装置内の試料設置面上に単結晶を含有する試料を設置し、低速アルゴンイオン銃を用いて該試料の表面のイオンエッチングを行った後、電子銃を用いて該試料に電子を照射してＣＭＡ検出器を用いてオージェ電子を検出することによる元素分析方法において、従来より定量誤差が少ない元素分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記課題について鋭意検討した結果、低速アルゴンイオン銃を用いて該試料の表面のイオンエッチングを行った後は、オージェ電子分光装置の内部にある試料が設置されている試料設置面とＣＭＡ検出器との位置を、従来はイオンエッチング後に厳密に定めることなく、元素分析が行われていたが、試料設置面をエッチング時の試料設置面から動かすと、つまり、電子銃の軸の延長線と試料設置面との交点を通る試料設置面の法線と前記電子銃の軸の延長線とのなす交角または試料設置面の法線回りの試料設置面の回転角を変化させると、角度により、シグナル強度が変化することに気づいた。これは、従来の低速でないアルゴンイオン銃でエッチングした試料にはみられなかった現象である。そして、シグナル強度の変化が少なくなるように前記角度を調整すると、意外にも元素分析の定量性が高くなることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、電子銃と同軸に配置されたＣＭＡ検出器と低速アルゴンイオン銃とを備えたオージェ電子分光装置内の試料設置面上に単結晶を含有する試料を設置し、低速アルゴンイオン銃を用いて該試料の表面のイオンエッチングを行った後、電子銃を用いて該試料に電子を照射してＣＭＡ検出器を用いてオージェ電子を検出するにあたり、電子銃の軸の延長線と試料設置面との交点を通る試料設置面の法線と前記電子銃の軸の延長線とのなす交角および／または試料設置面の法線回りの試料設置面の回転角を変化させたときのシグナルの強度の変化が少なくなるように、前記交角および／または前記回転角を調整し、検出したオージェ電子から該試料に含有される元素の定量を行うことを特徴とする元素分析方法を提供する。同様の組成を有する複数の試料間で組成を比較する上では、いずれか１つの試料について該調整を行い、シグナルの角度依存性が低い角度を導出した上で、その他試料について同条件を用いて分析し、角度による組成値の変動の影響が小さい、すなわち定量性が高い試料間の組成比較を可能とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の分析方法によれば、単結晶を含む試料の元素分析を高い定量性で行うことができ、特に半導体単結晶を含有する試料の元素分析を行い、その分析値を用いて半導体または半導体素子の開発を進めることができ、また製造の品質管理を行うことができるので、本発明は工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の分析方法は、電子銃と同軸に配置されたＣＭＡ検出器と低速アルゴンイオン銃とを備えたオージェ電子分光装置を用いた分析方法である。
【００１２】
まず、本発明の分析方法において用いるオージェ電子分光装置としては、電子銃の電子線の加速電圧が１ｋＶ以上３０ｋＶ以下であり、オージェ電子の検出器としてＣＭＡ検出器を備えたものを用いることができる。電子銃の加速電圧は任意に制御できるが、３ｋＶ以上２０ｋＶ以下のものが好ましく、５ｋＶ以上１０ｋＶ以下のものが更に好ましい。具体的には、例えば、フィジカル・エレクトロニクス（ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ）社製のＭｏｄｅｌ６８０が挙げられる。
【００１３】
そして、本発明の分析方法において用いるＣＭＡ検出器としては電子銃と同軸に配置されているものを用いる。通常は、棒状の電子銃の周囲に、円筒状のＣＭＡ検出器が、両者の回転軸が同一直線となるように配置されている。
【００１４】
また、本発明の分析方法で用いる低速アルゴンイオン銃としては、アルゴンイオンの加速電圧が１ｅＶ以上１ｋｅＶ以下のものが好ましく、１００ｅＶ以上５００ｅＶ以下のものがさらに好ましい。低速アルゴンイオン銃としては、例えば、具体的には、フィジカル・エレクトロニクス（ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ）社製の０６−３５０型、日本電子株式会社製のＡＰ−８２１００型などが挙げられる。イオンエッチング時間としては通常１秒以上であり、好ましくは１分以上である。
【００１５】
さらに、本発明の分析方法において分析対象として用いる試料としては、単結晶を含有する試料を用いる。試料に含有される単結晶は、半導体の単結晶である場合に、本発明の分析方法は好適に適用することができ、試料としては半導体の単結晶からなるものがさらに好ましく、化合物半導体の単結晶からなるウエハーや薄膜が最も好ましい。
【００１６】
半導体の単結晶としては、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＰ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮなどが挙げられる。
【００１７】
本発明の分析方法は、前記オージェ電子分光装置を用い、オージェ電子分光装置内の試料設置面に、単結晶を含有する試料を設置し、低速アルゴンイオン銃を用いて該試料の表面のイオンエッチングを行った後、電子銃を用いて該試料に電子を照射してＣＭＡ検出器を用いてオージェ電子を検出するにあたり、電子銃の軸の延長線と試料設置面との交点を通る試料設置面の法線と前記電子銃の軸の延長線とのなす交角および／または試料設置面の法線回りの試料設置面の回転角を変化させたときのシグナルの強度の変化が少なくなるように前記交角および／または前記回転角を調整し、検出したオージェ電子から該試料に含有される元素の定量を行うことを特徴とする。
【００１８】
通常は、電子銃はその軸を鉛直方向とし、下向きに電子を照射するように配置されている。単結晶を含有する試料は試料ホルダーに固定し、測定を行う超高真空のチャンバー内に導入する。オージェ電子分光分析装置内の試料設置面は、例えば初期において水平に設定しておく。これを試料傾斜角０°とする。単結晶からなる試料の場合は、試料は通常は平板状なので、試料設置面と分析対象の試料の面は平行となる。平板状でない試料を用いる場合は、試料の測定対象部分がほぼ水平となるように試料の位置を調整する。
【００１９】
そして、分析を行う前に低速アルゴンイオン銃を用いて所定の深さまで試料表面を削るエッチングを行う。エッチングの後、電子銃から電子を試料表面に照射し、試料設置面を平行としたときに測定試料に含まれると考えられる元素についてシグナルを得る。ここで水平の位置にある試料設置面を、試料法線方向とＣＭＡ検出器の延長線との交角を変化させるように試料傾斜角を変化させながらＣＭＡ検出器によりオージェ電子を検出し、各々の角度毎にスペクトルを得る。つまり、電子銃の軸の延長線と試料設置面との交点を通り、試料設置面と垂直な試料設置面の法線と、前記電子銃の軸の延長線とのなす交角を、初期値の０°から増加させていく。各々の角度では、スペクトルを得る前に、弾性散乱に由来するピーク強度が最大となるように、試料設置面の試料設置面に垂直方向の位置を微調整することが好ましい。スペクトルを取得して角度間で比較すると、得られるシグナルの強度が変化するので、その変化が少なくなるように、交角を調整する。
【００２０】
それから、試料設置面をその法線回りに回転させ、試料設置面の回転角を変化させるとシグナルの強度が変化するので、その変化が少なくなるように、回転角を調整する。
【００２１】
この交角と回転角の調整は、交角を先に調整しても、回転角を先に調整しても、両者の調整を繰返し行っても、いずれか一方のみ調整しても、シグナルの強度変化が少なくなるように調整できればよい。
【００２２】
シグナルの強度変化としては、交角および／または回転角をある角度を基準としてプラス側およびマイナス側に各々１５度変化させた角度範囲内、すなわち交角および／または回転角を３０度変化させた角度範囲内において、最も強いシグナル強度を基準として、７％以内であることが好ましく、５％以内がより好ましく、３％以内がさらにより好ましく、特に好ましくは２％以内である。
【００２３】
このようにして本発明の分析方法を実施することができる。そして、本発明の分析方法によれば、単結晶を含む試料の元素分析を高い定量性で行うことができ、特に半導体単結晶を含有する試料の元素分析に好適に適用することができる。
【００２４】
本発明の分析方法は、半導体の製造における品質管理に好適に用いることができる。半導体の製造における品質管理を行うには、製造された半導体単結晶から無作為にサンプリングし、得られた半導体単結晶試料を本発明の分析方法により元素分析を行い、得られた分析値を用いて、統計的品質管理の手法を用いた母集団の標準偏差の推定、母集団の平均値の推定等を行い、また、以前に製造して分析した半導体単結晶との差の検定を行うことにより、品質管理を行うことができる。また、管理図を作成して安定した製品が生産できるよう管理することができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
電子銃と同軸に配置され、フィジカル・エレクトロニクス（ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ）社製のＣＭＡ検出器（２５−１４０Ａ型）と、同社製低速アルゴンイオン銃（０６−３５０型）とを備えた同社製オージェ電子分光装置（Ｍｏｄｅｌ６８０型）を用いて、ＧａＮ単結晶からなる試料の定量分析を行った。
【００２６】
ＧａＮ単結晶であり結晶方向が既知の試料を１ｃｍ角に劈開して装置内に設置し、低速アルゴンイオン銃を用いて入射角を試料法線方向から４５度、イオン銃加速電圧３００ｅＶ、ラスターサイズ１ｘ１ｍｍでイオンエッチングを行った。続いて、入射角を試料法線より３０度の方向、電子銃加速電圧５ｋｅＶ、試料電流量８ｎＡの電子銃により電子線を試料へと照射し、発生したオージェ電子をＣＭＡ検出器により検出した。ここで、ＣＭＡ検出器は電子銃の電子と同軸に配置され、ＣＭＡ検出器と試料法線方向がなす角度を保ちながら、試料の法線を軸として面内で回転させてシグナルの強度変化を調べた。得られた結果を図１に示した。Ｇａ、Ｎについて微分スペクトルを得て、微分ピークの強度極大と強度極小の間のピーク強度差をシグナルの強度とした。オージェ電子のエネルギー領域として、ＧａはＬＭＭ遷移過程（１０５７〜１０７７ｅＶ）、ＮはＫＬＬ遷移過程（３７５〜３９５ｅＶ）を使用した。図１から、試料を回転させたときのシグナルの強度の変化が小さくなるような位置を探し、図１において角度が６０度となる位置は、試料を回転させたときのシグナルのＧａの強度の変化が、±１５度の角度範囲内において、最も強いシグナル強度を基準として、５％であったので、この角度を選定し、この位置において元素の定量分析を行った。その結果、組成比を反映するＧａとＮシグナルとの強度比値（Ｇａ／Ｎ）は角度６０度±１５度で５％のばらつきという定量性の高い分析結果が得られた。
【００２７】
比較例１
実施例１において、ＣＭＡ検出器の角度を次のように調整して元素分析を行った。図１から、ＣＭＡ検出器を回転させたときのシグナルの強度の変化が大きくなるような位置を探し、図１において角度が３０度となる位置は、試料を回転させたときのシグナルの強度の変化が、±１５度の角度範囲内において、最も強いシグナル強度を基準として、３０％であったので、この角度を選定し、この位置において元素の定量分析を行った。その結果、組成比を反映するＧａとＮシグナルとの強度比値（Ｇａ／Ｎ）は角度３０度±１５度で３０％ばらつくという定量性の低い分析結果が得られた。
【００２８】
実施例２
ＡＸＴ社製ＧａＡｓ単結晶ウエハー（面方位（１００）面）を１ｃｍ角に劈開して装置内に設置し、低速アルゴンイオン銃を用いて入射角を試料法線方向から４５度、イオン銃加速電圧２５０ｅＶ、ラスターサイズ１．５ｘ１．５ｍｍで２０分間のイオンエッチングを行った。続いて、入射角を試料法線より３０度の方向、電子銃加速電圧５ｋｅＶ、試料電流量６ｎＡの電子銃により電子線を試料へと照射し、発生したオージェ電子をＣＭＡ検出器により検出した。ここで、ＣＭＡ検出器は電子銃の電子と同軸に配置され、ＣＭＡ検出器と試料法線方向がなす角度を保ちながら、試料の法線を軸として面内で回転させてシグナルの強度変化を調べた。得られた結果を図２に示した。Ｇａ、Ａｓについて微分スペクトルを得て、微分ピークの強度極大と強度極小の間のピーク強度差をシグナルの強度とした。オージェ電子のエネルギー領域として、ＧａはＬＭＭ遷移過程（１０５５〜１０８０ｅＶ）、ＡｓはＬＭＭ遷移過程（１２１５〜１２４０ｅＶ）を使用した。図２から、試料を回転させたときのシグナルの強度の変化が小さくなるような位置を探し、図２において角度が７５度となる位置は、試料を回転させたときのシグナルのＧａの強度の変化が、±１５度の角度範囲内において、最も強いシグナル強度を基準として、５％であったので、この角度を選定し、この位置において元素の定量分析を行った。その結果、組成比を反映するＧａとＡｓシグナルとの強度比値（Ｇａ／Ａｓ）は角度７５度±１５度で５％のばらつきという定量性の高い分析結果が得られた。
【００２９】
比較例２
実施例２において、ＣＭＡ検出器の角度を次のように調整して元素分析を行った。図２から、ＣＭＡ検出器を回転させたときのシグナルの強度の変化が大きくなるような位置を探し、図２において角度が１２０度となる位置は、試料を回転させたときのシグナルの強度の変化が、１５度の角度範囲内において、最も強いシグナル強度を基準として、１６％であったので、この角度を選定し、この位置において元素の定量分析を行った。その結果、組成比を反映するＧａとＡｓシグナルとの強度比値（Ｇａ／Ａｓ）は角度１２０度±１５度で１４％ばらつくという定量性の低い分析結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１においてＣＭＡ検出器の角度によるシグナル強度の変化を示す図。
【図２】実施例２においてＣＭＡ検出器の角度によるシグナル強度の変化を示す図。
【図１】
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【図２】
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