大気圧中における固体表面変化の観察・分析方法およびその装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は大気圧中の固体表面変化の観察・分析方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】従来、固体表面の変化の観察は、一般的に真空中の固体表面観察・分析装置を用いて行われてきた。例えば、真空中の固体表面観察・分析機構を有する真空装置中に活性ガスを導入して固体表面を変化させ、その表面変化を固体表面観察・分析機構によって調べる方法がとられた（ F.M. Leibsk et al.，Physical Review Ｂ，３８巻，５７８０ページ，１９８８年）。しかしこれらの方法では真空中表面分析手法を用いるため、活性ガス成分による大気圧中での表面変化をその場で観察することができなかった。一方、大気圧中の固体表面観察・分析方法による固体表面観察・分析においては、通常の大気中で表面観察・分析が行われるために、固体表面の変化を十分に制御することができなかった。このために大気圧中、固体表面観察・分析装置は変化の少ない一定の表面状態の観察・分析にのみ用いられて、表面変化の観察・分析用には用いられることが少なかった。このように、従来は固体表面の大気圧中での変化を制御性良く直接的に観察・分析する手法はなかった。本発明の目的は、このような従来の表面変化観察・分析方法の欠点を除去し、大気圧中での活性ガス成分による固体表面変化を直接的にその場で観察・分析する方法およびその装置を提供することにある。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、不活性ガス中の表面観察・分析装置中に、大気を混入させることなく不活性ガス中で固体表面を導入し、次いで不活性ガスに活性ガスを混入させ、この混合ガス雰囲気中で固体表面観察・分析を行って活性ガスによる固体表面の変化を観察することを特徴とする大気圧中における固体表面変化の観察・分析方法である。またその方法を実施するための装置は、不活性ガスで満たされた連結した複数の箱状体からなり、各箱状体は該箱状体間に不活性ガス中で固体を移動させる移送機構を備え、かつ前記箱状体のうちのいずれかが、不活性ガスに活性ガスを混合させる機構、該混合ガス中で固体表面を観察・分析する機構および単数または複数の固体表面の前処理機構を備え、少なくとも一個の箱状体は不活性ガス充填前の真空排気機構を備えてなることを特徴とするか、あるいは不活性ガスで満たされた連結した複数の箱状体からなり、各箱状体は該箱状体間に不活性ガス中で固体を移動させる移送機構を備え、かつ前記箱状体のうちのいずれかが、不活性ガス中でプロセス装置から固体を導入する機構、不活性ガスに活性ガスを混合させる機構および該混合ガス中で固体表面を観察・分析する機構を備えてなることを特徴とする。
【０００４】本発明の方法においては、固体表面変化の観察・分析前に固体表面の処理を不活性ガス中で行うこと、あるいは固体表面変化の観察・分析前に不活性ガス中でプロセス装置から固体表面を導入すること、あるいは固体表面変化の観察・分析の際に光照射を行って活性ガスと光照射の両方による固体表面の変化を観察することを含めることができる。また、固体表面変化の観察・分析後に、不活性ガス雰囲気中で真空中表面分析装置内に固体表面を導入することを含めることができる。また、本発明の装置には、不活性ガスと活性ガスとの混合ガス中で固体表面に光照射する機構、あるいは少なくとも１個の不活性ガス中で表面分析用真空装置中に試料を搬出入する機構を１個もしくは複数の箱状体が備えたものを含めることができる。
【０００５】本発明における表面観察・分析方法としては、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、フ―リエ変換赤外吸収（ＦＴＩＲ）のＡＴＲ（Attenuated Total Reflection）法などが挙げられるが、このほかにも大気圧中での観察・測定が可能な表面観察・分析手法であればその方法は問わない。本発明における表面処理方法としては、表面の化学洗浄、希釈フッ酸による酸化膜除去、水洗等が挙げられる。また、本発明の装置内に次のプロセスを行うことのできる装置を設置するならば、フッ酸蒸気による酸化膜除去、塩素ガスやラジカル、フッ素ガスやラジカルによる表面ドライ洗浄なども可能となる。
【０００６】
【作用】本発明によれば、まず、不活性ガス中で、大気を混入させることなく、不活性ガス中の固体表面観察・分析装置内に固体表面を導入する。このような固体表面の導入により、固体表面変化の観察・分析や、表面処理を行う装置中への、意図しない大気混入を回避することができる。次に装置内の不活性ガスに活性ガスを混入させ、この混合ガス雰囲気中で固体表面変化の観察・分析を行う。これにより、活性ガスによる固体表面の変化過程を大気圧中で観察することができる。場合によってはこのガス雰囲気中で固体表面に光照射を行うが、これにより光照射による固体表面変化および活性ガスと光照射とによる固体表面変化を観察・分析することができる。その結果、大気圧中での、活性ガス成分による固体表面変化を直接的にその場で観察・分析することが可能となる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の大気圧中の固体表面変化の観察・分析装置の一実施例を示す概略構成図である。図中、１１，１２，１３は連結した箱状体で、それぞれ窒素導入口１４，１５，１６、窒素排気口１７，１８，１９を有する。１１は試料導入室で、真空ポンプ２０により真空排気が可能である。１２は表面処理室で、希釈フッ酸容器２１、純水容器２２が設置されており、試料表面の酸化膜除去処理を行うことができる。１３はＡＦＭ観察室で、ＡＦＭ観察用ヘッド２３、試料−測定針位置合わせ用顕微鏡ヘッド２４、顕微鏡用ＣＣＤカメラ２５が設置されている。ＡＦＭ観察室１３の外部にはＡＦＭ制御系２６、ＣＣＤカメラモニタ２７が設置されている。ＡＦＭ観察室１３は酸素ガス導入口２８、水蒸気導入口２９を有する。またＡＦＭ観察室１３は光透過窓３０を有し、窓の外部には光照射装置３１が設置されている。
【０００８】次に、上記の装置を用いた本発明の方法による処理について説明する。表面処理室１２、ＡＦＭ観察室１３には常時、窒素ガスを窒素導入口１５，１６より導入、窒素排出口１８，１９より排出しており、室内は大気圧の窒素ガスで満たされ、湿度は十分低く保たれている。表面凹凸の変化をＡＦＭによって観察しようとする試料３２を試料導入室１１に入れ、この室内の空気をポンプ２０によって排気する。真空排気の後、窒素導入口１４より窒素ガスを導入し、試料導入室１１内を大気圧の窒素ガスで満たす。次に、試料導入室１１と表面処理室の間の扉３３を開け、試料３２を表面処理室１２に導入する。希釈フッ酸容器２１、純水容器２２中の希釈フッ酸、純水によって試料表面の酸化膜を除去する処理を行った後、表面処理室１２とＡＦＭ観察室１３の間の扉３４を開けて試料３２をＳＴＭ、ＡＦＭ観察室１３に導入する。この室内で、位置合わせ用顕微鏡ヘッド２４、顕微鏡用ＣＣＤ２５を用いて試料−針の位置合わせを行った後、ＡＦＭ観察用ヘッド２３によりＡＦＭの測定を開始する。次に酸素ガス導入口２８または水蒸気導入口２９よりＡＦＭ観察室１３に酸素ガスまたは水蒸気を導入し、さらに場合によっては光照射装置３１から照射された光３５を光透過窓３０を通して試料表面に照射する。これによって活性ガスや光照射が表面変化に及ぼす効果をＡＦＭによって観察することができる。試料の搬送、表面処理、測定の際の取り扱いは、表面処理室１２に取り付けられた大気遮断手袋３６、ＡＦＭ観察室１３に取り付けられた大気遮断手袋３７を通して、装置外から作業者が行う。手袋を用いない機械的な搬送装置を設置しても本発明の装置の効果には変わりがない。ＡＦＭ観察室に導入する活性ガスは、装置の損傷が少ないものであれば上記実施例に示した酸素ガス、水蒸気以外のガスであってもかまわない。表面処理室内の表面処理方法は、本実施例のような湿式方法のほか、表面処理室内に乾式の表面処理装置を設置してもよい。また、不活性ガス導入前の真空排気は、試料導入室に限らず、表面処理室や分析室においても行えるようにしてもよい。
【０００９】図２は、上記方法を用いて酸素ガスによる酸化を行ったＳｉ表面のＡＦＭ像（ｂ）を、酸化前のＡＦＭ像（ａ）と比較して示したものである。本発明の方法を用いることにより、装置外の大気の影響なく、酸素ガスによるＳｉ表面酸化に伴う表面凹凸の変化を、大気圧中で簡便に観察できている。
【００１０】図３は、本発明の別の一実施例を示す概略構成図である。図中、２１１，２１２，２１３，２１４は連結した箱で、それぞれ窒素導入口２１５，２１６，２１７，２１８、窒素排気口２１９，２２０，２２１，２２２を有する。２１１は試料導入室で、真空を用いるプロセス装置２２３の試料搬出口２２４と密着して接続されている。２１２は一番目の表面処理室で、この中にはフッ酸蒸気、純水蒸気を用いた表面処理装置２２５が設置されており、試料表面の酸化膜除去処理行うことができる。２１３は２番目の表面処理室で、この中には塩素ラジカルを用いた表面処理装置２２６が設置されており、試料表面の表面汚染除去を行うことができる。２１４は表面分析室で、ＡＦＭ測定装置２２７、ＦＴＩＲ−ＡＴＲ測定装置２２８が設置されており、さらに真空を用いる表面分析装置２２９の試料導入口２３０が設置されている。表面分析室２１４は酸素ガス導入口２３１、水蒸気導入口２３２、エタノ―ル蒸気導入口２３３を有する。また表面分析室２１４は光透過窓２３４を有し、窓の外部には光照射装置２３５が設置されている。
【００１１】次に、上記の装置を用いた本発明の方法による処理について説明する。試料導入室２１１、表面処理室２１２，２１３、表面分析室２１４には常時、窒素ガスを窒素導入口２１５，２１６，２１７，２１８より導入し、窒素排気口２１９，２２０，２２１，２２２より排出しており、各室内は大気圧の窒素ガスで満たされ、湿度は十分低く保たれている。真空を用いるプロセス装置２２３でプロセスを施した試料２３６を、プロセス装置の試料搬出口２２４から出して試料導入室２１１に入れる。次に試料導入室２１１と第一の表面処理室２１２との間の扉２３７を開けて試料２３６を第一の表面処理室２１２に入れ、表面処理装置２２５を用いて酸化膜除去の表面処理を行う。次に第一の表面処理室２１２と第二の表面処理室２１３の間の扉２３８を開けて試料２３６を第二の表面処理室２１３に入れ、表面処理装置２２６を用いて試料表面の汚染除去処理を行う。
【００１２】次に第二の表面処理室２１３と表面分析室２１４の間の扉２３９を開けて試料２３６を表面分析室２１４に導入する。この室内でＡＦＭ測定装置２２７によりＡＦＭの測定を、またＦＴＩＲ−ＡＴＲ測定装置２２８によりＦＴＩＲ−ＡＴＲの測定を開始する。次に酸素ガス導入口２３１または水蒸気導入口２３２またはエタノ―ル蒸気導入口２３３より表面分析室２１４に酸素ガスまたは水蒸気またはエタノ―ル蒸気を導入し、さらに場合によっては光照射装置２３５から照射された光２４０を光透過窓２３４を通して試料表面に照射する。これによって活性ガスや光照射が表面変化に及ぼす効果をＡＦＭによって観察することができる。さらに、変化後の試料表面を真空を用いる表面分析手法によって分析する場合には、試料導入口２３０より試料２３６を真空を用いる表面分析装置２２９に導入し、真空中での表面分析を行うこともできる。試料の搬送、表面処理、測定の際の取り扱いは、試料導入室２１１、第一の表面処理室２１２、第二の表面処理室２１３、表面分析室２１４に取り付けられた大気遮断手袋２４１，２４２，２４３，２４４を通して、装置外から作業者が行う。手袋を用いない機械的な搬送装置を設置しても本発明の装置の効果には変わりがない。表面分析室に導入する活性ガスは、装置の損傷が少ないものであれば上記実施例に示した酸素ガス、水蒸気、エタノ―ル蒸気以外のガスであってもかまわない。
【００１３】第一、第二の実施例に関し、装置内に導入する不活性ガスは実施例で述べた窒素ガスに限るものではなく、乾燥したガスであれば他の不活性ガスであってもよい。また、図１、図３で示した大気圧中での表面分析方法は、ＡＦＭ，ＦＴＩＲ−ＡＴＲに限らず、大気圧中で行う表面分析装置であればそれ以外の表面分析方法であってもよい。また、第二の実施例で図３に示した真空を用いる表面分析方法としては、例えばＸＰＳ、オ−ジェ電子分光、電子線回折などが挙げられるが、真空を用いる表面分析手法であれば他のものでもよい。第二の実施例に関し、図３で示したプロセス装置としては、例えば真空を用いる蒸着装置、エッチング装置、エピタキシャル成長装置などが挙げられるが、他の真空を用いるプロセス装置、あるいは真空を用いない酸化炉などのプロセス装置であってもよい。第一、第二の実施例共に、表面処理室は一つ、または第一、第二の二つに限るものではなく、処理する表面に応じて三つ以上の複数であってもよい。また表面処理室内の表面処理方法は、フッ酸蒸気を用いる方法、塩素ラジカルを用いる方法、希釈フッ酸を用いる方法に限らず、いかなる乾式、湿式の表面処理方法であってもよい。
【００１４】
【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明によれば、大気圧中での活性ガス成分による固体表面変化を、直接的にその場で簡便に観察・分析することが可能となる。従って、本発明の方法を固体表面変化の観察・分析手法に用いることにより、従来にない固体表面変化の観察が可能になり、表面観察・分析技術の向上に大きく寄与できる効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】上記装置による固体表面のＡＦＭ像を示す図である。
【図３】本発明による装置の別の一実施例の概略構成図である。
【符号の説明】
１１，２１１ 試料導入室
１２，２１２，２１３ 表面処理室
１３ ＡＦＭ観察室
１４，１５，１６，２１５，２１６，２１７，２１８ 窒素導入口
１７，１８，１９，２１９，２２０，２２１，２２２ 窒素排気口
２０ 真空ポンプ ２１ 希釈フッ酸容器
２２ 純水容器 ２３ 観察用ヘッド
２４ 試料−測定針位置合わせ用顕微鏡ヘッド
２５ 顕微鏡用ＣＣＤカメラ ２６ 制御系
２７ ＣＣＤカメラモニタ ２８，２３１ 酸素導入口
２９，２３２ 水蒸気導入口 ３０，２３４ 光透過窓
３１，２３５ 光照射装置 ３２，２３６ 試料
３３，３４，２３７，２３８，２３９ 扉
３５，２４０ 光
３６，３７，２４１，２４２，２４３，２４４ 大気遮断手袋
２２５，２２６ 表面処理装置 ２２７ ＳＴＭ・ＡＦＭ測定装置
２２８ ＦＴＩＲ−ＡＴＲ測定装置 ２２９ 真空を用いる表面分析装置
２３０ 試料導入口 ２３３ エタノ―ル蒸気導入口
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は大気圧中の固体表面変化の観察・分析方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】従来、固体表面の変化の観察は、一般的に真空中の固体表面観察・分析装置を用いて行われてきた。例えば、真空中の固体表面観察・分析機構を有する真空装置中に活性ガスを導入して固体表面を変化させ、その表面変化を固体表面観察・分析機構によって調べる方法がとられた（ F.M. Leibsk et al.，Physical Review Ｂ，３８巻，５７８０ページ，１９８８年）。しかしこれらの方法では真空中表面分析手法を用いるため、活性ガス成分による大気圧中での表面変化をその場で観察することができなかった。一方、大気圧中の固体表面観察・分析方法による固体表面観察・分析においては、通常の大気中で表面観察・分析が行われるために、固体表面の変化を十分に制御することができなかった。このために大気圧中、固体表面観察・分析装置は変化の少ない一定の表面状態の観察・分析にのみ用いられて、表面変化の観察・分析用には用いられることが少なかった。このように、従来は固体表面の大気圧中での変化を制御性良く直接的に観察・分析する手法はなかった。本発明の目的は、このような従来の表面変化観察・分析方法の欠点を除去し、大気圧中での活性ガス成分による固体表面変化を直接的にその場で観察・分析する方法およびその装置を提供することにある。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、不活性ガス中の表面観察・分析装置中に、大気を混入させることなく不活性ガス中で固体表面を導入し、次いで不活性ガスに活性ガスを混入させ、この混合ガス雰囲気中で固体表面観察・分析を行って活性ガスによる固体表面の変化を観察することを特徴とする大気圧中における固体表面変化の観察・分析方法である。またその方法を実施するための装置は、不活性ガスで満たされた連結した複数の箱状体からなり、各箱状体は該箱状体間に不活性ガス中で固体を移動させる移送機構を備え、かつ前記箱状体のうちのいずれかが、不活性ガスに活性ガスを混合させる機構、該混合ガス中で固体表面を観察・分析する機構および単数または複数の固体表面の前処理機構を備え、少なくとも一個の箱状体は不活性ガス充填前の真空排気機構を備えてなることを特徴とするか、あるいは不活性ガスで満たされた連結した複数の箱状体からなり、各箱状体は該箱状体間に不活性ガス中で固体を移動させる移送機構を備え、かつ前記箱状体のうちのいずれかが、不活性ガス中でプロセス装置から固体を導入する機構、不活性ガスに活性ガスを混合させる機構および該混合ガス中で固体表面を観察・分析する機構を備えてなることを特徴とする。
【０００４】本発明の方法においては、固体表面変化の観察・分析前に固体表面の処理を不活性ガス中で行うこと、あるいは固体表面変化の観察・分析前に不活性ガス中でプロセス装置から固体表面を導入すること、あるいは固体表面変化の観察・分析の際に光照射を行って活性ガスと光照射の両方による固体表面の変化を観察することを含めることができる。また、固体表面変化の観察・分析後に、不活性ガス雰囲気中で真空中表面分析装置内に固体表面を導入することを含めることができる。また、本発明の装置には、不活性ガスと活性ガスとの混合ガス中で固体表面に光照射する機構、あるいは少なくとも１個の不活性ガス中で表面分析用真空装置中に試料を搬出入する機構を１個もしくは複数の箱状体が備えたものを含めることができる。
【０００５】本発明における表面観察・分析方法としては、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、フ―リエ変換赤外吸収（ＦＴＩＲ）のＡＴＲ（Attenuated Total Reflection）法などが挙げられるが、このほかにも大気圧中での観察・測定が可能な表面観察・分析手法であればその方法は問わない。本発明における表面処理方法としては、表面の化学洗浄、希釈フッ酸による酸化膜除去、水洗等が挙げられる。また、本発明の装置内に次のプロセスを行うことのできる装置を設置するならば、フッ酸蒸気による酸化膜除去、塩素ガスやラジカル、フッ素ガスやラジカルによる表面ドライ洗浄なども可能となる。
【０００６】
【作用】本発明によれば、まず、不活性ガス中で、大気を混入させることなく、不活性ガス中の固体表面観察・分析装置内に固体表面を導入する。このような固体表面の導入により、固体表面変化の観察・分析や、表面処理を行う装置中への、意図しない大気混入を回避することができる。次に装置内の不活性ガスに活性ガスを混入させ、この混合ガス雰囲気中で固体表面変化の観察・分析を行う。これにより、活性ガスによる固体表面の変化過程を大気圧中で観察することができる。場合によってはこのガス雰囲気中で固体表面に光照射を行うが、これにより光照射による固体表面変化および活性ガスと光照射とによる固体表面変化を観察・分析することができる。その結果、大気圧中での、活性ガス成分による固体表面変化を直接的にその場で観察・分析することが可能となる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の大気圧中の固体表面変化の観察・分析装置の一実施例を示す概略構成図である。図中、１１，１２，１３は連結した箱状体で、それぞれ窒素導入口１４，１５，１６、窒素排気口１７，１８，１９を有する。１１は試料導入室で、真空ポンプ２０により真空排気が可能である。１２は表面処理室で、希釈フッ酸容器２１、純水容器２２が設置されており、試料表面の酸化膜除去処理を行うことができる。１３はＡＦＭ観察室で、ＡＦＭ観察用ヘッド２３、試料−測定針位置合わせ用顕微鏡ヘッド２４、顕微鏡用ＣＣＤカメラ２５が設置されている。ＡＦＭ観察室１３の外部にはＡＦＭ制御系２６、ＣＣＤカメラモニタ２７が設置されている。ＡＦＭ観察室１３は酸素ガス導入口２８、水蒸気導入口２９を有する。またＡＦＭ観察室１３は光透過窓３０を有し、窓の外部には光照射装置３１が設置されている。
【０００８】次に、上記の装置を用いた本発明の方法による処理について説明する。表面処理室１２、ＡＦＭ観察室１３には常時、窒素ガスを窒素導入口１５，１６より導入、窒素排出口１８，１９より排出しており、室内は大気圧の窒素ガスで満たされ、湿度は十分低く保たれている。表面凹凸の変化をＡＦＭによって観察しようとする試料３２を試料導入室１１に入れ、この室内の空気をポンプ２０によって排気する。真空排気の後、窒素導入口１４より窒素ガスを導入し、試料導入室１１内を大気圧の窒素ガスで満たす。次に、試料導入室１１と表面処理室の間の扉３３を開け、試料３２を表面処理室１２に導入する。希釈フッ酸容器２１、純水容器２２中の希釈フッ酸、純水によって試料表面の酸化膜を除去する処理を行った後、表面処理室１２とＡＦＭ観察室１３の間の扉３４を開けて試料３２をＳＴＭ、ＡＦＭ観察室１３に導入する。この室内で、位置合わせ用顕微鏡ヘッド２４、顕微鏡用ＣＣＤ２５を用いて試料−針の位置合わせを行った後、ＡＦＭ観察用ヘッド２３によりＡＦＭの測定を開始する。次に酸素ガス導入口２８または水蒸気導入口２９よりＡＦＭ観察室１３に酸素ガスまたは水蒸気を導入し、さらに場合によっては光照射装置３１から照射された光３５を光透過窓３０を通して試料表面に照射する。これによって活性ガスや光照射が表面変化に及ぼす効果をＡＦＭによって観察することができる。試料の搬送、表面処理、測定の際の取り扱いは、表面処理室１２に取り付けられた大気遮断手袋３６、ＡＦＭ観察室１３に取り付けられた大気遮断手袋３７を通して、装置外から作業者が行う。手袋を用いない機械的な搬送装置を設置しても本発明の装置の効果には変わりがない。ＡＦＭ観察室に導入する活性ガスは、装置の損傷が少ないものであれば上記実施例に示した酸素ガス、水蒸気以外のガスであってもかまわない。表面処理室内の表面処理方法は、本実施例のような湿式方法のほか、表面処理室内に乾式の表面処理装置を設置してもよい。また、不活性ガス導入前の真空排気は、試料導入室に限らず、表面処理室や分析室においても行えるようにしてもよい。
【０００９】図２は、上記方法を用いて酸素ガスによる酸化を行ったＳｉ表面のＡＦＭ像（ｂ）を、酸化前のＡＦＭ像（ａ）と比較して示したものである。本発明の方法を用いることにより、装置外の大気の影響なく、酸素ガスによるＳｉ表面酸化に伴う表面凹凸の変化を、大気圧中で簡便に観察できている。
【００１０】図３は、本発明の別の一実施例を示す概略構成図である。図中、２１１，２１２，２１３，２１４は連結した箱で、それぞれ窒素導入口２１５，２１６，２１７，２１８、窒素排気口２１９，２２０，２２１，２２２を有する。２１１は試料導入室で、真空を用いるプロセス装置２２３の試料搬出口２２４と密着して接続されている。２１２は一番目の表面処理室で、この中にはフッ酸蒸気、純水蒸気を用いた表面処理装置２２５が設置されており、試料表面の酸化膜除去処理行うことができる。２１３は２番目の表面処理室で、この中には塩素ラジカルを用いた表面処理装置２２６が設置されており、試料表面の表面汚染除去を行うことができる。２１４は表面分析室で、ＡＦＭ測定装置２２７、ＦＴＩＲ−ＡＴＲ測定装置２２８が設置されており、さらに真空を用いる表面分析装置２２９の試料導入口２３０が設置されている。表面分析室２１４は酸素ガス導入口２３１、水蒸気導入口２３２、エタノ―ル蒸気導入口２３３を有する。また表面分析室２１４は光透過窓２３４を有し、窓の外部には光照射装置２３５が設置されている。
【００１１】次に、上記の装置を用いた本発明の方法による処理について説明する。試料導入室２１１、表面処理室２１２，２１３、表面分析室２１４には常時、窒素ガスを窒素導入口２１５，２１６，２１７，２１８より導入し、窒素排気口２１９，２２０，２２１，２２２より排出しており、各室内は大気圧の窒素ガスで満たされ、湿度は十分低く保たれている。真空を用いるプロセス装置２２３でプロセスを施した試料２３６を、プロセス装置の試料搬出口２２４から出して試料導入室２１１に入れる。次に試料導入室２１１と第一の表面処理室２１２との間の扉２３７を開けて試料２３６を第一の表面処理室２１２に入れ、表面処理装置２２５を用いて酸化膜除去の表面処理を行う。次に第一の表面処理室２１２と第二の表面処理室２１３の間の扉２３８を開けて試料２３６を第二の表面処理室２１３に入れ、表面処理装置２２６を用いて試料表面の汚染除去処理を行う。
【００１２】次に第二の表面処理室２１３と表面分析室２１４の間の扉２３９を開けて試料２３６を表面分析室２１４に導入する。この室内でＡＦＭ測定装置２２７によりＡＦＭの測定を、またＦＴＩＲ−ＡＴＲ測定装置２２８によりＦＴＩＲ−ＡＴＲの測定を開始する。次に酸素ガス導入口２３１または水蒸気導入口２３２またはエタノ―ル蒸気導入口２３３より表面分析室２１４に酸素ガスまたは水蒸気またはエタノ―ル蒸気を導入し、さらに場合によっては光照射装置２３５から照射された光２４０を光透過窓２３４を通して試料表面に照射する。これによって活性ガスや光照射が表面変化に及ぼす効果をＡＦＭによって観察することができる。さらに、変化後の試料表面を真空を用いる表面分析手法によって分析する場合には、試料導入口２３０より試料２３６を真空を用いる表面分析装置２２９に導入し、真空中での表面分析を行うこともできる。試料の搬送、表面処理、測定の際の取り扱いは、試料導入室２１１、第一の表面処理室２１２、第二の表面処理室２１３、表面分析室２１４に取り付けられた大気遮断手袋２４１，２４２，２４３，２４４を通して、装置外から作業者が行う。手袋を用いない機械的な搬送装置を設置しても本発明の装置の効果には変わりがない。表面分析室に導入する活性ガスは、装置の損傷が少ないものであれば上記実施例に示した酸素ガス、水蒸気、エタノ―ル蒸気以外のガスであってもかまわない。
【００１３】第一、第二の実施例に関し、装置内に導入する不活性ガスは実施例で述べた窒素ガスに限るものではなく、乾燥したガスであれば他の不活性ガスであってもよい。また、図１、図３で示した大気圧中での表面分析方法は、ＡＦＭ，ＦＴＩＲ−ＡＴＲに限らず、大気圧中で行う表面分析装置であればそれ以外の表面分析方法であってもよい。また、第二の実施例で図３に示した真空を用いる表面分析方法としては、例えばＸＰＳ、オ−ジェ電子分光、電子線回折などが挙げられるが、真空を用いる表面分析手法であれば他のものでもよい。第二の実施例に関し、図３で示したプロセス装置としては、例えば真空を用いる蒸着装置、エッチング装置、エピタキシャル成長装置などが挙げられるが、他の真空を用いるプロセス装置、あるいは真空を用いない酸化炉などのプロセス装置であってもよい。第一、第二の実施例共に、表面処理室は一つ、または第一、第二の二つに限るものではなく、処理する表面に応じて三つ以上の複数であってもよい。また表面処理室内の表面処理方法は、フッ酸蒸気を用いる方法、塩素ラジカルを用いる方法、希釈フッ酸を用いる方法に限らず、いかなる乾式、湿式の表面処理方法であってもよい。
【００１４】
【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明によれば、大気圧中での活性ガス成分による固体表面変化を、直接的にその場で簡便に観察・分析することが可能となる。従って、本発明の方法を固体表面変化の観察・分析手法に用いることにより、従来にない固体表面変化の観察が可能になり、表面観察・分析技術の向上に大きく寄与できる効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】上記装置による固体表面のＡＦＭ像を示す図である。
【図３】本発明による装置の別の一実施例の概略構成図である。
【符号の説明】
１１，２１１ 試料導入室
１２，２１２，２１３ 表面処理室
１３ ＡＦＭ観察室
１４，１５，１６，２１５，２１６，２１７，２１８ 窒素導入口
１７，１８，１９，２１９，２２０，２２１，２２２ 窒素排気口
２０ 真空ポンプ ２１ 希釈フッ酸容器
２２ 純水容器 ２３ 観察用ヘッド
２４ 試料−測定針位置合わせ用顕微鏡ヘッド
２５ 顕微鏡用ＣＣＤカメラ ２６ 制御系
２７ ＣＣＤカメラモニタ ２８，２３１ 酸素導入口
２９，２３２ 水蒸気導入口 ３０，２３４ 光透過窓
３１，２３５ 光照射装置 ３２，２３６ 試料
３３，３４，２３７，２３８，２３９ 扉
３５，２４０ 光
３６，３７，２４１，２４２，２４３，２４４ 大気遮断手袋
２２５，２２６ 表面処理装置 ２２７ ＳＴＭ・ＡＦＭ測定装置
２２８ ＦＴＩＲ−ＡＴＲ測定装置 ２２９ 真空を用いる表面分析装置
２３０ 試料導入口 ２３３ エタノ―ル蒸気導入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】 不活性ガス中の表面観察・分析装置中に、大気を混入させることなく不活性ガス中で固体表面を導入し、次いで不活性ガスに活性ガスを混入させ、この混合ガス雰囲気中で固体表面観察・分析を行って活性ガスによる固体表面の変化を観察することを特徴とする大気圧中における固体表面変化の観察・分析方法。
【請求項２】 不活性ガスで満たされた連結した複数の箱状体からなり、各箱状体は該箱状体間に不活性ガス中で固体を移動させる移送機構を備え、かつ前記箱状体のうちのいずれかが、不活性ガスに活性ガスを混合させる機構、該混合ガス中で固体表面を観察・分析する機構および単数または複数の固体表面の前処理機構を備え、少なくとも一個の箱状体は不活性ガス充填前の真空排気機構を備えてなることを特徴とする大気圧中における固体表面変化の観察・分析装置。
【請求項３】 不活性ガスで満たされた連結した複数の箱状体からなり、各箱状体は該箱状体間に不活性ガス中で固体を移動させる移送機構を備え、かつ前記箱状体のうちのいずれかが、不活性ガス中でプロセス装置から固体を導入する機構、不活性ガスに活性ガスを混合させる機構および該混合ガス中で固体表面を観察・分析する機構を備えてなることを特徴とする大気圧中における固体表面変化の観察・分析装置。
【請求項１】 不活性ガス中の表面観察・分析装置中に、大気を混入させることなく不活性ガス中で固体表面を導入し、次いで不活性ガスに活性ガスを混入させ、この混合ガス雰囲気中で固体表面観察・分析を行って活性ガスによる固体表面の変化を観察することを特徴とする大気圧中における固体表面変化の観察・分析方法。
【請求項２】 不活性ガスで満たされた連結した複数の箱状体からなり、各箱状体は該箱状体間に不活性ガス中で固体を移動させる移送機構を備え、かつ前記箱状体のうちのいずれかが、不活性ガスに活性ガスを混合させる機構、該混合ガス中で固体表面を観察・分析する機構および単数または複数の固体表面の前処理機構を備え、少なくとも一個の箱状体は不活性ガス充填前の真空排気機構を備えてなることを特徴とする大気圧中における固体表面変化の観察・分析装置。
【請求項３】 不活性ガスで満たされた連結した複数の箱状体からなり、各箱状体は該箱状体間に不活性ガス中で固体を移動させる移送機構を備え、かつ前記箱状体のうちのいずれかが、不活性ガス中でプロセス装置から固体を導入する機構、不活性ガスに活性ガスを混合させる機構および該混合ガス中で固体表面を観察・分析する機構を備えてなることを特徴とする大気圧中における固体表面変化の観察・分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【特許番号】第２９６４６９７号
【登録日】平成１１年（１９９９）８月１３日
【発行日】平成１１年（１９９９）１０月１８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−１２１８３７
【出願日】平成３年（１９９１）４月２５日
【公開番号】特開平４−３２６００７
【公開日】平成４年（１９９２）１１月１６日
【審査請求日】平成９年（１９９７）１２月１５日
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【参考文献】
【文献】特開 昭５２−６００６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平５−１１３３０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−２２０５０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−２１６６１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平３−１９１８０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平３−２４４０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６４−５９７５０（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１１年（１９９９）８月１３日
【発行日】平成１１年（１９９９）１０月１８日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）４月２５日
【公開番号】特開平４−３２６００７
【公開日】平成４年（１９９２）１１月１６日
【審査請求日】平成９年（１９９７）１２月１５日
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【参考文献】
【文献】特開 昭５２−６００６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平５−１１３３０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−２２０５０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平４−２１６６１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平３−１９１８０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平３−２４４０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６４−５９７５０（ＪＰ，Ａ）
[ Back to top ]