(57)【要約】【課題】ナノメーターオーダーの薄層を高精度で定性分析又は定量分析することを課題とする。【解決手段】照射された電子線の散乱を小さくしうるナノメーターオーダーの厚さに調整した被分析箇所を有する試料中の被分析箇所に電子線を照射し、前記被分析箇所から発せられる特性Ｘ線中の所望元素のＸ線を波長分散型Ｘ線分光検出器にて検出することで、前記被分析箇所を定性分析又は定量分析することを特徴とするＸ線分析方法により上記課題を解決する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射された電子線の散乱を小さくしうるナノメーターオーダーの厚さに調整した被分析箇所を有する試料中の被分析箇所に電子線を照射し、前記被分析箇所から発せられる特性Ｘ線中の所望元素のＸ線を波長分散型Ｘ線分光検出器にて検出することで、前記被分析箇所を定性分析又は定量分析することを特徴とするＸ線分析方法。
【請求項２】
前記被分析箇所が、収束イオンビームにより試料を切削することで形成される請求項１に記載のＸ線分析方法。
【請求項３】
元素の種類及び組成が既知の被分析箇所から得られる特性Ｘ線の強度を予め測定し、その測定結果と、種類及び組成が既知でない被分析箇所から得られた特性Ｘ線とを比較することで、前記既知でない分析箇所を定性分析又は定量分析する請求項１又は２に記載のＸ線分析方法。
【請求項４】
前記被分析箇所が、半導体を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載のＸ線分析方法。
【請求項５】
前記試料が、回転しうる試料ステージ上に載置され、前記被分析箇所が前記波長分散型Ｘ線検出器に向くように試料ステージを回転させる請求項１〜４のいずれか１つに記載のＸ線分析方法。
【請求項６】
前記ナノメーターオーダーが、１０〜５００ｎｍの範囲である請求項１〜５のいずれか１つに記載のＸ線分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線分析方法に関する。更に詳しくは、本発明は、高精度で定性分析又は定量分析可能なＸ線分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高精度の定性分析及び定量分析法として、波長分散型Ｘ線分光（ＷＤＳ）検出器を用いた電子線プローブマイクロＸ線分析法（ＥＰＭＡ）が知られている（例えば、特開２０００−３３８０６５号公報：特許文献１）。ＷＤＳが高精度の定性分析及び定量分析に用いられている主な理由を以下に記す。
（１）波長分解能が優れており、検出所望ピークが近接ピークと重なることが非常に少ない。
（２）軽元素から重元素まで幅広い元素の検出が可能である。
（３）検出感度が１０〜１００ｐｐｍと非常に高感度である。
（４）Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）が高く、定量精度が高い。
【特許文献１】特開２０００−３３８０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＷＤＳ検出器は、厚さ方向の分解能が１μｍ程度であり、ナノメーターオーダーの薄層や微小物の分析は困難である。
例えば、電子線を照射した試料から特性Ｘ線が発生する領域の厚さ（厚さ方向の分解能）は、式（１）に記すＣａｓｔａｉｎｇの式より、見積もることができる。
【０００４】
【数１】
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【０００５】
ここで、Ｔは特性Ｘ線が発生する領域の厚さ、Ｖ0は電子線の加速電圧、ＶKは特性Ｘ線の最小励起電圧、Ａは試料中の元素の原子量、ρは試料中の元素の密度、Ｚは試料中の元素の原子番号である。
具体的には、加速電圧１０ｋＶ、プローブ径１５０ｎｍの電子線でＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ試料を分析した場合、Ａｌ−Ｋα線が発生する領域の厚さは、約０．９μｍとなる（Ｖ0＝１０ｋＶ、ＶK＝１．４８６ｋＶ、Ａ＝６４．８４、ρ＝４．７７９ｇ／ｃｍ3、Ｚ＝２８．８５）。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の発明者等は、鋭意検討の結果、試料中の被測定箇所の厚さを照射された電子線の散乱を小さくしうるナノメーターオーダーとすることで、ナノメーターオーダーの薄層を、高精度で定性分析又は定量分析できること見出し本発明に至った。
かくして、本発明によれば、照射された電子線の散乱を小さくしうるナノメーターオーダーの厚さに調整した被分析箇所を有する試料中の被分析箇所に電子線を照射し、前記被分析箇所から発せられる特性Ｘ線中の所望元素のＸ線を波長分散型Ｘ線分光検出器にて検出することで、前記被分析箇所を定性分析又は定量分析することを特徴とするＸ線分析方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ナノメーターオーダーの薄層を高精度で定性分析又は定量分析することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の方法は、特に限定されず、波長分散型Ｘ線分光（ＷＤＳ）検出器で検出可能な対象の分析に使用できる。具体的には、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｒ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ、Ｂｉ、Ｎｄ等の金属、これら金属の合金、酸化物、窒化物や、Ｇａ、Ａｓ、Ｐ、Ｉｎ等を含む半導体等が挙げられる。半導体の具体例としては、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＺｎＳｅ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等が挙げられる。
【０００９】
本発明では、試料中のＸ線分析対象である被分析箇所は、照射された電子線の散乱を小さくしうるナノメーターオーダーの厚さに調製されている。散乱が小さくなるため分析の定性的及び定量的精度を上げることができる。ここで、具体的な厚さは、電子線の散乱が小さくなるナノメーターオーダーである限り特に限定されないが、例えば１０〜５００ｎｍの範囲である。また、好ましい厚さは、５０〜２００ｎｍである。
【００１０】
なお、電子線のビーム径は小さければ小さいほど、特性Ｘ線の横方向の発生領域を小さくできる。電子線のビーム径を小さくするには、電子線の加速電圧を大きくするか、照射電流の量を小さくすればよい。但し、加速電圧を大きくすると、特性Ｘ線の深さ方向の発生領域が大きくなることがある。また、照射電流の量を小さくすると、特性Ｘ線の信号が弱くなることがある。その結果、Ｓ／Ｎ比が低下することがある。そのため、測定対象に応じて、ビーム径を調節すればよい。
【００１１】
被分析箇所の形状は、電子線を照射することができさえすれば特に限定されない。例えば、図２及び３に示す形状が挙げられる。図中、３は電子線、４はＷＤＳ検出器、５は特性Ｘ線、６は側壁、７はＡｕ膜、８はＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ膜、９は基板、１０は被分析箇所の厚さを意味する。ここで、被分析箇所の電子線照射面の面積及び最短幅は、照射可能であれば特に限定されない。
【００１２】
ところで、収束イオンビーム（ＦＩＢ）により切削することで被分析箇所を形成する場合、試料の表面から、被分析箇所の照射面までの距離は、被分析箇所に効率よく電子線を照射できる距離であることが好ましい。
被分析箇所の形成方法は、上記厚さを有する被分析箇所を形成することができさえすれば、特に限定されない。形成方法としては、例えば、図１に示すように、ＦＩＢ１により試料を切削することで、被分析箇所２を形成する方法が挙げられる。切削条件（ビーム強度や波長等）は、その対象に応じて適宜設定できる。
【００１３】
次に、被分析箇所に電子線が照射される。電子線の照射条件は、被分析箇所の測定対象の種類に応じて適宜設定できる。
ここで、電子線が照射された被分析箇所からは、各種の特性Ｘ線が生じる。この特性Ｘ線を、例えば分光用結晶で分光し、測定を所望する元素のＸ線をスリットに通過させてＷＤＳ検出器に入射させることで、被分析箇所に含まれる元素を定性的又は定量的に分析することができる。
【００１４】
ＷＤＳ検出器は、特に限定されず、公知のＷＤＳ検出器をいずれも使用できる。ＷＤＳ検出器は、測定の対象に応じて複数個使用すれば、多チャンネルで複数種の特性Ｘ線を分析できる。
また、分析効率を向上させるために、試料を、回転しうる試料ステージ上に載置することが好ましい。このような試料ステージを回転させることで、被分析箇所がＷＤＳ検出器に常に向けておくことができる。
【００１５】
更に、元素の種類及び組成が既知の被分析箇所から得られる特性Ｘ線の強度を予め測定し、その測定結果と、種類及び組成が既知でない被分析箇所から得られた特性Ｘ線とを比較することで、被分析箇所の元素の割合を分析（定量分析）することができる。具体的には、被分析箇所を構成する元素でかつ割合が既知の試料を分析することで、予め検量線グラフを作成しておき、次いで、被分析箇所の分析結果を検量線グラフで参照することで、被分析箇所の元素の割合を求めることができる。
本発明のＸ線分析方法は、半導体デバイスの層構造、不純物元素の分布等の分析に好適に使用できる。
【実施例】
【００１６】
（１）試料の原料として、Ａｕ膜（厚さ５０ｎｍ）／Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ膜（厚さ３００ｎｍ）／ＧａＡｓ（基板）を用いた（「／」は積層されていることを意味する）。この原料において、基板裏面の幅が約１５μmかつ奥行きが約８μm、Ａｕ膜、Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ膜及び基板の合計厚さが約３００μmである。
【００１７】
上記原料を、ＦＩＢ（日立ハイテクノロジーズ社製ＦＢ−２１００）を用いて加工して、被分析箇所を有する図３に示す測定用の試料を得た。被分析箇所は、基板の奥行き方向に直交する試料の両端面から約３９７５ｎｍにわたって試料を除去することで、厚さ５０ｎｍに形成されている。
上記試料をＷＤＳ検出器が搭載された分析装置内の試料ステージ上に載置し、被分析箇所に電子線を透過させた。このとき、被分析箇所から発生する特性Ｘ線をＷＤＳ検出器で分光分析することで、被分析箇所中の元素の情報を得ることができた。具体的には、以下のようにして情報を得た。
【００１８】
分析装置としてＷＤＳ検出器を備えたＥＰＭＡ装置（日本電子社製ＪＸＡ−８８００ＲＬ）を使用した。この分析装置の試料ステージ上に試料を載置し、電子線（加速電圧：１０ｋＶ、照射電流：１００ｎＡ、照射時間：６０秒）をＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ（３００ｎｍ）膜８に入射させ、発生した特性Ｘ線をＷＤＳ検出器で分析した。
分析では、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓの特性Ｘ線が検出され、Ａｕの特性Ｘ線は検出されなかった。この結果より、Ａｌ、Ｇａ及びＡｓのみを選択的に分析することが可能であることが示された。
【００１９】
（２）ＡｌとＧａの組成比が異なる２つの試料、即ちＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ膜（厚さ３００ｎｍ）／ＧａＡｓ（基板）試料とＡｌ0.55Ｇａ0.45Ａｓ膜（厚さ３００ｎｍ）／ＧａＡｓ（基板）試料を準備した。両試料を使用すること以外は実施例１と同様にしてＷＤＳ検出器で分析した。各試料において、Ａｌの特性Ｘ線強度とＡｓの特性Ｘ線強度の強度比とＡｌ組成比の相関グラフを作成した。この相関グラフを検量線グラフとして使用すると、上記（１）の試料の強度比（Ａｌ／Ａｓ）から、Ａｌ組成比が約０．３５となり、高精度に組成の定量分析が可能となったことが示された。
【００２０】
なお、この実施例では、被分析箇所の構成元素からの特性Ｘ線が、被分析箇所の近傍に形成される側壁（図３の参照番号６参照）によりカットされ、検出される特性Ｘ線強度が減少し測定精度が低下しないように、試料ステージを回転させる機構を用いた。具体的には、図５に示すように、Ａｕの分析にはＣＨ（チャンネル）１のＷＤＳ検出器１１を用い、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓの分析にはＣＨ４のＷＤＳ検出器１１を用いて分析した。図５中、参照番号１２は試料ステージを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の分析方法に用いられる試料作製の概略説明図である。
【図２】本発明の分析方法の概略説明図である。
【図３】実施例の試料の概略図である。
【図４】実施例の定量分析に用いる検量線グラフである。
【図５】実施例のＷＤＳ検出器の配置の概略説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１・・・ＦＩＢ
２・・・被分析箇所
３・・・電子線
４・・・ＷＤＳ検出器
５・・・特性Ｘ線
６・・・側壁
７・・・Ａｕ膜
８・・・Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ膜
９・・・ＧａＡｓ（基板）
１０・・・被分析箇所の厚さ
１１・・・ＷＤＳ検出器
１２・・・試料ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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