説明

試料の定量面分析方法

【課題】面分析における定量分析の精度を向上させる方法を提供する。
【解決手段】試料表面上に点分析位置と点分析位置を含むように面分析領域を指定し、点分析位置に一次エネルギー線を照射して発生した二次エネルギー線に基づいて点分析におけるピーク強度とバックグランド強度を取得し、面分析領域内を一次エネルギーで走査して発生した二次エネルギー線に基づいて面分析におけるピーク強度とバックグランド強度を取得し、次に、点分析におけるピーク強度とバックグランド強度から原子濃度を求め、面分析におけるピーク強度とバックグランド強度の内で点分析位置に対応した位置に存在する元素に対応したピーク強度とバックグランド強度と、求めた原子濃度から元素に対応した相対感度係数値を求め、この相対感度係数と面分析におけるピーク強度とバックグランド強度とに基づいて面分析領域の定量計算を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は面分析の定量精度を向上させる試料の定量面分析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
分光装置等のエネルギー線を用いる試料分析装置では、細く絞った一次エネルギー線を試料表面に照射し、試料から発生する二次エネルギー線を分光・検出して、面分析、定量分析等を行うことができる。
【0003】
図1は一次エネルギー線が電子ビームで、該電子ビーム照射により試料から発生する二次エネルギー線がオージェ電子であるオージェ電子分光装置の概略例を示す。
【0004】
図中1は電子銃、2,3は、それぞれ、前記電子銃1からの電子ビーム4を試料5上に集束するための集束レンズ,対物レンズである。
【0005】
6X,6Yは前記電子銃1から放出した電子ビーム4で前記試料5上を、それぞれ、X方向,Y方向に走査するためのX方向偏向器,Y方向偏向器である。
5は試料、7は該試料を載置する試料ステージである。
8はオージェ電子分光装置を成す各手段、制御並びに収集データに基づく各種演算処理を行う演算装置である。
9は該演算装置8の指令に基づいて集束レンズ2、X方向偏向器6X、Y方向偏向器6Y、対物レンズ3に制御信号を送る電源制御装置、10は前記演算装置8の指令に基づいて前記試料ステージ7を移動制御する試料ステージ制御装置である。
11は前記試料5から放出されたオージェ電子を分光・検出するオージェ電子分光器で、該オージェ電子分光器の出力信号は増幅器12、A/D変換器13を介して前記演算装置8に送られる。
14は前記A/D変換されたオージェ電子分光器11の出力信号を蓄える記憶装置で、15は前記演算装置8の指令に基づいて前記記憶装置14から読み出されたデータを二次元分布像で表示する表示装置、16はマウス、キーボードなどの入力装置である。
尚、図示しなかったが、電子ビームで試料上を走査したとき、該試料5から発生する二次電子を検出する二次電子検出器も設けられている。
この様な構成のオージェ電子分光装置で試料の定量分析する方法について説明する。
先ず、入力装置16で試料5上の面分析したい領域(以後、面分析領域と称す)と分析条件を指定する。演算装置8は入力装置16から面分析領域と分析条件を読み込み。電源制御装置9に面分析領域を走査するための指令を送る。
【0006】
前記電源制御装置9は、試料5上に電子ビーム4を集束させるための制御信号を集束レンズ2と対物レンズ3に送り、試料上の面分析領域を電子ビームで走査するためのX方向走査信号,Y方向走査信号を、それぞれX方向偏向器6X,Y方向偏向器6Yに送る。
すると、電子銃1から放出された電子ビーム4は、集束レンズ2及び対物レンズ3により細く絞られて試料5上に集束され、前記X方向偏向器6XおよびY方向偏向器6Yにより、前記試料5上の面分析領域を二次元的に走査する。
【0007】
該走査により試料表面から発生したオージェ電子は、オージェ電子分光器11により分光・検出される。該オージェ電子分光器11の出力信号は、増幅器12及びA/D変換器13を介して演算装置8に送られ、該演算装置8の指令により、記憶装置14に蓄えられる。
ここで、記憶装置14に蓄えられるオージェ電子ピーク強度マップとバックグランド強度マップについて説明する。
先ず、前記オージェ電子分光器11で測定されたピークスペクトルを図2に
示す。図中の縦軸はスペクトル強度を示し、横軸はエネルギーを示す。
例えば、図2のような元素Aのピークスペクトルが取得されたとすると、元素Aのピーク強度を測定する場合、オージェ電子ピーク強度とバックグランド強度はピークのエネルギー値E1としてオージェ電子ピーク強度をPAと設定し、バックグランドのエネルギー値E2としてバックグランド強度をBと設定し、元素Aのピーク強度PA−Bを得る。
元素マップピングでは図3に示すように元素Aのマップ座標(i , j)におけるオージェ電子ピーク強度P(i , j)と、元素Aのマップ座標(i , j)におけるバックグランド強度B(i , j)の2画像を取得する。
図3の(イ)ではマップ上の座標(i , j)における元素AからNのオージェ電子ピーク強度のそれぞれを、P(i , j)、P(i , j)、・・・・P(i , j)とし、図3の(ロ)ではマップ座標(i , j)のバックグランド強度をB(i , j)、B(i , j)、・・・・、B(i , j)として現している。
図中の(i , j)は変数であり、マップ座標位置毎に変化する変数である。従って、座標(i , j)は面分析領域内の全ての座標であり、二次元元素分布像の表示を行う際の各画素の位置に対応している。
【0008】
次に、面分析の定量分析(即ち定量面分析)を一般的な相対感度係数法で行う場合について説明する。
演算装置8は記憶装置14から面分析結果の元素AからNのオージェ電子ピーク強度マップデータとバックグランド強度マップデータとを読み出し、予め入力装置16により入力されているデータベース化されている既知の元素AからNの相対感度係数S、S、・・・、S(点分析の相対感度係数)に基づいて、面分析に対する定量計算をして定量分析を行う。
即ち、前記演算装置8はマップ座標(i , j)に対し元素AからNの原子濃度C、C、・・・Cを演算する。
【0009】
【数1】

【0010】
【数2】

【0011】
・・・・・・
【0012】
【数3】

【0013】

そして、合計が1に規格化された原子濃度(単位at%)のマップデータ(図示せず)を作成する。
尚、P(i , j)−B(i , j)、・・・、PN(i , j)−BN(i , j)は試料5から検出された元素AからNのピーク強度に対応する。
前記演算装置8は、このように作成した原子濃度のマップデータを表示装置15に送り、二次元分布像として表示させる。
【0014】
【特許文献1】特開2006−118941号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
しかし、従来技術で示したように相対感度係数は定量分析するためには必須であるが、一般的には、ある一定のエネルギー幅を持ったピークスペクトルに適用するための値である。そのため、ピークのエネルギー値E1とバックグランドのエネルギー値E2の僅か2点のみの測定でマッピングする場合、特別な条件で測定する場合を除いて、そのまま適用することができなかった。
【0016】
本発明は、この様な問題を解決する新規な面分析における定量分析方法を
を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明の試料の定量面分析方法は、試料表面上に点分析位置と該点分析位置を含む面分析領域を指定する工程、前記点分析位置に一次エネルギー線を照射し、該一次エネルギー線照射により前記試料から発生した二次エネルギー線に基づいて、元素Aに対応するピーク強度信号とバックグランド強度信号を得てそれらを記憶する工程、前記面分析領域を一次エネルギー線で走査し、該走査により前記試料から発生した二次エネルギー線に基づいて、元素Aに対応する面分析におけるピーク強度信号とバックグランド強度信号を得てそれらを記憶する工程、前記ピーク強度信号とバックグランド強度信号に基づいて前記元素Aに対応する原子濃度を求めてそれを記憶する工程、前記面分析におけるピーク強度信号とバックグランド強度信号の内、前記点分析位置の前記元素Aに対応するピーク強度信号とバックグランド強度信号と前記原子濃度から前記元素Aに対応する原子の相対感度係数を算出する工程、および、該相対感度係数と前記面分析により得られたピーク強度信号とバックグランド強度信号とに基づいて前記面分析領域の定量計算を行う工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、面分析領域内の代表位置で点分析し正確な定量を行って、面分析に対応した相対感度係数を求め、この相対感度係数を用いて面分析領域の定量計算を行うので、面分析の定量精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下に添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0020】
図4は本発明の定量面分析方法を実施する装置の一つであるオージェ電子分光装置の主要部の一概略例を示したもので、前記図1にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
【0021】
図4に示す装置から図1に示す装置と異なるところは記憶装置と演算装置の
構成である。
即ち、記憶装置14'内には、面分析領域内で点分析した座標位置に対応させ
て、オージェ電子ピーク強度信号及びバックグランド強度信号が蓄えられる点分析情報記憶部24と、試料上の指定した領域を面分析し、取得されたオージェ電子ピーク強度マップデータとバックグランド強度マップデータが蓄えられる面分析情報記憶部25とを含んでいる。
また、演算装置8'内には、入力装置16から入力された試料5上の分析領域
または分析位置と分析条件を読み込み、分析領域または分析位置を電源制御装置9および試料ステージ制御装置10に設定し、分析条件を電源制御装置9およびオージェ電子分光器13に設定する設定手段19と、前記点分析情報記憶部24からの試料上を点分析して取得したオージェ電子ピーク強度信号及びバックグランド強度信号に基づいて原子濃度を算定する点分析の定量分析演算手段20と、該点分析の定量分析演算手段20で算定された原子濃度を一旦蓄える記憶手段21と、前記点分析の定量分析演算手段20の出力に従って、前記面分析情報記憶部25のオージェ電子ピーク強度マップデータと前記バックグランド強度マップデータの中から点分析位置に対応したマップ位置に存在する元素に対応するオージェ電子ピーク強度信号とバックグランド強度信号と前記記憶手段21から原子濃度に基づいて、面分析に対応した相対感度係数値を算定する補正係数演算手段22と、前記面分析情報記憶部25からの前記オージェ電子ピーク強度マップデータと前記バックグランド強度マップデータと、前記補正係数演算手段22からの前記面分析に対応した相対感度係数に基づいて、該面分析に対応した相対感度係数を用いて面分析の原子濃度を算出する面分析の定量分析演算手段23とを含む。
次に、このような構成のオージェ電子分光装置による試料の定量面分析方法を図4、図5、図6、図7を用いて説明する。
先ず、図7に示すように電子ビームで試料5上を走査し、該走査により試料5から発生した二次電子を検出した信号に基づいて表示装置15上に試料5に二次電子像50を表示させる。
次に、オペレータは入力装置16により、前記表示装置15に表示された試料の二次電子像中で、試料5上の点分析を行う点分析位置51A、51B、51Cと点分析条件を指定する(S301、S302)。
【0022】
すると、演算装置8'内の設定手段19は、指定された点分析位置51Aと点分析条件を読み込み、該指定点分析位置に基づく移動指令を試料ステージ制御装置10に送り、点分析条件に基づく電源制御指令を電源制御装置9に送る。
【0023】
該電源制御装置9はこのような指令に基づいて、集束レンズ2と対物レンズ3には電子銃1からの電子ビームを試料5上で集束させるための制御信号を、X方向偏向器6XとY方向偏向器6Yには試料5上の所定位置に電子ビームが照射されるための制御信号を送るので、前記試料5上の所定位置にスポット状の電子ビームが照射される。
また、前記試料ステージ制御装置10は送られて来た前記点分析位置に基づく移動制御信号に基づいて、試料ステージ7を移動させ、電子ビームのスポット位置に試料5上の点分析したい位置51Aが来るようにする(S303)。
【0024】
前記オージェ電子分光器11は、このように電子ビーム4が点分析位置にスポット照射され、試料5から放出されたオージェ電子を検出し、オージェ電子ピーク強度信号及びバックグランド強度信号を取得する(S304)。
オージェ電子分光器11で取得されたオージェ電子ピーク強度信号及びバックグランド強度信号は、増幅器12、A/D変換器13を介して前記演算装置8'に送られる。
【0025】
該演算装置8'は、前記試料ステージ制御装置10からの移動制御信号および電源制御装置9からの制御信号に基づいて前記試料上の点分析した座標位置を導き出し、該座標位置(51A(x1,y1))とオージェ電子ピーク強度信号及びバックグランド強度信号を記憶装置14‘の点分析情報記憶部24に転送する。
【0026】
該点分析情報記憶部24は送られて来た座標位置に対応するアドレスに送られて来たオージェ電子ピーク強度信号とバックグランド強度信号を蓄える。
前記設定手段19は、試料上の指定したすべての点で点分析が終了したかどうか判定し(S305)、点分析が終了していない場合には、S303に移行し、点分析を行う。このように、試料5上の他の点分析位置51B(X2,Y2)、51C(X3,Y3)、・・・について点分析を行う。
次に、点分析した位置51A、51B、51Bを含む領域の面分析を行う。
面分析を行う場合、先ず、オペレータは前記表示装置15上に表示された試料5上の二次電子像(図7)中で、前記点分析した位置を含むように、前記入力装置16にて、面分析する領域52と面分析条件を指定する(S306、S307)。
【0027】
設定手段19は、指定された面分析する領域52と面分析条件を読み込み、
前記面分析領域に基づく移動制御指令を電源制御装置9と試料ステージ制御装置10に送り、前記面分析条件に基づく電源制御指令を前記電源制御装置9に送る。
【0028】
次に、該電源制御装置9はこの様な指令に基づいて、集束レンズ2と対物レンズ3には、電子銃1からの電子ビームを試料5上で集束させるための制御信号を、偏向器6X、6Yには試料5上の前記指定面分析領域を走査するための制御信号を送り、スポット状の電子ビーム4で試料5上の面分析領域内が走査されるようにする。
前記試料ステージ制御装置10は送られて来た前記面分析領域に基づく移動制御信号に基づいて、試料ステージ7を移動させ、前記試料5上の面分析領域52の中心に電子ビーム4の中心軸が来るようにする。
【0029】
前記オージェ電子分光器11は、この様にして面分析領域52内が電子ビームで走査される(S308)と、前記試料5から放出されたオージェ電子を検出し、オージェ電子ピーク強度信号及びバックグランド強度信号を取得する(S309)。
前記オージェ電子分光器11で取得された前記オージェ電子ピーク強度信号及び前記バックグランド強度信号は、増幅器12、A/D変換器13を介して演算装置8'に送られる。
該演算装置8'は、前記試料ステージ制御装置10からの移動制御信号および前記電源制御装置9からの制御信号に基づいて前記面分析領域の座標位置を導き出し、この面分析領域内の予め決められた多数の座標位置と、該多数の座標おけるオージェ電子ピーク強度信号とバックグランド強度信号から、オージェ電子ピーク強度マップデータとバックグランド強度マップデータを作成し、面分析情報記憶部25に転送する。
該面分析情報記憶部25は送られて来た面分析領域の代表座標位置に対応するアドレスに、送られて来た前記各マップデータを蓄える。
次に、設定手段19が点分析と面分析の終了を認識すると、該設定手段19は点分析の定量分析演算手段20に、点分析した結果に対して定量分析演算の開始を指示する指令を送る。
該点分析の定量分析演算手段20は該指令に基づいて前記点分析情報記憶部24から読み出された前記各点分析結果の前記データを読み込み、原子濃度を演算して求める(S310)。
例えば、点分析の座標位置を(x1,y1)として、検出された信号が元素AからNのオージェ電子ピーク強度をp(x1,y1)、p(x1,y1)、・・・、pN(x1,y1)とし、バックグランド強度をb(x1,y1)、b(x1,y1)、・・・、bN(x1,y1)とすると、元素AからNの原子濃度C(x1,y1)、C(x1,y1)、・・・、C(x1,y1)は、
【0030】
【数4】

【0031】
【数5】

【0032】
・・・・・・
【0033】
【数6】

【0034】
である。
次に、前記点分析の定量分析演算手段20は、算出した元素AからNの原子濃度C(x1,y1)、C(x1,y1)、・・・、C(x1,y1)を記憶手段21に転送するので、該原子濃度は記憶手段21に蓄えられる。
次に、該記憶手段21に蓄えられた原子濃度は補正係数演算手段22に読み込まれると同時に、前記点分析の定量分析演算手段20は補正係数演算手段22に、前記面分析分析情報記憶部25蓄えられた面分析に基づくオージェ電子ピーク強度マップデータと前記バックグランド強度マップデータの中から、前記点分析した座標位置に対応した相対的なマップ座標位置に存在するオージェ電子ピーク強度信号とバックグランド強度信号を読み込むように、該補正係数演算手段22に制御信号を送る。
【0035】
次に、前記補正係数演算手段22は、読み込んだ各データを基に面分析に対応した相対感度係数を算出する演算処理を行う(S311)。
例えば、点分析座標(x1,y1)位置に対応した相対的なマップ座標(x1,y1)での元素AからNのオージェ電子ピーク強度信号をP(x1,y1)、P(x1,y1)、・・・、PN(x1,y1)とし、元素AからNのバックグランド強度信号をB(x1,y1)、B(x1,y1)、・・・、BN(x1,y1)とすると、マップ座標(x1,y1)位置での元素AからNの相対感度係数S‘、S’B、・・・、S‘は、次の(1)、(2)、(3)、・・・、(N)の式から算出される。
【0036】
【数7】

【0037】
【数8】

【0038】
・・・・・
【0039】
【数9】

【0040】

尚、試料中の含有元素がN個存在し、点分析座標(x1,y1)位置での点分析結果から数個の元素しか測定できなかった場合、分析点51Bまたは51Cの点分析結果を用いて試料中に含まれる残りの元素の相対感度係数を算出する。この場合、ある元素に対しては数個の相対感度係数が算出されるため、非線形最小二乗法を用いて各元素の適切な相対感度係数を算出される。
次に、前記補正係数演算手段22は、求めた相対感度係数を面分析の定量分析演算手段23に転送する。
該面分析の定量分析演算手段23は、送られて来た相対感度係数を用いて面分析した全領域について定量分析する演算処理を行う(S312)。
即ち、該面分析の定量分析演算手段23は、前記補正係数演算手段22から相対感度係数の値を受取ると、前記面分析情報記憶部25に蓄えられオージェ電子ピーク強度マップデータとバックグランド強度マップデータを読み込み、相対感度係数S‘、S’B、・・・、S‘を用いた相対感度係数法で、面分析領域に対する定量計算をして定量分析を行う。
該定量計算から元素AからNの規格化された原子濃度C'(i , j)、C'(i , j)・・・・C'N(i , j)を算出し、合計が1に規格化された原子濃度のマップデータ(図示せず)を作成する。
【0041】
次に、前記面分析の定量分析演算手段23は作成した原子濃度マップデータを、表示装置15に送る。該表示装置15は、該原子濃度マップデータを二次元分布像として表示する(S313)。
【0042】
このように、面分析の定量分析を面分析の定量分析に適した相対感度係数を求め、この相対感度係数を用いて行っているので、面分析における定量精度を向上させることができる。
尚、定量面分析方法の手順として、試料上の点分析する位置と面分析する領域と分析条件を事前に入力装置で指定して、各分析の測定をし、定量計算を行っても良い。
又、前記例では、点分析測定した後に面分析測定を行う手順を説明したが、逆の手順、即ち、面分析測定した後に、点分析測定を行っても良い。
又、前記例では、点分析した後に、その点分析位置を含むように面分析領域を指定して分析を行う手順を説明したが、逆の手順、即ち、面分析した後に、該面分析内を点分析しても良い。
又、前記例では試料の定量面分析するときの試料に照射する一次エネルギー線は電子ビームを用いて説明したが、X線であっても良い。
又、前記例では二次エネルギー線をオージェ電子として説明したが、電子ビームを試料に照射した際に発生する特性X線であっても良い。
又、前記例では、試料表面を面分析するとき電子ビームをスキャンコイルで二次元的に走査した例を挙げて説明したが、電子ビームまたはX線をスポット照射し、試料ステージ7を二次元的に走査しても良い。
又、前記例では、オージェ電子分光装置を使って定量面分析方法を例に挙げて説明したが、他の装置、例えば、X線分光装置(XPS)を使って定量面分析にも、本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】従来のオージェ電子分光装置の一概略例を示したものである。
【図2】測定された元素Aのピークスペクトルを示したものである。
【図3】面分析領域の元素AからNの各オージェ電子ピーク強度マップとバックグランド強度マップを示したものである。
【図4】本発明の定量面分析方法を説明する装置の一つオージェ電子分光装置の主要部の一概略例を示したものである。
【図5】本発明の定量面分析方法の手順を示すフローチャートである。
【図6】本発明の定量面分析方法の手順を示すフローチャートである。
【図7】試料上の面分析領域と点分析位置との関係を示す図である。
【符号の説明】
【0044】
1…電子銃
2…集束レンズ
3…対物レンズ
4…電子ビーム
5…試料
6X…X方向偏向器
6Y…Y方向偏向器
7…試料ステージ
8、8'…演算装置
9…電源制御装置
10…試料ステージ制御装置
11…オージェ電子分光器
12…増幅器
13…A/D変換器
14、14'…記憶装置
15…表示装置
16…入力装置
19…設定手段
20…点分析の定量分析演算手段
21…記憶手段
22…補正係数演算手段
23…面分析の定量分析演算手段
24…点分析情報記憶部
25…面分析情報記憶部
51A、51B、51C…点分析位置
52…面分析領域

【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料表面上に点分析位置と該点分析位置を含む面分析領域を指定する工程、前記点分析位置に一次エネルギー線を照射し、該一次エネルギー線照射により前記試料から発生した二次エネルギー線に基づいて、元素Aに対応するピーク強度信号とバックグランド強度信号を得てそれらを記憶する工程、前記面分析領域を一次エネルギー線で走査し、該走査により前記試料から発生した二次エネルギー線に基づいて、元素Aに対応する面分析におけるピーク強度信号とバックグランド強度信号を得てそれらを記憶する工程、前記ピーク強度信号とバックグランド強度信号に基づいて前記元素Aに対応する原子濃度を求めてそれを記憶する工程、前記面分析におけるピーク強度信号とバックグランド強度信号の内、前記点分析位置の前記元素Aに対応するピーク強度信号とバックグランド強度信号と前記原子濃度から前記元素Aに対応する原子の相対感度係数を算出する工程、および、該相対感度係数と前記面分析により得られたピーク強度信号とバックグランド強度信号とに基づいて前記面分析領域の定量計算を行う工程を含む試料の定量面分析方法。
【請求項2】
前記一次エネルギー線は電子線であり、前記試料から発生した二次エネルギー線がオージェ電子である請求項1の試料の定量面分析方法。
【請求項3】
前記一次エネルギー線は電子線であり、前記試料から発生した二次エネルギー線が特性X線である請求項1の試料の定量面分析方法。
【請求項4】
前記一次エネルギー線はX線であり、前記試料から発生した二次エネルギー線が特性X線である請求項1の試料の定量面分析方法。

【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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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2008−76140(P2008−76140A)
【公開日】平成20年4月3日(2008.4.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−254043(P2006−254043)
【出願日】平成18年9月20日(2006.9.20)
【出願人】(000004271)日本電子株式会社 (811)
【Fターム(参考)】