カソードルミネッセンス装置及びそれを用いた分析方法
【課題】 優れた深さ空間分解能および空間分解能を有するカソードルミネッセンス装置の提供
【解決手段】試料台に載置される試料の表面の近傍に、試料側に突出し、その頂部に照射電子線および試料からの発光を透過させるための小孔を有する採光部をもつカソードルミネッセンス測定装置。
【解決手段】試料台に載置される試料の表面の近傍に、試料側に突出し、その頂部に照射電子線および試料からの発光を透過させるための小孔を有する採光部をもつカソードルミネッセンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に電子線を照射することで発生したカソードルミネッセンスを測定する装置およびそれを使用した測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料に電子線を照射して、その電子線照射により試料から発生した光を分析するカソードルミネッセンス装置は、既に市販されている。また、試料に光を照射して、その光により試料から発生した光を分析するフォトルミネッセンス分光装置やラマン分光装置も、これまでにいくつか市販されている。
【０００３】
電子機器用の各種素子は、高集積化、微小化の一途をたどっており、微小領域の分析に対するニーズは、年々、高まってきている。しかしながら、公知のカソードルミネッセンス装置、フォトルミネッセンス分光装置、あるいはラマン分光装置では、空間分解能や位置確認の精度がまだ満足のいくものではなかった。試料に光を照射してその光によりさらに試料から発生した光を分析するフォトルミネッセンス分光装置、あるいはラマン分光装置では、光の回折限界により、その空間分解能は、せいぜい１μｍ程度に限られるからである。
【０００４】
空間分解能を向上させる方法としては、空間中を伝播しない近接場光を用いると、光の回折限界以下の空間分解能が達成可能であることが、非特許文献１に開示されている。この原理を応用した近接場顕微鏡が、すでに知られている。しかし、通常、測定位置の確認は光学顕微鏡で行われており、高い空間分解能での位置確認はできないという問題があった。そのため、細密化された各種電子機器用素子の分析には、必ずしも十分ではなかった。
【０００５】
一方、細く絞った電子線を励起源として用いるカソードルミネッセンス装置では、測定位置の確認が２次電子像（ＳＥＭ像）や透過電子像（ＴＥＭ像）で容易に行うことができる。カソードルミネッセンスは、一般的に、（１）電子線によるキャリヤの生成、（２）生成キャリヤの拡散、（３）キャリヤの輻射再結合、のプロセスを経て発生する。
【０００６】
従来のカソードルミネッセンス装置としては、例えば、非特許文献２に記載されているように、集光部に楕円ミラーあるいは放物面ミラーを用いていたものがある。また特許文献１には、光ファイバーを探針として使用したものが開示されている。
集光部に楕円ミラーあるいは放物面ミラーを用いたカソードルミネッセンス装置の空間分解能は、主に電子線の侵入長と電子線により発生したキャリアの拡散長により決定される。
【０００７】
ここで、電子線の侵入長は加速電圧でほぼ決定され、低加速電圧ほど侵入長が短くなる。このため、キャリアの拡散長の短い試料を低加速電圧で測定した場合においては、理論的には最高１００ｎｍ程度の空間分解能が達成可能である。
【０００８】
しかしながら、従来の装置では楕円ミラー若しくは放物面ミラー、または光ファイバーを用いて集光しているために、空間分解能は数μｍ〜数十μｍ程度までに留まっていった。
【非特許文献１】シンゲ（Ｓｙｎｇｅ）、Ｐｈｉｌｏｓ．Ｍａｇ．６，３５６（１９２８）
【非特許文献２】山本直紀「応用物理」第６９巻 第１０号（２０００年）
【特許文献１】特開２００４−４７２８４、特に実施例
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、極めて高い深さ分解能及び空間分解能で試料の分析ができるカソードルミネッセンス装置および該装置を用いた分析手法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。
１．電子銃と、電子銃から放出される電子線が照射される試料を載置するための試料台と、試料からの発光を集光し、さらに光の波長に応じて分光する手段と、分光された光の強度を測定する手段とを有するカソードルミネッセンス測定装置であって、試料台に載置される試料の表面の近傍に、試料側に突出し、その頂部に照射電子線および試料からの発光を透過させるための小孔を有する採光部を有することを特徴とするカソードルミネッセンス測定装置、
２．さらに、試料からの二次電子を検出する検出器または試料からの透過電子を検出する検出器を有する上記カソードルミネッセンス測定装置、
３．さらに、レーザー発光装置を有し、発光されたレーザーが採光部の小孔を通過するようレーザー光の光路が配置されていることを特徴とする上記いずれかのカソードルミネッセンス装置、
４．採光部が中空であり、かつ底面は存在しない錐形であることを特徴とする上記いずれかのカソードルミネッセンス測定装置、
５．採光部の形状が角錐または円錐であることを特徴とする前記カソードルミネッセンス装置、
６．採光部の小孔の直径が３００ｎｍ以下である上記いずれかのカソードルミネッセンス装置、
７．採光部の主たる構成材料が金属、半導体およびセラミックスから選ばれるものであることを特徴とする上記いずれかのカソードルミネッセンス装置、
８．採光部の主たる構成材料が半導体又はセラミックスであって、採光部の構成材料の試料側の面および／又は反対側の面に、０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚みの金属薄膜が被覆されていることを特徴とする上記カソードルミネッセンス装置、
９．試料からの発光を集光するための手段がミラー式集光器であることを特徴とする上記いずれかのカソードルミネッセンス複合装置、
１０．試料からの発光を分光する手段が、回折格子型分光器、プリズム型分光器、光学フィルター型分光器およびダイクロイックミラー型分光器からなる群から選ばれる少なくとも一つの分光器である上記いずれかのカソードルミネッセンス複合装置、
１１．上記いずれかのカソードルミネッセンス装置を用い、試料台に試料を載置し、電子線を採光部の小孔を通じて試料に照射し、試料から発せられるカソードルミネッセンスを採光部の小孔に通過させ、カソードルミネッセンスを集光し、さらに分光し、分光した光の強度を測定することを特徴とするカソードルミネッセンス分析方法、
１２．レーザー光発光装置を有し、発光されたレーザーが採光部の小孔を通過するようレーザー光発光装置が配置されている上記いずれかのカソードルミネッセンス装置を用い、試料台に試料を載置し、レーザー光を採光部の小孔に向けて照射し、試料からの発光を、採光部の小孔を通じさせ、通過した発光を集光し、さらに分光し、分光した光の強度を測定することを特徴とする光学的分析方法、
１３．発光がラマン光またはフォトルミネッセンスであることを特徴とする上記光学的分析方法、
１４．試料が半導体、酸化物、強誘電体および窒化物であることを特徴とする上記いずれかの測定方法、
１５．試料が各種電子機器用の素子であることを特徴とする上記いずれかの記載の測定方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の装置によれば、優れた深さ分解能及び空間分解能で試料の分析ができるカソードルミネッセンス装置が提供され、本発明の装置を使用することにより、高い深さ分解能及び空間分解能で試料の分析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の装置を図１を用いて説明する。本発明で使用される電子銃１は、電子線１３を発生する。本発明で使用される電子銃は、電子線のビーム径を数十ｎｍ以下に絞れるものであることが好ましい。このような電子銃に併せて、試料からの二次電子像、反射電子像のうちのいずれか、もしくは、両方を観察するための検出器（図示していない）を装備していることが好ましい。このような電子銃および検出器を具備する装置としては、従来から知られている走査型電子顕微鏡が例示される。かような検出器を有することにより、電子線照射部位の電子顕微鏡写真観察を行うことができる。
【００１３】
電子銃の方式にも特に制約はなく、例えば、熱電子放出型、電界放出型、ショットキーエミッション型（別名、サーマル電界放出型）等の方式が例示され、中でも高電流密度を提供することから、ショットキーエミッション型の電子銃が好ましく使用される。
【００１４】
図１の一部を拡大した図が図２である。本発明の装置では、測定される試料３が載置されるための試料台２が存在する。試料台２の材質としては、電子線による試料のチャージアップを防ぐために、銅やアルミなどの金属であることが望ましい。また、試料台２は、ｘ−ｙ−ｚ軸方向に試料位置の微調整ができるように、パルスモーター駆動ステージやピエゾ素子を使用したステージ（図示していない）上に固定されている方が好ましい。
【００１５】
本発明の装置では、試料台２に載置される試料の表面の近傍に、試料側に突出し、その頂部に照射電子線および試料からの発光を透過させるための小孔８を有する採光部４が設けられる。その形態としては、図３に示すがごとく、頂点を試料側に向け、中空かつ底面は存在しない形態である。角錐、円錐などの錐形であり、さらに好ましくは、四角錐または円錐である。
【００１６】
小孔８の大きさとしては、高分解能を得るために、なるべく小さいことが好ましく、直径が３００ｎｍ以下であることが望ましい。なお孔の形状が真円でない場合には、孔の面積と同じ面積を持つ円の直径として算出することができる。
【００１７】
採光部４の形状が角錐や円錐の場合は、錐の高さが100μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
試料と小孔との距離は、小孔８の直径と同程度かそれ以下であることが望ましい。その方が試料と採光部４との間で生じる相互作用が強くなり、信号強度が著しく向上するからである。また図３に示すように採光部４はその固定のためにカンチレバー７によって支持される。
【００１９】
このような採光部を使用することにより、電子線は小さく絞られ、試料表面の極めて狭い領域に照射される。さらに試料への電子線照射により発生したカソードルミネッセンスは小孔の効果により極めて狭い領域からのものからしか透過されない。その結果、従来よりも大幅に空間分解能が優れ（例えば１桁以上）、しかも、測定深さも大幅に浅くなり、優れるようになる（例えば１０分の１以上）。
【００２０】
採光部の構成材料としては金属、半導体およびセラミックスが例示される。また半導体またはセラミックスを使用した場合には、試料側の面および／又は反対側の面に、金属膜膜が被覆していることが好ましく、好ましい厚みは０．１ｎｍ〜１００ｎｍである。金属材料が採光部の構成材料であることにより、電子線を照射し、２次電子検出器を用いて像を観察する際に、電子により採光部がチャージアップすることを防止することができる。金属薄膜の材質は、Ａｇ、ＣｕおよびＡｕよりなる群から選ばれる一つの材料を主な構成材料、好ましくは６０質量％以上とすることが好ましい。さらに後述のラマン光の分析に用いた場合、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕは金属材料のなかでも表面増強ラマン効果が大きく、信号強度の増大が著しいという特徴もある。
【００２１】
本発明の装置では、採光部を通過した試料からの発光を集光するため集光手段を有する。例えばミラー式集光器が例示される。また集光器には、図２に示す集光器５のように電子線１３を通過させるための孔が設けられていても構わない。
【００２２】
本発明のカソードルミネッセンス装置には、図１に示すように採光器４と集光器５で集光した光を分光するため、分光装置を設けている。図１の装置ではカソードルミネッセンス用の分光器９が設けられている。また後述のレーザー照射による発光を分析するためラマン光用の分光器９’が設けられている。またフォトルミネッセンス用分光器を設けてもよい。このような分光器としては、回折格子型分光器、プリズム型分光器、光学フィルター型分光器などのダイクロイックミラー型分光器が使用できる。さらに分光器によって処理された光を検知する検出器１０、１０’が設けられる。検出器としては、光電子増倍管やｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）、２次元マルチチャネル検出器などが一般的に使用される。これらの分光システムを設けることで、強度像だけではなく、スペクトルを測定することができるようになり、試料のより詳細な情報を得ることが可能となる。さらに、測定点各所につきスペクトルを測定し解析することで、強度像だけでなく、信号強度のピーク位置の場所依存性や信号線の半値幅の場所依存性を可視化することも可能となる。本発明において、電子線照射により試料から発生した光のどの波長領域を検出するかは特に限定されないが、好ましくは１００ｎｍ〜６００００ｎｍの極端紫外から、可視、近赤外領域までの電磁波を検出する。
【００２３】
以上説明したカソードルミネッセンス装置に、さらに図１に示すようにレーザー発生装置１１を搭載することができる。図２に示すように発光されたレーザー１２が採光部の小孔を通過するようレーザー光発光装置を配置することにより、一の装置により、カソードルミネッセンス分析の他に、ラマン光分析および／またはフォトルミネッセンス分析を行うことができる。特に採光部が小孔を有することにより、微細な領域のみにレーザー光を照射することができる。小孔の直径が３００ｎｍ以下とすれば、近接場効果により極めて高い分解能を得ることができる。
【００２４】
例えば、レーザー１２を集光ミラーである集光器５を通して、採光部４に照射し、採光部４が接触した試料、又は採光部４に近接する試料との相互作用で発生した近接場ラマン散乱光６（あるいは近接場フォトルミネッセンス）を、同じ採光部４を通して、集光器５で集光し、ラマン光用の分光器９’で分光することにより、光の回折限界を超える空間分解能で、近接場ラマン散乱光や近接場フォトルミネッセンスを測定することができる。採光部４と集光部５を共有することで、カソードルミネッセンスとラマン散乱光の同一場所の同時測定やカソードルミネッセンスとフォトルミネッセンスの同一場所の同時測定、または同時でなくても試料交換、移動を行うことなく測定を行うことができる。
【００２５】
本発明のカソードルミネッセンス装置を用いて測定する測定項目は、試料から発生した光から得られる情報であれば特に限定されないが、基本はカソードルミネッセンススペクトルおよび／またはカソードルミネッセンス強度分布像であり、レーザーなどの光照射装置を具備することによりラマンスペクトル、ラマン強度分布像、フォトルミネッセンススペクトル、フォトルミネッセンス強度分布像をとることができる。
【００２６】
本発明のカソードルミネッセンス装置で分析可能な試料に特に制限はないが、半導体、酸化物、窒化物、強誘電体などの分析に特に有効である。中でも、半導体、酸化物、窒化物および強誘電体から選ばれる少なくとも１種を使用した各種電子機器用素子は、年々高集積化、微小化の一途をたどっているため、微小部の分析が可能な本発明のカソードルミネッセンス複合装置を用いた分析に好適な試料である。
【００２７】
本発明のカソードルミネッセンス装置は、各種電子機器用素子のなかでも特に、半導体レーザー、発光ダイオード、フォトダイオード、トランジスタ、半導体集積回路、ＣＣＤ素子、光ファイバ、セラミックスコンデンサ、液晶表示（ＬＣＤ）素子、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）パネル、有機ＥＬ素子、ダイヤモンド膜等の分析に有効に用いられる本 発明のカソードルミネッセンス装置を、例えば、各種電子機器用素子製造のインラインまたはオフラインに設置することにより、歩留まり向上と飛躍的な品質向上が期待できる。
【００２８】
また本発明の装置では、優れた深さ分解能および空間分解能を提供するので、電子ビーム径と電子ビームのエネルギー分布が大きく、試料中で著しく電子線が拡散し、使用が難しかった従来の安価な熱電子放出型ＳＥＭであっても、短時間で、優れた測定結果を提供する。また高加速電圧で測定することができるため、高深さ分解能及び高空間分解能でのカソードルミネッセンス測定が可能になる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を挙げて本発明の効果をさらに説明する。
【００３０】
（実施例１）
日立製作所製Ｓ−４３００ＳＥ走査型電子顕微鏡を準備した。試料台の上に、ＧａＡｓを基材とし、さらに厚みが約２００ｎｍのＡｌＧａＡｓ膜を設けた試料を載置した。試料の表面近傍に、頂点が試料側に配置され、頂点に直径１００ｎｍφの開口部を有する四角錐の形状（底面は存在しない）を有する採光部を配置し、電子銃からの電子線を採光部を通じて加速電圧１０ｋＶで照射した。
電子線照射により試料から発生したカソードルミネッセンスを採光部に透過させ、さらにミラー式の集光器で集光し、分光器で分光し、さらに検出器で検出を行った。ＡｌＧａＡｓの発光線と、ＧａＡｓの発光線を別々に観測することができた。
【００３１】
一方、採光部を通じずにカソードルミネッセンススペクトルを測定した。
【００３２】
表層のＡｌＧａＡｓによるカソードルミネッセンスの測定強度に対する基材のＧａＡｓからのカソードルミネッセンスの測定強度の割合は、採光部を通さなかった場合に対し、採光部を通じたときには約１０分の１まで減少していた。すなわち観測したい深さである測定深さを１０分の１まで低減させることができたことになる。
【００３３】
一方、ＧａＡｓ基材に加速電圧が１０ｋVまたは２０ｋVの電子４０００個を入射した場合の電子の軌跡をモンテカルロシミュレーションを用いて計算した。その結果が図４である。図４基材中で電子の拡散が同じ確率になる等高線をとったところ２０ｋＶではＡ、１０ｋＶではBのごとき液滴のような形状の等高線ををとることがわかる。また試料中で拡散する距離は加速電圧が高いほど、大きくなることが分かる。カソードルミネッセンスは、拡散した電子線によるキャリヤ（電子-正孔対）の生成、（２）生成キャリヤの拡散、（３）キャリヤの輻射再結合、の過程を経て発生するため電子線が拡散した領域よりも広い領域から放出される。
【００３４】
しかし、試料中で吸収されるカソードルミネッセンスも存在するため、表面から放出されるカソードルミネッセンスは、極めて小さい領域から発光され、図４のＢで示されたおよそ２００ｎｍの領域から放出されることになり、発光領域の深さ分解能は２００ｎｍ程度になることが分かった。発光領域の深さ分解能が２００ｎｍ程度であれば、発光領域の空間分解能は、さらに高くなり、２００ｎｍ以下になると考えられる。
【００３５】
上述のとおり、電子線およびカソードルミネッセンスを採光部に通すと、測定結果として深さ分解能の数字を１０分の１まで低減させることができるのであるから、測定結果として空間分解能の数字も１０分の１以下になり、例えば２０ｎｍ以下の空間分解能まで測定できることが分かった。
【００３６】
（実施例２）
ＳｉとＳｉＯ２膜から構成されるＶＬＳＩスタンダードを試料として準備した。実施例１の装置に、アルゴンレーザー発光装置を取り付けた。開口径１００nmφ四角錐型採光部に向けて、波長３６４ｎｍのアルゴンレーザーを５０ｍＷで照射した。採光部の頂点付近と試料との相互作用で発生する近接場ラマン散乱光を同じ採光部から集光することにより、約１００ｎｍの空間分解能で試料に生じている応力分布を測定することができた。
【００３７】
応力分布の観測方法を以下説明すると、測定試料と標準試料のラマン散乱光のピーク波数を比較し、無応力状態の試料のラマン散乱光の波数シフト量から試料の応力又は歪みを算出するころができる。実際に、ＶＬＳＩスタンダードのラマンスペクトルマッピング測定を行い、酸化膜のないＳｉ基板上と酸化膜が形成されている部分で、それぞれ、約+0.4cm-1、-0.6cm-1程度のピーク波数シフトが観測された。下記（１） 式を用いて計算すると、酸化膜のないＳｉ基板上と酸化膜が形成されている部分で、それぞれ、92MPaと138 MPaの圧縮応力と引張応力が周期的に分布していることがわかった。
【００３８】
σ(MPa) =２．３×１０2Δν(cm-1) （１）
なお式中の係数の２．３×１０2はＳｉの弾性コンプライアンス定数や変形ポテンシャル
係数を用いて計算された定数である（参考文献ヨシカワ、ナガイら “ハンドブックオブバイブレーショナルスペクトロスコピー（日本語表記）(M.Yoshikawa and N.Nagai, in “Handbook of Vibrational Spectroscopy”, edited by J.M.Chalmers and P.R.Griffiths(Wiley, Chichester, 2002), p.2593.)。
【００３９】
（実施例３）
サファイア基板上に形成された、膜厚が約２μｍのＧａＮ単結晶膜のフォトルミネッセンス測定を行った。開口径１００nmφの四角錐型採光部を通して、波長３６４ｎｍのアルゴンレーザーを１０ｍＷのレーザーパワーで照射した。探針と試料との相互作用で発生する近接場フォトルミネッセンスを同じ採光部を通して集光することにより、約１００ｎｍ周期の近接場フォトルミネッセンス強度の明暗の縞模様を観測することができた。透過型電子顕微鏡で観測された貫通転位の周期と近接場フォトルミネッセンス強度の明暗の縞模様の周期とがよく一致することから、１００ｎｍ以下の空間分解能でＧａＮ単結晶の貫通転位による発光分布を測定することができた。
【００４０】
（実施例４）
実施例１と同じ装置、試料を用い、加速電圧を２０ｋＶとした以外は同様に測定を行った。その結果、表層のＡｌＧａＡｓによるカソードルミネッセンスの測定強度に対する基材のＧａＡｓからのカソードルミネッセンスの測定強度の割合は、採光部を通なかった場合に対し、採光部を通じたときには約３分の１まで減少していた。実施例１と同様の考察により深さ分解能および空間分解能の数字はそれぞれ約３分の１となり優れた分解能を呈することがわかった。
【００４１】
（実施例１および４からの考察）
カソードルミネッセンスの測定深さは試料に入る電子線の加速電圧が高くなれば大きくなる。採光部が試料からのカソードルミネッセンスを選択して通過するという機能のみであれば、電子線の加速電圧にかかわらず、カソードルミネッセンスの強度比（表層のＡｌＧａＡｓによるカソードルミネッセンスの測定強度に対する基材のＧａＡｓからのカソードルミネッセンスの測定強度の割合）の割合は一定であり、深さ分解能は加速電圧によって変化しないはずである。しかし、実施例１では、加速電圧１０ｋＶの場合、表層のＡｌＧａＡｓによるカソードルミネッセンスの測定強度に対する基材のＧａＡｓからのカソードルミネッセンスの測定強度の割合は、採光部を通さなかった場合に対し、採光部を通じたときには約１０分の１であった。加速電圧が２０ｋＶであった実施例４では約３分の１であった。
【００４２】
すると本発明の測定で採光部を介在させることにより、カソードルミネッセンスの採光のみならず電子線照射という技術要素にもよい作用を奏していることになる。具体的には、試料中での電子線の拡散が抑制されるという効果と推測される。試料中での電子線の拡散が抑制されることは、試料中の発光領域も小さくなり、その結果、深さ分解能および空間分解能の数字が小さくなり、優れた効果を奏することになる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のカソードルミネッセンス装置および測定方法は、分析機器の産業のみならず、エレクトロニクス部品産業の分野等で、製品の状態を微細な部分について解析することができ、品質向上や歩留まりの向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のカソードルミネッセンス装置の概略図
【図２】本発明の装置の電子線照射、試料台、集光器および採光部を示す概略図
【図３】採光部の概略図
【図４】GaAs基材試料中での電子の広がり（拡散）をモンテカルロシミュレーションにより計算した結果
【符号の説明】
【００４５】
１：電子銃
２：試料台
３：試料
４：採光部
５：集光器
６：カソードルミネッセンス、近接場ラマン散乱光または近接場フォトルミネッセンス
７：カンチレバー
８：小孔
９：分光器
９’：分光器
１０、１０’：検出器
１１：レーザー発生装置
１２：レーザー
１３：電子線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に電子線を照射することで発生したカソードルミネッセンスを測定する装置およびそれを使用した測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料に電子線を照射して、その電子線照射により試料から発生した光を分析するカソードルミネッセンス装置は、既に市販されている。また、試料に光を照射して、その光により試料から発生した光を分析するフォトルミネッセンス分光装置やラマン分光装置も、これまでにいくつか市販されている。
【０００３】
電子機器用の各種素子は、高集積化、微小化の一途をたどっており、微小領域の分析に対するニーズは、年々、高まってきている。しかしながら、公知のカソードルミネッセンス装置、フォトルミネッセンス分光装置、あるいはラマン分光装置では、空間分解能や位置確認の精度がまだ満足のいくものではなかった。試料に光を照射してその光によりさらに試料から発生した光を分析するフォトルミネッセンス分光装置、あるいはラマン分光装置では、光の回折限界により、その空間分解能は、せいぜい１μｍ程度に限られるからである。
【０００４】
空間分解能を向上させる方法としては、空間中を伝播しない近接場光を用いると、光の回折限界以下の空間分解能が達成可能であることが、非特許文献１に開示されている。この原理を応用した近接場顕微鏡が、すでに知られている。しかし、通常、測定位置の確認は光学顕微鏡で行われており、高い空間分解能での位置確認はできないという問題があった。そのため、細密化された各種電子機器用素子の分析には、必ずしも十分ではなかった。
【０００５】
一方、細く絞った電子線を励起源として用いるカソードルミネッセンス装置では、測定位置の確認が２次電子像（ＳＥＭ像）や透過電子像（ＴＥＭ像）で容易に行うことができる。カソードルミネッセンスは、一般的に、（１）電子線によるキャリヤの生成、（２）生成キャリヤの拡散、（３）キャリヤの輻射再結合、のプロセスを経て発生する。
【０００６】
従来のカソードルミネッセンス装置としては、例えば、非特許文献２に記載されているように、集光部に楕円ミラーあるいは放物面ミラーを用いていたものがある。また特許文献１には、光ファイバーを探針として使用したものが開示されている。
集光部に楕円ミラーあるいは放物面ミラーを用いたカソードルミネッセンス装置の空間分解能は、主に電子線の侵入長と電子線により発生したキャリアの拡散長により決定される。
【０００７】
ここで、電子線の侵入長は加速電圧でほぼ決定され、低加速電圧ほど侵入長が短くなる。このため、キャリアの拡散長の短い試料を低加速電圧で測定した場合においては、理論的には最高１００ｎｍ程度の空間分解能が達成可能である。
【０００８】
しかしながら、従来の装置では楕円ミラー若しくは放物面ミラー、または光ファイバーを用いて集光しているために、空間分解能は数μｍ〜数十μｍ程度までに留まっていった。
【非特許文献１】シンゲ（Ｓｙｎｇｅ）、Ｐｈｉｌｏｓ．Ｍａｇ．６，３５６（１９２８）
【非特許文献２】山本直紀「応用物理」第６９巻 第１０号（２０００年）
【特許文献１】特開２００４−４７２８４、特に実施例
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、極めて高い深さ分解能及び空間分解能で試料の分析ができるカソードルミネッセンス装置および該装置を用いた分析手法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。
１．電子銃と、電子銃から放出される電子線が照射される試料を載置するための試料台と、試料からの発光を集光し、さらに光の波長に応じて分光する手段と、分光された光の強度を測定する手段とを有するカソードルミネッセンス測定装置であって、試料台に載置される試料の表面の近傍に、試料側に突出し、その頂部に照射電子線および試料からの発光を透過させるための小孔を有する採光部を有することを特徴とするカソードルミネッセンス測定装置、
２．さらに、試料からの二次電子を検出する検出器または試料からの透過電子を検出する検出器を有する上記カソードルミネッセンス測定装置、
３．さらに、レーザー発光装置を有し、発光されたレーザーが採光部の小孔を通過するようレーザー光の光路が配置されていることを特徴とする上記いずれかのカソードルミネッセンス装置、
４．採光部が中空であり、かつ底面は存在しない錐形であることを特徴とする上記いずれかのカソードルミネッセンス測定装置、
５．採光部の形状が角錐または円錐であることを特徴とする前記カソードルミネッセンス装置、
６．採光部の小孔の直径が３００ｎｍ以下である上記いずれかのカソードルミネッセンス装置、
７．採光部の主たる構成材料が金属、半導体およびセラミックスから選ばれるものであることを特徴とする上記いずれかのカソードルミネッセンス装置、
８．採光部の主たる構成材料が半導体又はセラミックスであって、採光部の構成材料の試料側の面および／又は反対側の面に、０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚みの金属薄膜が被覆されていることを特徴とする上記カソードルミネッセンス装置、
９．試料からの発光を集光するための手段がミラー式集光器であることを特徴とする上記いずれかのカソードルミネッセンス複合装置、
１０．試料からの発光を分光する手段が、回折格子型分光器、プリズム型分光器、光学フィルター型分光器およびダイクロイックミラー型分光器からなる群から選ばれる少なくとも一つの分光器である上記いずれかのカソードルミネッセンス複合装置、
１１．上記いずれかのカソードルミネッセンス装置を用い、試料台に試料を載置し、電子線を採光部の小孔を通じて試料に照射し、試料から発せられるカソードルミネッセンスを採光部の小孔に通過させ、カソードルミネッセンスを集光し、さらに分光し、分光した光の強度を測定することを特徴とするカソードルミネッセンス分析方法、
１２．レーザー光発光装置を有し、発光されたレーザーが採光部の小孔を通過するようレーザー光発光装置が配置されている上記いずれかのカソードルミネッセンス装置を用い、試料台に試料を載置し、レーザー光を採光部の小孔に向けて照射し、試料からの発光を、採光部の小孔を通じさせ、通過した発光を集光し、さらに分光し、分光した光の強度を測定することを特徴とする光学的分析方法、
１３．発光がラマン光またはフォトルミネッセンスであることを特徴とする上記光学的分析方法、
１４．試料が半導体、酸化物、強誘電体および窒化物であることを特徴とする上記いずれかの測定方法、
１５．試料が各種電子機器用の素子であることを特徴とする上記いずれかの記載の測定方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の装置によれば、優れた深さ分解能及び空間分解能で試料の分析ができるカソードルミネッセンス装置が提供され、本発明の装置を使用することにより、高い深さ分解能及び空間分解能で試料の分析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の装置を図１を用いて説明する。本発明で使用される電子銃１は、電子線１３を発生する。本発明で使用される電子銃は、電子線のビーム径を数十ｎｍ以下に絞れるものであることが好ましい。このような電子銃に併せて、試料からの二次電子像、反射電子像のうちのいずれか、もしくは、両方を観察するための検出器（図示していない）を装備していることが好ましい。このような電子銃および検出器を具備する装置としては、従来から知られている走査型電子顕微鏡が例示される。かような検出器を有することにより、電子線照射部位の電子顕微鏡写真観察を行うことができる。
【００１３】
電子銃の方式にも特に制約はなく、例えば、熱電子放出型、電界放出型、ショットキーエミッション型（別名、サーマル電界放出型）等の方式が例示され、中でも高電流密度を提供することから、ショットキーエミッション型の電子銃が好ましく使用される。
【００１４】
図１の一部を拡大した図が図２である。本発明の装置では、測定される試料３が載置されるための試料台２が存在する。試料台２の材質としては、電子線による試料のチャージアップを防ぐために、銅やアルミなどの金属であることが望ましい。また、試料台２は、ｘ−ｙ−ｚ軸方向に試料位置の微調整ができるように、パルスモーター駆動ステージやピエゾ素子を使用したステージ（図示していない）上に固定されている方が好ましい。
【００１５】
本発明の装置では、試料台２に載置される試料の表面の近傍に、試料側に突出し、その頂部に照射電子線および試料からの発光を透過させるための小孔８を有する採光部４が設けられる。その形態としては、図３に示すがごとく、頂点を試料側に向け、中空かつ底面は存在しない形態である。角錐、円錐などの錐形であり、さらに好ましくは、四角錐または円錐である。
【００１６】
小孔８の大きさとしては、高分解能を得るために、なるべく小さいことが好ましく、直径が３００ｎｍ以下であることが望ましい。なお孔の形状が真円でない場合には、孔の面積と同じ面積を持つ円の直径として算出することができる。
【００１７】
採光部４の形状が角錐や円錐の場合は、錐の高さが100μｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
試料と小孔との距離は、小孔８の直径と同程度かそれ以下であることが望ましい。その方が試料と採光部４との間で生じる相互作用が強くなり、信号強度が著しく向上するからである。また図３に示すように採光部４はその固定のためにカンチレバー７によって支持される。
【００１９】
このような採光部を使用することにより、電子線は小さく絞られ、試料表面の極めて狭い領域に照射される。さらに試料への電子線照射により発生したカソードルミネッセンスは小孔の効果により極めて狭い領域からのものからしか透過されない。その結果、従来よりも大幅に空間分解能が優れ（例えば１桁以上）、しかも、測定深さも大幅に浅くなり、優れるようになる（例えば１０分の１以上）。
【００２０】
採光部の構成材料としては金属、半導体およびセラミックスが例示される。また半導体またはセラミックスを使用した場合には、試料側の面および／又は反対側の面に、金属膜膜が被覆していることが好ましく、好ましい厚みは０．１ｎｍ〜１００ｎｍである。金属材料が採光部の構成材料であることにより、電子線を照射し、２次電子検出器を用いて像を観察する際に、電子により採光部がチャージアップすることを防止することができる。金属薄膜の材質は、Ａｇ、ＣｕおよびＡｕよりなる群から選ばれる一つの材料を主な構成材料、好ましくは６０質量％以上とすることが好ましい。さらに後述のラマン光の分析に用いた場合、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕは金属材料のなかでも表面増強ラマン効果が大きく、信号強度の増大が著しいという特徴もある。
【００２１】
本発明の装置では、採光部を通過した試料からの発光を集光するため集光手段を有する。例えばミラー式集光器が例示される。また集光器には、図２に示す集光器５のように電子線１３を通過させるための孔が設けられていても構わない。
【００２２】
本発明のカソードルミネッセンス装置には、図１に示すように採光器４と集光器５で集光した光を分光するため、分光装置を設けている。図１の装置ではカソードルミネッセンス用の分光器９が設けられている。また後述のレーザー照射による発光を分析するためラマン光用の分光器９’が設けられている。またフォトルミネッセンス用分光器を設けてもよい。このような分光器としては、回折格子型分光器、プリズム型分光器、光学フィルター型分光器などのダイクロイックミラー型分光器が使用できる。さらに分光器によって処理された光を検知する検出器１０、１０’が設けられる。検出器としては、光電子増倍管やｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）、２次元マルチチャネル検出器などが一般的に使用される。これらの分光システムを設けることで、強度像だけではなく、スペクトルを測定することができるようになり、試料のより詳細な情報を得ることが可能となる。さらに、測定点各所につきスペクトルを測定し解析することで、強度像だけでなく、信号強度のピーク位置の場所依存性や信号線の半値幅の場所依存性を可視化することも可能となる。本発明において、電子線照射により試料から発生した光のどの波長領域を検出するかは特に限定されないが、好ましくは１００ｎｍ〜６００００ｎｍの極端紫外から、可視、近赤外領域までの電磁波を検出する。
【００２３】
以上説明したカソードルミネッセンス装置に、さらに図１に示すようにレーザー発生装置１１を搭載することができる。図２に示すように発光されたレーザー１２が採光部の小孔を通過するようレーザー光発光装置を配置することにより、一の装置により、カソードルミネッセンス分析の他に、ラマン光分析および／またはフォトルミネッセンス分析を行うことができる。特に採光部が小孔を有することにより、微細な領域のみにレーザー光を照射することができる。小孔の直径が３００ｎｍ以下とすれば、近接場効果により極めて高い分解能を得ることができる。
【００２４】
例えば、レーザー１２を集光ミラーである集光器５を通して、採光部４に照射し、採光部４が接触した試料、又は採光部４に近接する試料との相互作用で発生した近接場ラマン散乱光６（あるいは近接場フォトルミネッセンス）を、同じ採光部４を通して、集光器５で集光し、ラマン光用の分光器９’で分光することにより、光の回折限界を超える空間分解能で、近接場ラマン散乱光や近接場フォトルミネッセンスを測定することができる。採光部４と集光部５を共有することで、カソードルミネッセンスとラマン散乱光の同一場所の同時測定やカソードルミネッセンスとフォトルミネッセンスの同一場所の同時測定、または同時でなくても試料交換、移動を行うことなく測定を行うことができる。
【００２５】
本発明のカソードルミネッセンス装置を用いて測定する測定項目は、試料から発生した光から得られる情報であれば特に限定されないが、基本はカソードルミネッセンススペクトルおよび／またはカソードルミネッセンス強度分布像であり、レーザーなどの光照射装置を具備することによりラマンスペクトル、ラマン強度分布像、フォトルミネッセンススペクトル、フォトルミネッセンス強度分布像をとることができる。
【００２６】
本発明のカソードルミネッセンス装置で分析可能な試料に特に制限はないが、半導体、酸化物、窒化物、強誘電体などの分析に特に有効である。中でも、半導体、酸化物、窒化物および強誘電体から選ばれる少なくとも１種を使用した各種電子機器用素子は、年々高集積化、微小化の一途をたどっているため、微小部の分析が可能な本発明のカソードルミネッセンス複合装置を用いた分析に好適な試料である。
【００２７】
本発明のカソードルミネッセンス装置は、各種電子機器用素子のなかでも特に、半導体レーザー、発光ダイオード、フォトダイオード、トランジスタ、半導体集積回路、ＣＣＤ素子、光ファイバ、セラミックスコンデンサ、液晶表示（ＬＣＤ）素子、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）パネル、有機ＥＬ素子、ダイヤモンド膜等の分析に有効に用いられる本 発明のカソードルミネッセンス装置を、例えば、各種電子機器用素子製造のインラインまたはオフラインに設置することにより、歩留まり向上と飛躍的な品質向上が期待できる。
【００２８】
また本発明の装置では、優れた深さ分解能および空間分解能を提供するので、電子ビーム径と電子ビームのエネルギー分布が大きく、試料中で著しく電子線が拡散し、使用が難しかった従来の安価な熱電子放出型ＳＥＭであっても、短時間で、優れた測定結果を提供する。また高加速電圧で測定することができるため、高深さ分解能及び高空間分解能でのカソードルミネッセンス測定が可能になる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を挙げて本発明の効果をさらに説明する。
【００３０】
（実施例１）
日立製作所製Ｓ−４３００ＳＥ走査型電子顕微鏡を準備した。試料台の上に、ＧａＡｓを基材とし、さらに厚みが約２００ｎｍのＡｌＧａＡｓ膜を設けた試料を載置した。試料の表面近傍に、頂点が試料側に配置され、頂点に直径１００ｎｍφの開口部を有する四角錐の形状（底面は存在しない）を有する採光部を配置し、電子銃からの電子線を採光部を通じて加速電圧１０ｋＶで照射した。
電子線照射により試料から発生したカソードルミネッセンスを採光部に透過させ、さらにミラー式の集光器で集光し、分光器で分光し、さらに検出器で検出を行った。ＡｌＧａＡｓの発光線と、ＧａＡｓの発光線を別々に観測することができた。
【００３１】
一方、採光部を通じずにカソードルミネッセンススペクトルを測定した。
【００３２】
表層のＡｌＧａＡｓによるカソードルミネッセンスの測定強度に対する基材のＧａＡｓからのカソードルミネッセンスの測定強度の割合は、採光部を通さなかった場合に対し、採光部を通じたときには約１０分の１まで減少していた。すなわち観測したい深さである測定深さを１０分の１まで低減させることができたことになる。
【００３３】
一方、ＧａＡｓ基材に加速電圧が１０ｋVまたは２０ｋVの電子４０００個を入射した場合の電子の軌跡をモンテカルロシミュレーションを用いて計算した。その結果が図４である。図４基材中で電子の拡散が同じ確率になる等高線をとったところ２０ｋＶではＡ、１０ｋＶではBのごとき液滴のような形状の等高線ををとることがわかる。また試料中で拡散する距離は加速電圧が高いほど、大きくなることが分かる。カソードルミネッセンスは、拡散した電子線によるキャリヤ（電子-正孔対）の生成、（２）生成キャリヤの拡散、（３）キャリヤの輻射再結合、の過程を経て発生するため電子線が拡散した領域よりも広い領域から放出される。
【００３４】
しかし、試料中で吸収されるカソードルミネッセンスも存在するため、表面から放出されるカソードルミネッセンスは、極めて小さい領域から発光され、図４のＢで示されたおよそ２００ｎｍの領域から放出されることになり、発光領域の深さ分解能は２００ｎｍ程度になることが分かった。発光領域の深さ分解能が２００ｎｍ程度であれば、発光領域の空間分解能は、さらに高くなり、２００ｎｍ以下になると考えられる。
【００３５】
上述のとおり、電子線およびカソードルミネッセンスを採光部に通すと、測定結果として深さ分解能の数字を１０分の１まで低減させることができるのであるから、測定結果として空間分解能の数字も１０分の１以下になり、例えば２０ｎｍ以下の空間分解能まで測定できることが分かった。
【００３６】
（実施例２）
ＳｉとＳｉＯ２膜から構成されるＶＬＳＩスタンダードを試料として準備した。実施例１の装置に、アルゴンレーザー発光装置を取り付けた。開口径１００nmφ四角錐型採光部に向けて、波長３６４ｎｍのアルゴンレーザーを５０ｍＷで照射した。採光部の頂点付近と試料との相互作用で発生する近接場ラマン散乱光を同じ採光部から集光することにより、約１００ｎｍの空間分解能で試料に生じている応力分布を測定することができた。
【００３７】
応力分布の観測方法を以下説明すると、測定試料と標準試料のラマン散乱光のピーク波数を比較し、無応力状態の試料のラマン散乱光の波数シフト量から試料の応力又は歪みを算出するころができる。実際に、ＶＬＳＩスタンダードのラマンスペクトルマッピング測定を行い、酸化膜のないＳｉ基板上と酸化膜が形成されている部分で、それぞれ、約+0.4cm-1、-0.6cm-1程度のピーク波数シフトが観測された。下記（１） 式を用いて計算すると、酸化膜のないＳｉ基板上と酸化膜が形成されている部分で、それぞれ、92MPaと138 MPaの圧縮応力と引張応力が周期的に分布していることがわかった。
【００３８】
σ(MPa) =２．３×１０2Δν(cm-1) （１）
なお式中の係数の２．３×１０2はＳｉの弾性コンプライアンス定数や変形ポテンシャル
係数を用いて計算された定数である（参考文献ヨシカワ、ナガイら “ハンドブックオブバイブレーショナルスペクトロスコピー（日本語表記）(M.Yoshikawa and N.Nagai, in “Handbook of Vibrational Spectroscopy”, edited by J.M.Chalmers and P.R.Griffiths(Wiley, Chichester, 2002), p.2593.)。
【００３９】
（実施例３）
サファイア基板上に形成された、膜厚が約２μｍのＧａＮ単結晶膜のフォトルミネッセンス測定を行った。開口径１００nmφの四角錐型採光部を通して、波長３６４ｎｍのアルゴンレーザーを１０ｍＷのレーザーパワーで照射した。探針と試料との相互作用で発生する近接場フォトルミネッセンスを同じ採光部を通して集光することにより、約１００ｎｍ周期の近接場フォトルミネッセンス強度の明暗の縞模様を観測することができた。透過型電子顕微鏡で観測された貫通転位の周期と近接場フォトルミネッセンス強度の明暗の縞模様の周期とがよく一致することから、１００ｎｍ以下の空間分解能でＧａＮ単結晶の貫通転位による発光分布を測定することができた。
【００４０】
（実施例４）
実施例１と同じ装置、試料を用い、加速電圧を２０ｋＶとした以外は同様に測定を行った。その結果、表層のＡｌＧａＡｓによるカソードルミネッセンスの測定強度に対する基材のＧａＡｓからのカソードルミネッセンスの測定強度の割合は、採光部を通なかった場合に対し、採光部を通じたときには約３分の１まで減少していた。実施例１と同様の考察により深さ分解能および空間分解能の数字はそれぞれ約３分の１となり優れた分解能を呈することがわかった。
【００４１】
（実施例１および４からの考察）
カソードルミネッセンスの測定深さは試料に入る電子線の加速電圧が高くなれば大きくなる。採光部が試料からのカソードルミネッセンスを選択して通過するという機能のみであれば、電子線の加速電圧にかかわらず、カソードルミネッセンスの強度比（表層のＡｌＧａＡｓによるカソードルミネッセンスの測定強度に対する基材のＧａＡｓからのカソードルミネッセンスの測定強度の割合）の割合は一定であり、深さ分解能は加速電圧によって変化しないはずである。しかし、実施例１では、加速電圧１０ｋＶの場合、表層のＡｌＧａＡｓによるカソードルミネッセンスの測定強度に対する基材のＧａＡｓからのカソードルミネッセンスの測定強度の割合は、採光部を通さなかった場合に対し、採光部を通じたときには約１０分の１であった。加速電圧が２０ｋＶであった実施例４では約３分の１であった。
【００４２】
すると本発明の測定で採光部を介在させることにより、カソードルミネッセンスの採光のみならず電子線照射という技術要素にもよい作用を奏していることになる。具体的には、試料中での電子線の拡散が抑制されるという効果と推測される。試料中での電子線の拡散が抑制されることは、試料中の発光領域も小さくなり、その結果、深さ分解能および空間分解能の数字が小さくなり、優れた効果を奏することになる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のカソードルミネッセンス装置および測定方法は、分析機器の産業のみならず、エレクトロニクス部品産業の分野等で、製品の状態を微細な部分について解析することができ、品質向上や歩留まりの向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のカソードルミネッセンス装置の概略図
【図２】本発明の装置の電子線照射、試料台、集光器および採光部を示す概略図
【図３】採光部の概略図
【図４】GaAs基材試料中での電子の広がり（拡散）をモンテカルロシミュレーションにより計算した結果
【符号の説明】
【００４５】
１：電子銃
２：試料台
３：試料
４：採光部
５：集光器
６：カソードルミネッセンス、近接場ラマン散乱光または近接場フォトルミネッセンス
７：カンチレバー
８：小孔
９：分光器
９’：分光器
１０、１０’：検出器
１１：レーザー発生装置
１２：レーザー
１３：電子線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃と、電子銃から放出される電子線が照射される試料を載置するための試料台と、試料からの発光を集光し、さらに光の波長に応じて分光する手段と、分光された光の強度を測定する手段とを有するカソードルミネッセンス測定装置であって、試料台に載置される試料の表面の近傍に、試料側に突出し、その頂部に照射電子線および試料からの発光を透過させるための小孔を有する採光部を有することを特徴とするカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項２】
さらに、試料からの二次電子を検出する検出器または試料からの透過電子を検出する検出器を有する請求項１記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項３】
さらに、レーザー発光装置を有し、発光されたレーザーが採光部の小孔を通過するようレーザー光の光路が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のカソードルミネッセンス装置。
【請求項４】
採光部が中空であり、かつ底面は存在しない錐形であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項５】
採光部の形状が角錐または円錐であることを特徴とする請求項４記載のカソードルミネッセンス装置。
【請求項６】
採光部の小孔の直径が３００ｎｍ以下である請求項１〜５いずれかに記載のカソードルミネッセンス装置。
【請求項７】
採光部の主たる構成材料が金属、半導体およびセラミックスから選ばれるものであることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載のカソードルミネッセンス装置。
【請求項８】
採光部の主たる構成材料が半導体又はセラミックスであって、採光部の構成材料の試料側の面および／又は反対側の面に、０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚みの金属薄膜が被覆されていることを特徴とする請求項７記載のカソードルミネッセンス装置。
【請求項９】
試料からの発光を集光するための手段がミラー式集光器であることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載のカソードルミネッセンス複合装置。
【請求項１０】
試料からの発光を分光する手段が、回折格子型分光器、プリズム型分光器、光学フィルター型分光器およびダイクロイックミラー型分光器からなる群から選ばれる少なくとも一つの分光器である請求項１〜９いずれか記載のカソードルミネッセンス複合装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれか記載のカソードルミネッセンス装置を用い、試料台に試料を載置し、電子線を採光部の小孔を通じて試料に照射し、試料から発せられるカソードルミネッセンスを採光部の小孔に通過させ、カソードルミネッセンスを集光し、さらに分光し、分光した光の強度を測定することを特徴とするカソードルミネッセンス分析方法。
【請求項１２】
レーザー光発光装置を有し、発光されたレーザーが採光部の小孔を通過するようレーザー光発光装置が配置されている請求項２〜１０いずれか記載のカソードルミネッセンス装置を用い、試料台に試料を載置し、レーザー光を採光部の小孔に向けて照射し、試料からの発光を、採光部の小孔を通じさせ、通過した発光を集光し、さらに分光し、分光した光の強度を測定することを特徴とする光学的分析方法。
【請求項１３】
発光がラマン光またはフォトルミネッセンスであることを特徴とする請求項１２記載の光学的分析方法。
【請求項１４】
試料が半導体、酸化物、強誘電体および窒化物であることを特徴とする請求項１１〜１３いずれかの記載の測定方法。
【請求項１５】
試料が各種電子機器用の素子であることを特徴とする請求項１１〜１３いずれかの記載の測定方法。
【請求項１】
電子銃と、電子銃から放出される電子線が照射される試料を載置するための試料台と、試料からの発光を集光し、さらに光の波長に応じて分光する手段と、分光された光の強度を測定する手段とを有するカソードルミネッセンス測定装置であって、試料台に載置される試料の表面の近傍に、試料側に突出し、その頂部に照射電子線および試料からの発光を透過させるための小孔を有する採光部を有することを特徴とするカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項２】
さらに、試料からの二次電子を検出する検出器または試料からの透過電子を検出する検出器を有する請求項１記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項３】
さらに、レーザー発光装置を有し、発光されたレーザーが採光部の小孔を通過するようレーザー光の光路が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のカソードルミネッセンス装置。
【請求項４】
採光部が中空であり、かつ底面は存在しない錐形であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のカソードルミネッセンス測定装置。
【請求項５】
採光部の形状が角錐または円錐であることを特徴とする請求項４記載のカソードルミネッセンス装置。
【請求項６】
採光部の小孔の直径が３００ｎｍ以下である請求項１〜５いずれかに記載のカソードルミネッセンス装置。
【請求項７】
採光部の主たる構成材料が金属、半導体およびセラミックスから選ばれるものであることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載のカソードルミネッセンス装置。
【請求項８】
採光部の主たる構成材料が半導体又はセラミックスであって、採光部の構成材料の試料側の面および／又は反対側の面に、０．１ｎｍ〜１００ｎｍの厚みの金属薄膜が被覆されていることを特徴とする請求項７記載のカソードルミネッセンス装置。
【請求項９】
試料からの発光を集光するための手段がミラー式集光器であることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載のカソードルミネッセンス複合装置。
【請求項１０】
試料からの発光を分光する手段が、回折格子型分光器、プリズム型分光器、光学フィルター型分光器およびダイクロイックミラー型分光器からなる群から選ばれる少なくとも一つの分光器である請求項１〜９いずれか記載のカソードルミネッセンス複合装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれか記載のカソードルミネッセンス装置を用い、試料台に試料を載置し、電子線を採光部の小孔を通じて試料に照射し、試料から発せられるカソードルミネッセンスを採光部の小孔に通過させ、カソードルミネッセンスを集光し、さらに分光し、分光した光の強度を測定することを特徴とするカソードルミネッセンス分析方法。
【請求項１２】
レーザー光発光装置を有し、発光されたレーザーが採光部の小孔を通過するようレーザー光発光装置が配置されている請求項２〜１０いずれか記載のカソードルミネッセンス装置を用い、試料台に試料を載置し、レーザー光を採光部の小孔に向けて照射し、試料からの発光を、採光部の小孔を通じさせ、通過した発光を集光し、さらに分光し、分光した光の強度を測定することを特徴とする光学的分析方法。
【請求項１３】
発光がラマン光またはフォトルミネッセンスであることを特徴とする請求項１２記載の光学的分析方法。
【請求項１４】
試料が半導体、酸化物、強誘電体および窒化物であることを特徴とする請求項１１〜１３いずれかの記載の測定方法。
【請求項１５】
試料が各種電子機器用の素子であることを特徴とする請求項１１〜１３いずれかの記載の測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２４９４７８（Ｐ２００８−２４９４７８Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９１０２６（Ｐ２００７−９１０２６）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００１５１２４３）株式会社東レリサーチセンター (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００１５１２４３）株式会社東レリサーチセンター (10)
【Ｆターム（参考）】
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