(57)【要約】【課題】固体表面の膜厚方向の元素濃度の分布を短時間で簡便かつ正確に求めることができる膜厚方向組成プロファイル解析方法を提供すること。【解決手段】少なくとも、２種類以上の元素を含む固体表面層にＸ線を照射することにより前記固体表面層から放出された光電子の実測強度と、前記固体表面層を多層に仮区分した各層の元素組成比を仮定して計算した光電子の計算強度と、を利用して前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求める固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法において、前記各層のうち、前記計算強度が前記実測強度に最も収束する特定層を判別し、少なくとも前記特定層の元素組成比を、前記計算強度が前記実測強度に収束するように修正する近似計算を、少なくとも繰り返すことにより前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求めること特徴とする固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、２種類以上の元素を含む固体表面層にＸ線を照射することにより前記固体表面層から放出された光電子の実測強度と、前記固体表面層を多層に仮区分した各層の元素組成比を仮定して計算した光電子の計算強度と、を利用して前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求める固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法において、
前記各層のうち、前記計算強度が前記実測強度に最も収束する特定層を判別し、少なくとも前記特定層の元素組成比を、前記計算強度が前記実測強度に収束するように修正する近似計算を、少なくとも繰り返すことにより前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求めること特徴とする固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項２】
前記特定層の元素組成比のみを、前記計算強度が前記実測強度に収束するように修正することを特徴とする請求項１に記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項３】
少なくとも前記特定層の元素組成比を、前記計算強度が前記実測強度に収束するように修正する際の組成比修正量を、前記近似計算の繰り返しに伴い、一定値に保持、または、減小させることを特徴とする請求項１または２に記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項４】
前記近似計算の繰り返しに伴う前記実測強度に対する前記計算強度の収束量の変動が小さくなった場合に、前記組成比修正量を減少させることを特徴とする請求項３に記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項５】
前記組成比修正量が、少なくとも前記近似計算の繰り返しに伴い、予め決定された値を取ることを特徴とする請求項３に記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項６】
前記固体表面層が、少なくとも酸窒化物を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項７】
前記固体表面層が、少なくとも高誘電体を含むこと特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項８】
前記高誘電体が、少なくとも、ＨｆＯ２、あるいは、Ａｌ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項７に記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項９】
少なくとも、前記近似計算がＶｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃを用いて作成されたプログラムにより計算されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線を用いた固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法に関するものであり、特に、半導体集積回路の一部であるトランジスター（Ｔｒ）のゲート絶縁膜の膜厚方向組成プロファイルの評価に好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス（ＬＳＩ）の微細化に伴い、トランジスターセルのゲート絶縁膜に極薄い酸窒化膜（１ｎｍから数ｎｍ）が導入され始めている。この酸窒化膜中の窒素（Ｎ）濃度や分布がゲート絶縁膜の機能を大きく左右するために、近年、このような酸窒化膜の膜質を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）や光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて検討した研究（例えば、非特許文献１参照）がなされている。
【０００３】
しかし、１次イオンを試料に入射して試料をスパッタし、スパッタされた２次イオンを質量分析して検出する方法であるＳＩＭＳを用いて、Ｎが膜中の非常に薄い領域に分布する上記したような酸窒化膜を分析する場合には、１次イオンのミキシング効果（試料に入射した１次イオンが、検出対象とする元素と試料のマトリックス元素と、を試料表面から一定の深さ領域で混ぜ合わせる効果）や、ノックＯＮ効果（１次イオンの衝撃エネルギーによって、検出対象とする元素を、試料の深さ方向へ押しこむ効果）が発生する。
このようなミキシング効果やノックＯＮ効果の発生は、ＳＩＭＳを用いて酸窒化膜の分析を行った場合に、実際の値よりもＮの濃度が低く検出されたり、分析の際に試料中のＮ原子が測定領域周辺に拡散し、その分布が広がってしまうので、膜厚方向に対する正確なＮ濃度およびその分布が測定できない。
【０００４】
一方、ＸＰＳ法は、Ｘ線を試料に照射し、励起された光電子を分光して検出元素の強度を求める分析方法であり、特に、角度分解ＸＰＳ法は、薄い膜中の元素分布を測定するために利用されている（例えば、非特許文献２、非特許文献３参照）。この角度分解ＸＰＳ法を用いた膜厚方向の元素濃度の分布の評価は、試料表面からの深さ（ｘ）で発生した光電子の強度が、試料表面に達した際に、下式（１）に示す関係を満たすように指数関数的に減衰する原理を利用したものである。
【０００５】
【数１】
2004132753.tif 000002
【０００６】
但し、式（１）において、ｘは試料表面（固体表面）からの深さを表し、λは光電子の非弾性散乱平均自由行程を表し、θは検出器とＸ線と試料表面との成す角を表し、Ｉ０は深さｘで発生した光電子の強度を表し、Ｉｘは深さｘで発生した光電子が試料表面に到達した時の強度を表す。式（１）からわかるように、角度θを小さくすれば、試料中で発生した光電子が試料表面に到達するまでのパスが長くなるために、強度の減衰が大きくなり、一方、角度θが大きい場合には、そのパスが短いので、強度の減衰が小さくなる。
【０００７】
角度分解ＸＰＳ法を用いた膜厚方向の元素濃度の分布は、具体的には、膜中の検出対象とする元素の濃度分布を仮定した上で、いろいろな角度θでＸ線を試料に照射した際の各元素の検出強度を計算し、最小二乗法によりこの計算された光電子の強度が実際に測定された光電子の強度に収束するように、元素の濃度分布を繰り返し仮定し直すことにより求められていた。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｒ．Ｉ．Ｈｅｄｇｅ，Ｂ．Ｍａｉｔｉ，　ａｎｄ　Ｐ．Ｊ．Ｔｏｂｉｎ：Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１４４，Ｎｏ．３，Ｍａｒｃｈ　１９７７．ｐｐ．１０８１−１０８６
【非特許文献２】
Ｍ．Ｐｉｊｏｌａｔ　ａｎｄ　Ｇ．Ｈｏｌｌｉｎｇｅｒ：Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ１０５，１９８１，ｐｐ．１１４−１２８
【非特許文献３】
劉ら、第４９回応用物理学関係連合講演会、講演予稿集ｐ．８１５
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、角度分解ＸＰＳ法を利用した従来の方法では、光電子の計算強度を実測強度に効果的・能率的に収束させるための選択性が無いために、固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求める際の計算に時間を要していた。
本発明は、上記問題点を解決することを課題とする。すなわち、本発明は、光電子の計算強度を実測強度に効果的・能率的に収束させるための選択性を与えることにより、固体表面層の膜厚方向の元素濃度の分布を短時間で簡便かつ正確に求めることができる固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、本発明は、少なくとも、２種類以上の元素を含む固体表面層にＸ線を照射することにより前記固体表面層から放出された光電子の実測強度と、前記固体表面層を多層に仮区分した各層の元素組成比を仮定して計算した光電子の計算強度と、を利用して前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求める固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法において、前記各層のうち、前記計算強度が前記実測強度に最も収束する特定層を判別し、少なくとも前記特定層の元素組成比を、前記計算強度が前記実測強度に収束するように修正する近似計算を、少なくとも繰り返すことにより前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求めること特徴とする固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜固体表面層の膜厚方向プロファイル解析方法＞
以下に、本発明の固体表面層の膜厚方向プロファイル解析方法について説明する。
すなわち、本発明は、少なくとも、２種類以上の元素を含む固体表面層にＸ線を照射することにより前記固体表面層から放出された光電子の実測強度と、前記固体表面層を多層に仮区分した各層の元素組成比を仮定して計算した光電子の計算強度と、を利用して前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求める固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法において、前記各層のうち、前記計算強度が前記実測強度に最も収束する特定層を判別し、少なくとも前記特定層の元素組成比を、前記計算強度が前記実測強度に収束するように修正する近似計算を、少なくとも繰り返すことにより前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求めること特徴とする。
【００１２】
本発明は、上記したように、計算強度が実測強度に最も収束する特定層を判別し、少なくとも特定層の元素組成比を、計算強度が実測強度に収束するように修正するという、選択的な近似計算を繰り返し行うために、固体表面層の膜厚方向の元素濃度の分布を短時間で簡便かつ正確に求めることができる。
一方、従来の方法では、仮区分した各層全てについて、最小２乗法を利用して、計算強度が実測強度に収束するように元素組成比を修正していたために、計算に時間を要していた。
【００１３】
なお、計算強度が実測強度に収束するように元素組成比を修正する際には、少なくとも特定層の元素組成比に関して修正すればよいが、この場合の「少なくとも特定層の元素組成比」とは、具体的には特定層およびこの特定層と近接する層の元素組成比を意味する。
但し、「特定層と近接する層」とは、固体表面層をｎ層（但し、ｎは２以上の整数）に仮区分した際に、ｊ番目の層（但し、ｊは整数で、且つ、１≦ｊ≦ｎ）が特定層であるとした場合、ｊ＋１およびｊ−１番目の層や、ｊ＋２、ｊ＋１、ｊ−１、ｊ−２番目の層のように、ｊ番目の層を中心としてその前後の層を意味する。
【００１４】
なお、元素組成比を修正する層の数は、膜厚方向組成プロファイルを求める際の計算をより効率的に行うためには、少なければ少ないほどよいため、この点からは特定層の元素組成比のみを修正することがより好ましい。但し、計算精度の向上もある程度考慮する場合には、特定層と近接する層の元素組成比も修正することが好ましい。
【００１５】
また、上記したように、少なくとも特定層の元素組成比を、計算強度が実測強度に収束するように修正する際の組成比修正量を、近似計算の繰り返しに伴い、一定値に保持、または、減小させることが好ましい。なお、「組成比修正量」とは、具体的には、固体表面層中に含まれる個々の元素の相対濃度の修正量の絶対値の和を意味し、詳細については後述する。
【００１６】
組成比修正量を、近似計算の繰り返しに伴い、一定値に保持、または、減小させることが好ましいのは次のような理由による。
すなわち、近似計算の繰り返しに伴い、繰り返しの初期においては、計算された膜厚方向組成プロファイルと真の膜厚方向組成プロファイルとの乖離（以下、「プロファイルの乖離幅」と略す場合がある）が大きいために、組成比修正量が大きい方が計算された膜厚方向組成プロファイルを真の膜厚方向組成プロファイルに効果的に収束させることができる。
しかしながら、繰り返し回数の増加に伴い両者の乖離が小さくなった場合には、組成比修正量が大きすぎると、両者の乖離を効率的により小さくすることが困難になる場合があるためである。
【００１７】
なお、「組成比修正量を、近似計算の繰り返しに伴い、一定値に保持する」とは、繰り返し回数がｑ＋１回目の近似計算における組成比修正量が、ｑ回目の近似計算における組成比修正量と同一であることを意味する（但し、ｑは１以上の整数を意味する）。
【００１８】
また、近似計算の繰り返し行う際に、ある繰り返し回数での近似計算において組成比修正量を、一定値に保持したままにするか、あるいは、減少させるかは、どちらを選択した場合にプロファイルの乖離幅をより小さくできるかという観点から行う必要がある。
一方、上記したように組成比修正量と、プロファイルの乖離幅と、の間には相関関係があり、プロファイルの乖離幅に対して組成比修正量が相対的に大きい場合には、プロファイルの乖離幅は小さくなるどころか逆に増加する場合があり、プロファイルの乖離幅に対して組成比修正量が相対的に小さい場合には、プロファイルの乖離幅は小さくなる傾向にある。
【００１９】
但し、プロファイルの乖離幅自体は、真の膜厚方向組成プロファイルが不明であるために、求めることができない。しかし、このプロファイルの乖離幅は、固体表面層中に特定の濃度で含まれる元素に起因する光電子の強度で間接的に表現でき、具体的には実測強度と計算強度との差（以下、「光電子強度差」と略す場合がある）として表すことができる。
【００２０】
従って、組成比修正量を一定値に保持した場合の光電子強度差と、元素組成比の修正量を減少させた場合の光電子強度差と、の差（以下、「実測強度に対する計算強度の収束量」と略す）が相対的に大きい場合には、組成比修正量を一定値に保持した方が、プロファイルの乖離幅をより小さくできる。
逆に、実測強度に対する計算強度の収束量が小さい場合には、組成比修正量を一定値に保持しても、プロファイルの乖離幅を小さくできないどころか、逆に大きくしてしまう場合もあるため、組成比修正値を小さくすることが好ましい。
【００２１】
また、上記したことから、プロファイルの乖離幅が十分に大きい状態で、組成比修正量を一定値に保ったまま近似計算を繰り返した場合には、最終的にはプロファイルの乖離幅が一定の値で飽和してしまう傾向にある。このような傾向は、実測強度に対する計算強度の収束量が、近似計算の繰り返し回数の増加に伴い
、その減少が小さくなると共に、一定値に収束する傾向にあることを意味する。
このことから、近似計算の繰り返しに伴う実測強度に対する計算強度の収束量の変動が小さくなった場合（実質的に一定値を示す場合）には、組成比修正量を減少させることが好ましい。
【００２２】
なお、組成比修正量を一定値に保持させるか、または、減少させるかの判断材料となる実測強度に対する計算強度の収束量の値は、測定の対象となる固体表面層と類似する元素組成からなる固体表面層の経験的な測定データーを元に容易に決定することが可能である。
また、このよう経験的な測定データ−の蓄積が十分にある場合には、このデータ−を利用して、組成比修正量を、少なくとも近似計算の繰り返しに伴い、予め決められた値を取るように設定しておくことが好ましい。このような場合、近似計算を繰り返す度に得られる収束量の値を元に、近似計算を繰り返す度に元素組成比を修正べきか否かを判断することが不要となり、より迅速に膜厚組成プロファイルを求めるための計算を行うことができる。
【００２３】
＜本発明の具体例（概要）＞
次に、本発明を具体例を挙げて説明するが、本発明は以下の具体例のみに限定されるものではない。まず、本発明の具体例について、全体的な構成や個々の構成の定性な働きについて説明する。
本発明による固体表面層の膜厚方向組成プロファイルの解析は、具体的には図１に示すような、少なくとも、特定層判別ステップと、元素組成比修正ステップと、を含む５つのステップを組み合わせた解析方法を利用して実施される。
図１は、本発明による固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法の一例について示したフローチャートであり、大きく分けて、初期値決定ステップ、予備計算ステップ、特定層判別ステップ、元素組成比修正ステップ、および、計算精度判定ステップの５つのステップから構成される。また、予備計算ステップ、特定層判別ステップ、元素組成比修正ステップ、および、計算精度判定ステップからなる４つのステップ（ループアルゴリズム）は、既述した近似計算を行う部分であり、このループアルゴリズムを繰り返すことにより固体表面層の膜厚方向の組成プロファイルを得ることができる。
【００２４】
なお、図１に示すような、５つのステップを含む解析方法は、公知のプログラム言語（例えば計算時の各パラメータ変化の確認が容易なＶｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ等）により作成された固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析プログラムとして利用されることが実用上好適である。
【００２５】
但し、本発明による固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法（以下、「本発明の解析方法」と略す場合がある）は、図１に示す構成に限定されるものではなく、少なくとも、特定層判別ステップと、元素組成比修正ステップと、を含んでなるものであれば特に限定されない。また、必要に応じてこれらのステップの間や、前後に他のステップを設けてもよく、またこれらのステップのみに従属するような他のステップ（コンピューターのプログラムにおけるサブルーチンに相当）を設けてもよい。
【００２６】
固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを解析する際には、初期値決定ステップが実施された後に、ループアルゴリズムが１回以上繰り返される。
ループアルゴリズムは、予備計算ステップ、特定層判別ステップ、元素組成比修正ステップ、計算精度判定ステップの順に実施される。この際、計算精度判定ステップにおいて所望の計算精度が得られていない場合には、再び予備計算ステップに戻って、再びループアルゴリズムの先頭のステップから順に実施し、所望の計算精度が得られた場合には、解析が終了し、多層に仮区分された固体表面層の各層における近似元素組成比、すなわち固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを得る。
【００２７】
なお、個々のステップの定性的な機能は以下のとおりである（具体的且つ詳細な説明については後述する）。
初期値決定ステップは、ループアルゴリズムで解析処理を行う際に必要な種々の初期値（数値以外の初期情報、例えば、元素名等も含む）を与えるステップである。予備計算ステップは、少なくとも特定層判別ステップと、元素組成比修正ステップと、において必要となる種々のパラメータを予め計算しておくステップである。特定層判別ステップは、計算強度が実測強度に最も収束する層（特定層）を判別するステップである。元素組成比修正ステップは、計算強度が実測強度に収束するように、多層に仮区分された固体表面層のうち、少なくとも特定層の元素組成比を、修正するステップである。
【００２８】
計算精度判定ステップは、元素組成比修正ステップで修正された元素組成比の結果を元に得られる固体表面層の膜厚方向組成プロファイル（以下、「近似プロファイル」と略す）が、実際の膜厚方向組成プロファイル（以下、「真実プロファイル」と略す）と比べて、両者の差異が一定値以内に収まっているかどうか（所望の計算精度が得られたかどうか）を、計算強度と実測強度とを比較することにより判定するステップである。
【００２９】
なお、計算精度判定ステップにおいて、所望の計算精度が得られている場合には、ループアルゴリズムを抜けてプログラムを終了し、近似プロファイルを得る。また、所望の計算精度が得られていない場合には、再び、ループアルゴリズムの先頭の予備計算ステップに戻り、ループアルゴリズムを繰り返す。
【００３０】
以上の本発明の説明においては具体的な数式等を用いず説明したが、少なくとも実測強度の値と計算強度の値とを含むパラメーターや計算式等を利用して、本発明が実施可能であれば、これらのパラメーターや計算式等については特に限定されない。
例えば、上記に説明した近似計算（ループアルゴリズム）は、少なくとも計算強度が実測強度に収束するように行われるものであるが、この場合、収束しているかどうかの判断は、計算強度および実測強度のみを比較することに限定されるものではなく、計算強度比と、実測強度比とを比較してもよく、両者の差を取り、この値が０に近づくか否か等を判断すること等により行うこともできる。
【００３１】
−本発明と従来技術との比較−
次に、本発明の具体例を、従来技術と比較しながら説明する。図４は、従来技術における固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法を示すフローチャートについて示したものであり、大きく分けて、初期値決定ステップ、予備計算ステップ、元素組成比修正ステップ、および、計算精度判定ステップの４つのステップから構成される。また、予備計算ステップ、元素組成比修正ステップ、および、計算精度判定ステップからなる３つのステップ（ループアルゴリズム）は、近似プロファイルを求めるための近似計算を行う部分で、１回以上繰り返される。
【００３２】
なお、図４に示す従来技術における固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法（以下、「従来の解析方法」と略す）において、初期値決定ステップ、予備計算ステップ、および、計算精度判定ステップの定性的な働きは、基本的に本発明の解析方法と同じであり、予備計算ステップは、少なくとも元素組成比修正ステップにおいて必要となる種々のパラメータを予め計算しておくステップである。
【００３３】
図１および図４からわかるように、従来の解析方法は、ループアルゴリズムが特定層判別ステップを含んでおらず、それゆえ、元素組成比修正ステップは、計算強度が実測強度に収束するように、多層に仮区分された固体表面層の全ての層について、基本的に元素組成比の修正を行う必要があった。
【００３４】
すなわち、元素組成比修正ステップにおいて、従来の解析方法では、本発明の解析方法のように、計算強度を実測強度に効果的・能率的に収束させるために選択された特定の１層ないし複数の層の元素組成比を修正するものではないために、固体表面層の膜厚方向の元素濃度の分布を求めるのに時間を要していた。
【００３５】
勿論、従来の解析方法においても、全ての層について元素組成比を修正しないことも可能である。しかし、従来の解析方法には、特定層判別ステップが含まれていない。このため、いずれの層も、元素組成比の修正が必要か否かという選択基準が無いために、実質的に等価なものとしてしか扱うことができない。すなわち、各層に対する元素組成比の修正の有無は、何らかの判別基準に基く選択的なものではなく、試行錯誤的なものとなる。このような観点からは、全ての層について元素組成比を修正しない場合と、全ての層の元素組成比を修正した場合とは実質的に同等といえる。
【００３６】
一方、本発明の解析方法は、上記したような従来の解析方法の元素組成比修正ステップにおける元素組成比を修正する層に関し、選択性を有さないという欠点を解決するために、特定層判別ステップにおいて、特定層を判別し、元素組成比を修正するのに最も好適な層についての選択を行っている。従って、本発明の解析方法を用いて固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを解析すれば、固体表面層の膜厚方向の元素濃度の分布を短時間で簡便かつ正確に求めることができる。
【００３７】
＜本発明の具体例（詳細）＞
以上、本発明の具体例について全体的な構成や個々の構成の定性的な働きについて説明したが、次に、数式等を引用し、固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求める際の具体的な計算過程が把握できるように詳細に説明する。
【００３８】
−計算強度および多層膜モデル−
既述したように、本発明は、少なくとも、２種類以上の元素を含む固体表面層にＸ線を照射することにより前記固体表面層から放出された光電子の実測強度と、前記固体表面層を多層に仮区分した各層の元素組成比を仮定して計算した光電子の計算強度と、を利用して前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求めるものである。
【００３９】
この際、少なくとも、実測強度、および、この実測強度に対応する計算強度が必要である。実測強度は、固体表面にＸ線を照射した際に放出される光電子の量として測定することができる方法、特に角度分解ＸＰＳ法が好適に用いられる。従って、以下の説明においては、角度分解ＸＰＳ法を用いた場合を前提として説明する。
【００４０】
一方、角度分解ＸＰＳ法を用いた固体表面の測定により得られた実測強度に対応する計算強度は、固体表面にＸ線を照射した際に、固体表面から実質的に検出可能な光電子が放出される固体表面からの特定の深さまでの領域（以下、「固体表面層」と称す）を多層に仮区分し、この仮区分された各層から放出される光電子の強度の和を、既述したような式（１）に示す光電子の減衰原理を利用した計算式を利用して求めた。
【００４１】
実測強度に対応する計算強度は、固体表面層を仮区分した各層から放出される光電子の強度の和で表され、この計算強度を求める式は、具体的には、式（１）を図２に示すような多層膜モデルに適用することにより求めた。
図２は、本発明に用いられる多層膜モデルの一例を示す概念図であり、固体表面１から一定の厚みを有する固体表面層２が、厚みがＸ０でｎ個の層に仮区分されている場合について示している。また、この多層膜モデルにおける固体表面層２の厚みは、ＸＰＳ測定の際に光電子が固体表面１まで消滅せずに到達できる約１０ｎｍ程度以下の厚さを前提としている。このような近似は、式（１）からわかるように、実際の測定に際し、光電子強度の９５％が、固体表面１から３λｓｉｎθの深さ以内から発生し放出された光電子に起因するものであるため、３λｓｉｎθより深いところからの情報は実質的に検出されないものとして扱うことができるという理由による。
【００４２】
固体表面層２は、固体の内部のバルク部分と実質的にほぼ同様であってもよく、固体の表面から一定の深さの領域がバルク部分と異なる変質層であってもよく、また、基板表面に設けられた薄膜である等、固体表面１へのＸ線の照射により光電子の放出が可能な構成からなるものであれば特に限定されない。
なお、固体表面層２を半導体のゲート酸窒化膜に見立てた場合には、例えば、固体表面１側から固体内部の方向へ順に、符号３ａで示される層をＣ層、符号３ｂで示される層をＳｉＯＮ層、符号４で示される部分をシリコン基板と見立てることができる。
【００４３】
図２において、固体表面層２が、例えば、元素ａおよび元素ｂを含む場合には、元素ａの各層における濃度を、固体表面１側から順にＮａ（１）、Ｎａ（２）、……Ｎａ（ｊ）、……Ｎａ（ｎ）と仮定し、元素ｂの各層における濃度を固体表面１側から順にＮｂ（１）、Ｎｂ（２）、……Ｎｂ（ｊ）、……Ｎｂ（ｎ）と仮定し、元素ａやｂ以外の他の元素が固体表面層２に含まれる場合についても同様に仮定する。この際、固体表面層２表面に対して角度θｐで入射したＸ線（不図示）により固体表面１に対して角度θｐを成すように放出された１層目からｎ層目までの光電子の強度の和は、元素ａ、元素ｂそれぞれについてＩＣ（ａ，θｐ）、ＩＣ（ｂ，θｐ）と表されるものとし、元素ａやｂ以外の他の元素が固体表面層２に含まれる場合についても同様とする。
【００４４】
従って、図２に示したような多層膜モデルを前提とすれば、光電子放出角度θｐにおける元素ａの１層目〜ｎ層目までの光電子の強度の和ＩＣ（ａ，θｐ）は、下式（２）のように表現できる（式（２）の導出過程については、本発明の本質に係わるものではないため省略する）。
なお、式（２）は元素ａについて示したものであるが、固体表面層２に含まれる他の元素（例えば、元素ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ…等）が含まれる場合にはこれらの元素についても同様に適用できる。
【００４５】
【数２】
2004132753.tif 000003
【００４６】
但し、式（２）において、Ｎａ（ｊ）はｊ番目の層に含まれる元素ａの相対濃度、δａは元素ａの光電子発生断面積、ｋ（θｐ）は装置関数、λ（ｊ）はｊ番目の層がバルクのように十分な空間的広がりを有すると仮定した場合における元素ａの非弾性散乱平均自由行程、λ（ｋ）はｋ番目の層がバルクのように十分な空間的広がりを有すると仮定した場合における元素ａの非弾性散乱平均自由行程、Ｘ０は個々の層の厚み、θｐはｍ個の水準の内のｐ番目のＸ線入射角度（固体表面１と光電子の検出方向との成す角度）あるいは光電子放出角度（固体表面１と放出される光電子との成す角度）、ｉ，ｊ，ｋ，ｍ，ｎ，ｐは１以上の整数を表す。なお、元素ａの光電子発生断面積δａは、公知の文献に記載された値（例えば、田中浩三他共著、「Ｘ線光電子分光法」１９９８年、丸善、ｐ２２２〜２２５）を利用することができる。
【００４７】
なお、図２に示す多層モデルを本発明に適用する場合、計算精度の向上と計算時間の短縮化とバランスを取る上で、層の数ｎは、２〜１００の範囲内となるように設定することが好ましく、個々の層の厚みＸ０は０．１〜１ｎｍの範囲内となるように設定することが好ましく、より好ましくは原子１層分の厚み（約２．７Å）とすることができる。
【００４８】
また、λ（ｋ）の値は、公知のデータ（例えば、田中浩三ら、「Ｘ線光電子分光法」、丸善）を用いることができる。例えば、図２に例示したように、ｎ層に仮区分された固体表面層２が、Ｃ層３ａ、ＳｉＯＮ層３ｂ、および、Ｓｉ基板４を含む場合には、λ（ｋ）の値は、表１に示すように測定される光電子の種類がＣ１ｓ、Ｏ１ｓ、Ｓｉ２ｐ、Ｎ１ｓである場合に、これらの光電子が、Ｃ層３ａを通過する場合はＣ中での値、ＳｉＯＮ層３ｂを通過する場合はＳｉＯ２中での値（ＳｉＯＮの近似値としてＳｉＯ２中での値を代用）、Ｓｉ基板４を通過する場合にはＳｉ中での値を用いることができる。
【００４９】
【表１】
2004132753.tif 000004
【００５０】
また、以下の説明において、固体表面層２中に含まれる特定の元素を指す場合には、アルファベットの小文字（例えば、ａ，ｂ，ｃ，ｄ等）、あるいは、具体的な元素記号（例えば、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ等）で表現する。従って、例えば、式（２）の左辺は、固体表面層２中に含まれる特定の元素について表す場合には、ＩＣ（ａ、θｐ）やＩＣ（Ｎ、θｐ）として表現される。さらに、式（２）で表される計算強度ＩＣ（ａ、θｐ）に対応する、実測強度を、ＩＲ（ａ、θｐ）と表現することとする。
【００５１】
以上に説明したように、本発明においては、特定の元素に起因する特定の光電子放出角度での計算強度として、式（１）を図２に示す多層膜モデルに適用して導出された式（２）を利用するが、これに限定されるものではなく、固体表面層２の膜厚方向組成プロファイルを求める際に所望する計算精度が得られるのであれば、上記に説明した以外の多層膜モデルを適用して導出された式を用いてもよい。
【００５２】
−全体の構成−
次に、上記したような式（２）で表される計算強度を利用した、本発明の解析方法の具体例について、図３に示す。
図３は、本発明の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法のフローチャートの他の一例について示したものであり、具体的には、図１に示す例において、式（２）で表される計算強度を利用した場合のフローチャートの一例について示したものである。
【００５３】
図３に示すフローチャートの基本的構成と、各ステップの基本的な働きは、既述した図１に示すフローチャートと同様であるが、図３に示すフローチャートにおいては、予備計算ステップが３つのサブステップ、即ち、サブステップ１、サブステップ２、サブステップ３からなり、予備計算ステップはサブステップ１、サブステップ２、サブステップ３の順に実施される。なお、これらのサブステップの詳細については後述する。
【００５４】
また、これに加えて、ループアルゴリズムの繰り返し回数をカウントするために、初期値計算ステップと予備計算ステップと、の間にループ回数初期値設定ステップが設けられ、計算精度判定ステップにおいて、所望の計算精度が得られずに予備計算ステップ（サブステップ１）に戻る途中にループアルゴリズムの繰り返し回数をカウントするループ回数カウントステップが設けられている。以下に、図３のフローチャートに示した個々のステップについて詳細に説明する。
【００５５】
−初期値決定ステップ−
初期値決定ステップは、ループアルゴリズムで解析処理を行う際に必要な種々の初期値（数値以外の初期情報、例えば、元素名等も含む）を与えるステップである。これらの初期値としては、具体的には、▲１▼予備計算ステップにおいて、式（２）を用いて計算強度ＩＣ（ａ、θｐ）を算出する際の各層の構成元素とその元素組成比（１回目の値）、▲２▼固体表面層を角度分解ＸＰＳ法により実際に測定し求めた、各角度・各元素における実測強度ＩＲ（ａ、θｐ）、および、▲３▼その他の初期値（例えば、本発明の解析方法を実行する上で必要となる、上記▲１▼、▲２▼以外の各種パラメーター、定数等）、が挙げられる。
【００５６】
なお、本発明の解析方法を実施するための前提条件としては、固体表面層は、その構成元素が既知であることが必要である。また、固体表面層の構成元素以外に、固体表面層の元素組成比や層構成、層の膜厚等がある程度把握できている場合は、これらの情報もその他の初期値として利用することが、計算処理の精度を向上させたり、計算時間を短縮する上で好ましい。これらの初期値は、ＸＰＳやその他の分析方法により固体表面層を分析することによって容易に得ることができる。
【００５７】
元素ａの角度θｐにおける実測強度であるＩＲ（ａ、θｐ）は、固体表面層を角度分解ＸＰＳ法により測定し求められるものであるが、図１に示すようなプログラムの実施に関係する分析条件（例えば、θｐの測定範囲、水準数ｍ、２つの隣接する水準の角度間隔Δθｐ）としては実測強度ＩＲ（ａ，θｐ）の測定に使用するＸＰＳ装置で対応できる範囲内であれば特に限定されない。
しかしながら、計算精度の向上や計算時間の短縮、また、ＸＰＳ装置による測定時間短縮等の実用上の観点からは、θｐの測定範囲は５°〜９０°の範囲内であることが好ましく、θｐの水準数ｍは、ｎ＋１以上（ｎは、固体表面層を仮区分した際の層の数）であることが好ましく、角度間隔Δθｐは、１°〜１５°であることが好ましい。
【００５８】
−予備計算ステップ（サブステップ１）−
サブステップ１は、サブステップ２において特定元素を選定する際に用いる相対誤差Ｙ（ａ、ｂ）、および、サブステップ３において利用される標準偏差σ１を求める際の母集団（相対誤差Ｙ（ａ、ｂ））を求めるステップである。
【００５９】
なお、相対誤差Ｙ（ａ、ｂ）とは、相互に異なる２つの元素（元素ａおよび元素ｂ）の計算強度比と実測強度比との差を実測強度比で割った値を意味し、具体的には下式（３）で表される値を意味する。
【００６０】
【数３】
2004132753.tif 000005
【００６１】
但し、式（３）において、θｐはｍ水準中ｐ番目の光電子放出角度、ＩＲ（ａ，θｐ）は元素ａの光電子放出角度θｐにおける実測強度、ＩＲ（ｂ，θｐ）は元素ｂの光電子放出角度θｐにおける実測強度、ＩＣ（ａ，θｐ）は元素ａの光電子放出角度θｐにおける計算強度、ＩＣ（ｂ，θｐ）は元素ｂの光電子放出角度θｐにおける計算強度、ａおよびｂは前記固体表面層中に含まれる相互に異なる元素、ｐおよびｍは１以上の整数を表す。
【００６２】
なお、既述したように、本発明は、計算強度が実測強度に最も収束する特定層を判別し、少なくとも特定層の元素組成比を、計算強度が実測強度に収束するように修正する近似計算を少なくとも繰り返すことにより固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求めるものである。この際、計算強度が実測強度にどの程度収束しているかどうかを、両者の比較により確認する必要がある。
【００６３】
しかし、各層の元素組成比を一定とした場合においても、計算強度と、実測強度と、を単純に比較しただけでは、計算強度および実測強度の組み合わせが、固体表面層中に含まれる個々の元素に対してｍ個（角度θｐの水準数）存在するために、これら全てについて比較し収束の程度を把握すること困難となる場合がある。加えて、測定された実測強度の値には、測定に起因するバラツキ成分が大なり小なり含まれているために、計算強度と実測強度とを単純に比較して収束の程度を把握することは、結果として計算精度の低下を招く場合がある。
【００６４】
この場合、前者の問題を解決するためには、角度θｐの全水準数の平均値とすることが好ましく、後者の問題を解決するためには、２つの元素に起因する光電子強度の比（すなわち、実測強度比、計算強度比とする）を取ることや、計算強度（あるいは計算強度比）と実測強度（あるいは実測強度比）との差を実測強度（あるいは実測強度比）で割った相対誤差とすることが好ましい。上記に示す式（３）はこれらを考慮し、計算強度と、実測強度と、が比較できるようにしたものである。
【００６５】
なお、式（３）において、元素ａと元素ｂとの組み合わせは、固体表面層中に含まれる元素の中から選択された２つの元素の全て組み合わせについて取り上げてもよいが、少なくとも、全ての構成元素が最低限漏れなく反映された組み合わせについて取り上げられていればよい。
【００６６】
具体的に説明すれば、図２に例示したようにｎ層に仮区分された固体表面層中にＣ，Ｓｉ、Ｏ，Ｎが含まれる場合には、例えば、元素ａおよび元素ｂの組み合わせ（ａ、ｂ）としては、（Ｃ、Ｓｉ）、（Ｃ、Ｏ）、（Ｃ、Ｎ）、（Ｓｉ、Ｏ）、（Ｎ、Ｓｉ）、（Ｎ、Ｏ）が挙げられる。但し、括弧内の左側の元素が、式（３）において示される個々の強度比の分子側を意味し、括弧内の右側の元素が、分母側を意味する。
従って、この場合の相対誤差Ｙ（ａ、ｂ）の値としては、２つの元素の組合せの数に相当するＹ（Ｃ、Ｓｉ）、Ｙ（Ｃ、Ｏ）、Ｙ（Ｃ、Ｎ）、Ｙ（Ｓｉ、Ｏ）、Ｙ（Ｎ、Ｓｉ）、Ｙ（Ｎ、Ｏ）の６つ値が存在することになる（なお、以下の説明においては、固体表面層中にＣ，Ｓｉ、Ｏ，Ｎの４つの元素が含まれる例を前提として説明する）。
【００６７】
以上に説明したように、サブステップ１では、これら６つのＹ値の内、最大値（あるいは最小値）となるＹ値を判別すると共に、サブステップ３において利用される標準偏差σ１を求める際の母集団（上記の６つのＹ値）を求めることができる。
【００６８】
−予備計算ステップ（サブステップ２）−
サブステップ２は、サブステップ１で求められた６つのＹ値の内、最大値（あるいは最小値）となるＹ値における２つの元素のいずれか、あるいは、両方を特定元素として選定する。次に、後述するサブステップ３において、個々の層の元素組成比を仮変更する場合の組成比修正量、および、元素組成比修正ステップにおいて、少なくとも特定層の元素組成比を修正する場合の組成比修正量を決定する。
【００６９】
なお、本発明において、「元素組成比を仮変更する」とは、元素組成比を変えた結果が、元素組成比修正ステップで計算される近似プロファイルの結果として反映されないことを意味し、「元素組成比を修正する」とは、元素組成比を変えた結果が、元素組成比修正ステップで計算される近似プロファイルの結果として反映されることを意味する。
【００７０】
元素組成比の修正は、最終的には、ループアルゴリズムを繰り返すことにより得られた近似プロファイルを、真実プロファイルにより収束させるために行われるものである。しかしながら、近似プロファイルと、真実プロファイルとを比較したときに、固体表面層中に含まれる４つの元素（Ｃ，Ｓｉ、Ｏ，Ｎ）のうち、全ての元素が等しくずれていることは稀であり、いずれかの元素が相対的に大きくずれており、残りの元素は相対的に余りずれていないことが多い。
【００７１】
このような場合、全ての元素の相対濃度を同じ値で修正する（例えば、Ｃ：−３％、Ｏ：−３％、Ｓｉ：＋３％、Ｎ：＋３％ような場合）と、ある元素に関しては真実プロファイルにより収束するものの、他の元素に関しては真実プロファイルに収束できないばかりか、逆に真実プロファイルとの乖離が大きくなってしまい、全ての元素について考慮した場合、結果として近似プロファイルが真実プロファイルに収束しない場合もありえる。
【００７２】
従って、相対的なずれ幅の大きい元素の相対濃度を大きく修正し、相対的なずれ幅の小さい元素の相対濃度の小さく修正すれば、より効率的に近似プロファイルを、真実プロファイルに収束させることができる。
この場合、相対的なずれ幅の大きい元素（特定元素）を判別し、この元素の相対濃度の修正量の絶対値を他の元素よりも大きくすればよい。この場合、特定元素は、６つのＹ値の内、最大値となるＹ値における２つの元素のいずれか、あるいは、両方を特定元素として選定することができる。
【００７３】
これは、既述した説明や式（３）からもわかるようにＹ値は、２つの元素についての近似プロファイルと真実プロファイルとの乖離幅を、間接的に計算強度と実測強度とを用いて表しているためである。
従って、例えば、Ｙ（Ｃ、Ｓｉ）が６つのＹ値のうちで最大値となった場合には、Ｃおよび／またはＳｉを特定元素として選定することができる。例えば、１回前の元素組成比修正ステップにおいて、個々の元素の相対濃度の修正量の絶対値の和を意味する組成比修正量が１２％であった場合、特定元素としてＣおよびＳｉを選定した場合の４つの元素の相対濃度の修正量は、例えば、Ｃ：−５％、Ｏ：−１％、Ｓｉ：＋５％、Ｎ：＋１％とし、特定元素であるＣおよびＳｉの修正量の絶対値を、他の２元素の修正量の絶対値と比べて相対的に大きくすることができる。
【００７４】
なお、特定元素は、最大値となるＹ値における２つの元素のいずれか、あるいは、両方を選定することができるが、近似計算をより効率的に行うためには、固体表面層中に含まれる元素が少ない場合には、１つの特定元素を選定し、固体表面層中に含まれる元素が多い場合には２つの特定元素を選定することが好ましい。
【００７５】
また、最大値となるＹ値に基いて特定元素を選定するのと同様に、最小値となるＹ値に基いて特定元素を選定することもできる。但し、この場合、両方の値のうち、絶対値の大きい値に基いて特定元素を選択することが好ましい。
また、特定元素における相対濃度の修正量の増減は、特定元素を選定する際の基準となるＹ値が、元素ａおよびｂに基く場合（すなわち、Ｙ（ａ，ｂ）の場合）において、Ｙ（ａ、ｂ）＞０である時には、元素ａの修正量を増加（元素ｂの修正量を減少）させ、Ｙ（ａ、ｂ）＜０である時には、元素ａの修正量を減少（元素ｂの修正量を増加）させるように決定することが好ましい。
【００７６】
一方、既述したように１回前の元素組成比修正ステップにおいて適用した組成比修正量が大き過ぎる場合には、近似プロファイルと真実プロファイルとの乖離を効果的に小さくすることが困難であるばかりか逆に大きくなってしまう場合がある。この場合は組成比修正量を小さくすることが好ましく、上記の例において、組成比修正量を１２％から６％へと修正した場合の４つの元素の相対濃度の修正量は、例えば、Ｃ：−２．５％、Ｏ：−０．５％、Ｓｉ：＋２．５％、Ｎ：＋０．５％とすることができる。
【００７７】
組成比修正量を、一定値に保持するか、あるいは、減少させるか（上記の例では１２％に保つか、あるいは、１２％から６％に修正するか）は、試行錯誤的に行うことも可能であるが、１回以上前の近似計算において求めた実測強度に対する計算強度の収束量（具体的には後述する標準偏差σ１と標準偏差σ２（ｊ）との差Δσ（ｊ））の値の変化を元に判断することが好ましい。
具体的には、近似計算の繰り返しに伴う実測強度に対する計算強度の収束量に余り変化が見られず、近似計算を繰り返しても実質的に一定値を示す場合には、近似プロファイルと真実プロファイルとの乖離が小さくなっていないことを意味するため、組成比修正量を減少させることが好ましい。
【００７８】
また、既述したように経験的な測定データーを元に、近似計算の繰り返しに伴い組成比修正量を予め決めておくこともできる。例えば、近似計算の繰り返し回数に応じて、一定回数の近似計算を繰り返す度に組成比修正量を１／２にすることができる。
【００７９】
以上に説明したように、サブステップ２においては、特定元素を選定した上で、組成比修正量を、固体表面層中に含まれる個々の元素の近似プロファイルと真実プロファイルとの乖離幅に応じて、近似プロファイルが真実プロファイルに最も効果的に収束できるように設定することができる。
【００８０】
−予備計算ステップ（サブステップ３）−
サブステップ３は、サブステップ１で求められた６つのＹ値の標準偏差σ１と、サブステップ２で決定された組成比修正量で、多層に仮区分されたｎ層のうち、ｊ番目の層の元素組成比のみを仮変更した場合に得られる６つのＹ値の標準偏差σ２（ｊ）と、の差Δσ（ｊ）〔＝σ１−σ２（ｊ）〕を計算するステップである。
【００８１】
なお、Δσ（ｊ）の値の大きさは、ｊ番目の層の元素組成比を修正した場合の近似プロファイルと真実プロファイルとの乖離幅の変化量を間接的に表すものである。具体的には、Δσ（ｊ）の値がσ１−σ２（ｊ）で表されることと、標準偏差σ１およびσ２（ｊ）が式（３）を用いて表されることとから、Δσ（ｊ）は既述した実測強度に対する計算強度の収束量に相当する。
【００８２】
−特定層判別ステップ−
特定層判別ステップは、計算強度を、実測強度に最も収束させる層（特定層）を判別するステップであり、図３に示す本発明の解析方法においては、サブステップ３で求めた各層における実測強度に対する計算強度の収束量Δσ（ｊ）のうち、収束量Δσ（ｊ）が最大値を示す層を特定層として判別する。
【００８３】
−元素組成比修正ステップ−
元素組成比修正ステップは、計算強度が実測強度に収束するように、ｎ層に仮区分された固体表面層のうち、少なくとも特定層の元素組成比を修正するステップであり、図３に示す本発明の解析方法においては、少なくとも、収束量Δσ（ｊ）が最大値となる層（すなわち特定層）の元素組成比を修正することにより行われる。
また、元素組成比の修正は、サブステップ２において求めた結果（組成比修正量および個々の元素の相対濃度の修正量）に基き行う。
【００８４】
−計算精度判定ステップ−
図３に示す例において、計算精度判定ステップは、近似プロファイルと真実プロファイルとの乖離幅を間接的に表すパラメーターを利用して所望の計算精度が得られているかどうかを判断する。この近似プロファイルと真実プロファイルとの乖離幅を間接的に表すパラメーターとしては特に限定されないが、例えば、サブステップ１で求めた相対誤差Ｙ値の最大値を利用することができる。
この場合、所望の計算精度が得られたかどうかを判断する基準値が相対誤差Ｙ値の最大値である場合、所望する計算精度や、計算時間との兼ね合いで自由に設定できるが、この基準値は、実用上は１％〜２％程度の範囲内とすることが好ましい。
所望の計算精度が得られている場合には、ループアルゴリズムを抜けてプログラムを終了し、近似プロファイルを得る。また、所望の計算精度が得られていない場合には、再び、ループアルゴリズムの先頭の予備計算ステップに戻り、ループアルゴリズムを繰り返す。
【００８５】
−本発明の好ましい利用方法−
次に、以上に説明したような本発明の好適な利用方法について説明する。本発明の解析方法は、Ｘ線を照射した際に光電子の放出が可能な固体表面であればその利用用途は特に限定されないが、半導体デバイスのゲート絶縁膜のような酸窒化物や、高誘電体（例えば、ＨｆＯ２、あるいは、Ａｌ２Ｏ３）からなる薄い膜の膜厚方向組成プロファイルの解析に極めて好適である。
また、本発明の解析方法は、計算処理を容易とするために公知のプログラム言語により作成されたプログラムとして利用することが好適であり、特に、計算過程の確認が容易なＶｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃにより作成されたプログラムとして利用することが特に好ましい。
【００８６】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、光電子の計算強度を実測強度に効果的・能率的に収束させるための選択性を与えることにより、固体表面層の膜厚方向の元素濃度の分布を短時間で簡便かつ正確に求めることができる固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法の一例について示したフローチャートである。
【図２】本発明に用いられる多層膜モデルの一例を示す概念図である。
【図３】本発明による固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法の他の一例について示したフローチャートである。
【図４】従来技術における固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　固体表面
２　　固体表面層
３ａ　Ｃ層
３ｂ　ＳｉＯＮ層
４　　シリコン基板
【図１】
2004132753.tif 000006
【図２】
2004132753.tif 000007
【図３】
2004132753.tif 000008
【図４】
2004132753.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月9日(2003.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、２種類以上の元素を含む固体表面層にＸ線を照射することにより前記固体表面層から放出された光電子の実測強度と、前記固体表面層を多層に仮区分した各層の元素組成比を仮定して計算した光電子の計算強度と、を利用して前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求める固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法において、
前記各層のうち、前記計算強度が前記実測強度に最も収束する特定層を判別し、少なくとも前記特定層の元素組成比を、前記計算強度が前記実測強度に収束するように修正する近似計算を、繰り返すことにより前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求めること特徴とする固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項２】
前記特定層の元素組成比のみを、前記計算強度が前記実測強度に収束するように修正することを特徴とする請求項１に記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項３】
少なくとも前記特定層の元素組成比を、前記計算強度が前記実測強度に収束するように修正する際の組成比修正量を、前記近似計算の繰り返しに伴い、一定値に保持、または、減小させることを特徴とする請求項１または２に記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項４】
前記近似計算の繰り返しに伴う前記実測強度に対する前記計算強度の収束量の変動が小さくなった場合に、前記組成比修正量を減少させることを特徴とする請求項３に記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項５】
前記組成比修正量が、少なくとも前記近似計算の繰り返しに伴い、予め決定された値を取ることを特徴とする請求項３に記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項６】
前記固体表面層が、少なくとも酸窒化物を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項７】
前記固体表面層が、少なくとも高誘電体を含むこと特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【請求項８】
前記高誘電体が、少なくとも、ＨｆＯ２、あるいは、Ａｌ２Ｏ３を含むことを特徴とする請求項７に記載の固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、本発明は、少なくとも、２種類以上の元素を含む固体表面層にＸ線を照射することにより前記固体表面層から放出された光電子の実測強度と、前記固体表面層を多層に仮区分した各層の元素組成比を仮定して計算した光電子の計算強度と、を利用して前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求める固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法において、前記各層のうち、前記計算強度が前記実測強度に最も収束する特定層を判別し、少なくとも前記特定層の元素組成比を、前記計算強度が前記実測強度に収束するように修正する近似計算を、繰り返すことにより前記固体表面層の膜厚方向組成プロファイルを求めること特徴とする固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析方法である。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
なお、図１に示すような、５つのステップを含む解析方法は、公知のプログラム言語（例えば計算時の各パラメータ変化の確認が容易なＶｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ（商標）等）により作成された固体表面層の膜厚方向組成プロファイル解析プログラムとして利用されることが実用上好適である。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
−本発明の好ましい利用方法−
次に、以上に説明したような本発明の好適な利用方法について説明する。本発明の解析方法は、Ｘ線を照射した際に光電子の放出が可能な固体表面であればその利用用途は特に限定されないが、半導体デバイスのゲート絶縁膜のような酸窒化物や、高誘電体（例えば、ＨｆＯ２、あるいは、Ａｌ２Ｏ３）からなる薄い膜の膜厚方向組成プロファイルの解析に極めて好適である。
また、本発明の解析方法は、計算処理を容易とするために公知のプログラム言語により作成されたプログラムとして利用することが好適であり、特に、計算過程の確認が容易なＶｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ（商標）により作成されたプログラムとして利用することが特に好ましい。