JP2010048584A - X-ray photoelectron spectrometer, total reflection x-ray photoelectron spectrometer and angle-resolved x-ray photoelectron spectrometer - Google Patents

X-ray photoelectron spectrometer, total reflection x-ray photoelectron spectrometer and angle-resolved x-ray photoelectron spectrometer Download PDF

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JP2010048584A JP2008210973A JP2008210973A JP2010048584A JP 2010048584 A JP2010048584 A JP 2010048584A JP 2008210973 A JP2008210973 A JP 2008210973A JP 2008210973 A JP2008210973 A JP 2008210973A JP 2010048584 A JP2010048584 A JP 2010048584A
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Kenzo Hiraoka
賢三 平岡
Yuji Sakai
悠治 境
Yoshitoki Iijima
善時 飯島
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Jeol Ltd
Japan Science and Technology Agency
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Jeol Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray photoelectron spectrometer and a total reflection X-ray photoelectron spectrometer capable of analyzing a sample with high accuracy by flattening the sample surface. <P>SOLUTION: The X-ray photoelectron spectrometer comprises: an etching means for etching the sample surface by a charged drop etching method; an X-ray irradiation means for irradiating the etched surface of the sample with X-ray radiation at an angle less than the total reflection critical angle satisfying the total reflection condition; and an analysis means for performing a depth direction analysis around the sample surface by analyzing photoelectrons emitted from the sample surface irradiated with X-ray radiation. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はX線光電子分光装置及び全反射X線光電子分光装置並びに角度分解X線光電子分光装置に関し、更に詳しくは高精度でX線光電子分光を行なうことができるX線光電子分光装置及び全反射X線光電子分光装置並びに角度分解X線光電子分光装置に関する。本発明は、表面分析機器(XPS:X線光電子分光装置など)における高分子材料・遷移金属酸化物、半導体材料等の表面敏感測定用の試料表面平坦化、更にTRXPS:全反射X線光電子分光装置,ARXPS:角度分解X線光電子分光装置と組み合わせた深さ方向分析の測定分野に関するものである。特に、高分子材料、金属酸化物、シリコンウェハのような半導体材料(微量元素分析)に対して適用されることが期待されている。   The present invention relates to an X-ray photoelectron spectrometer, a total reflection X-ray photoelectron spectrometer, and an angle-resolved X-ray photoelectron spectrometer, and more specifically, an X-ray photoelectron spectrometer and a total reflection X capable of performing X-ray photoelectron spectroscopy with high accuracy. The present invention relates to a line photoelectron spectrometer and an angle-resolved X-ray photoelectron spectrometer. The present invention provides sample surface flattening for surface sensitive measurement of polymer materials, transition metal oxides, semiconductor materials, etc. in surface analysis equipment (XPS: X-ray photoelectron spectrometer, etc.), and TRXPS: total reflection X-ray photoelectron spectroscopy. Device, ARXPS: relates to the measurement field of depth direction analysis combined with an angle-resolved X-ray photoelectron spectrometer. In particular, it is expected to be applied to semiconductor materials (trace element analysis) such as polymer materials, metal oxides, and silicon wafers.

試料分析の分野で、ウェハ等の試料表面及び該試料表面近傍の原子又は分子の構造を解析するためにX線光電子分光装置(XPS)が用いられる。該XPSは、超高真空中で試料にX線を照射し、該試料から放出される光電子のエネルギーをエネルギーアナライザで測定し、試料表面の元素及び化学結合状態を測定するものである。   In the field of sample analysis, an X-ray photoelectron spectrometer (XPS) is used to analyze the structure of a sample surface such as a wafer and the atoms or molecules in the vicinity of the sample surface. In the XPS, a sample is irradiated with X-rays in an ultra-high vacuum, the energy of photoelectrons emitted from the sample is measured with an energy analyzer, and the element and chemical bonding state on the sample surface are measured.

図9はX線光電子分光法の説明図である。試料1にX線42が所定の角度で入射されてくると、該試料3の表面からは光電子43が放出される。この光電子43をエネルギーアナライザで分析することにより、試料3の表面近辺δの深さの元素の構造を解析することが可能となる。   FIG. 9 is an explanatory diagram of X-ray photoelectron spectroscopy. When the X-ray 42 enters the sample 1 at a predetermined angle, photoelectrons 43 are emitted from the surface of the sample 3. By analyzing this photoelectron 43 with an energy analyzer, it is possible to analyze the structure of the element having a depth of δ near the surface of the sample 3.

光電子分光装置において、光電子の励起光束を測定試料の表面に対して励起光の波長と測定物質で決まる全反射の臨界角度以下で入射させて光電子を測定した場合、試料中への励起光の侵入深さが非常に浅くなり、通常の光電子分光装置による測定に比べて、更に表面の元素組成に対して数桁以上検出効率を増すことが可能である。図10は全反射臨界角以下でのX線入射を示す図である。X線42が入射角αで試料3に入射してきて、該試料3から光電子43が放出される。このような入射光の条件を用いる光電子分光装置は、全反射光電子分光装置(TRXPS)と呼ばれている。   In photoelectron spectrometers, when photoelectrons are measured by making the photoelectron excitation beam incident on the surface of the measurement sample below the critical angle of total reflection determined by the wavelength of the excitation light and the measurement substance, the penetration of the excitation light into the sample The depth becomes very shallow, and the detection efficiency can be increased by several orders of magnitude or more with respect to the elemental composition of the surface as compared with the measurement by a normal photoelectron spectrometer. FIG. 10 is a diagram showing X-ray incidence below the total reflection critical angle. X-rays 42 are incident on the sample 3 at an incident angle α, and photoelectrons 43 are emitted from the sample 3. A photoelectron spectrometer that uses such incident light conditions is called a total reflection photoelectron spectrometer (TRXPS).

全反射光電子分光装置が正常に働くためには、試料の表面が極めて平坦であることが要求されている。
また、XPSの測定方法で、試料に斜めにX線を当て、深さ方向の情報を得るものとして、角度分解XPS測定法(ARXPS)がある。ここで、ARXPSでは、X線に対して試料を傾けて照射するものである。この方法によれば、試料の深さ方向の情報が得られる。従って、非破壊で試料の深さ方向の情報を得ることができる。
In order for the total reflection photoelectron spectrometer to work properly, the surface of the sample is required to be extremely flat.
Further, as an XPS measurement method, an angle-resolved XPS measurement method (ARXPS) is known as a method in which X-rays are obliquely applied to a sample to obtain information in the depth direction. Here, in ARXPS, a sample is irradiated with being tilted with respect to X-rays. According to this method, information in the depth direction of the sample can be obtained. Therefore, information in the depth direction of the sample can be obtained nondestructively.

従来のこの種の装置としては、100個以上の原子又は分子から構成されている粒子を減圧雰囲気中で被分析試料に照射することにより、エッチングの効率を下げず、被分析試料の結合状態や組成に変化を与えずに、被分析試料を削って深さ方向の正確な元素分析を行なうものが知られている(例えば特許文献1参照)。   As a conventional apparatus of this type, by irradiating a sample to be analyzed with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere, the efficiency of etching is not lowered, and the binding state of the sample to be analyzed There is known a technique for performing an accurate elemental analysis in the depth direction by cutting a sample to be analyzed without changing the composition (for example, see Patent Document 1).

また、試料表面を原子レベルで超精密研磨が可能なようにした技術が知られている(例えば特許文献2参照)。
また、各種の不活性ガスや酸素、窒素などのイオンを高輝度に放射するエレクトロスプレイ型イオン源と、これを搭載した集束イオンビーム装置を実現し、上記イオン材料による集束イオンビームによって、半導体などの表面の微小領域に汚染を与えることなしに微細加工、分析或いは計測を行なう技術が知られている(例えば特許文献3参照)。
In addition, a technique is known in which a sample surface can be subjected to ultraprecision polishing at an atomic level (see, for example, Patent Document 2).
In addition, an electrospray ion source that emits various inert gases, ions of oxygen, nitrogen, etc. with high brightness and a focused ion beam device equipped with this are realized. There is known a technique for performing microfabrication, analysis or measurement without giving contamination to a minute region on the surface of the substrate (see, for example, Patent Document 3).

また、エッチングを行なうことなく、全反射光電子分光法を用いた分析で、試料極表面とそれより深いところの元素分析を行うことができる試料分析方法が知られている(例えば特許文献4参照)。   Further, there is known a sample analysis method that can perform elemental analysis on the surface of the sample electrode and deeper than that by analysis using total reflection photoelectron spectroscopy without etching (see, for example, Patent Document 4). .

前記した装置で試料の表面及び内部を分析する場合、試料表面を平坦にする必要がある。この場合、Arイオンなどの希ガス単原子イオン照射による材料表面エッチング法や、シランガス、水素ガス等を用いたプラズマエッチング法や、炭酸ガス噴霧による材料表面浄化が行われている。
特開平8−122283号公報(段落0015〜0018、図1) 特開平8−120470号公報(段落0008〜0014、図1) 特開平7−161322号公報(段落0022〜0027、図1、図4) 特開2000−97889号公報(段落0011〜0021、図1)
When analyzing the surface and the inside of a sample with the above-described apparatus, it is necessary to flatten the sample surface. In this case, a material surface etching method by irradiation with rare gas monoatomic ions such as Ar ions, a plasma etching method using silane gas, hydrogen gas, or the like, or material surface purification by carbon dioxide gas spraying is performed.
JP-A-8-122283 (paragraphs 0015 to 0018, FIG. 1) JP-A-8-120470 (paragraphs 0008 to 0014, FIG. 1) JP-A-7-161322 (paragraphs 0022 to 0027, FIGS. 1 and 4) JP 2000-97889 A (paragraphs 0011 to 0021, FIG. 1)

従来の技術では、エッチングされた表面の荒れ(凹凸)の発生、試料損傷(官能基の離脱)、エッチング時の汚れ等が発生する。
1.従来、一般に用いられているArイオンエッチング法は、表面汚染物の除去ができるが、試料表面の荒れの発生が著しく、この結果、TRXPS測定の特徴を示すバックグラウンド強度減少のスペクトル測定が困難である。
In the prior art, the etched surface becomes rough (unevenness), the sample is damaged (detachment of the functional group), the stain is generated during etching, and the like.
1. Conventionally, the Ar ion etching method that is generally used can remove surface contaminants, but the surface of the sample is greatly roughened. As a result, it is difficult to measure the spectrum of the decrease in background intensity, which is characteristic of TRXPS measurement. is there.

2.非破壊で深さ方向分析に用いられている角度分解XPS(ARXPS)測定では、試料表面を覆っている汚染物が下層光電子強度を減少させるため、高感度でARXPS測定ができないという問題がある。   2. In angle-resolved XPS (ARXPS) measurement, which is non-destructive and used for depth analysis, there is a problem in that ARXPS measurement cannot be performed with high sensitivity because contaminants covering the sample surface reduce the lower layer photoelectron intensity.

3.試料損傷、表面荒れがArイオンエッチング法で生じるため、このArイオンエッチング法とTRXPS・ARXPS法を組み合わせて行なうことができないという問題がある。特にTRXPS法との組み合わせが困難で、このためTRXPS法の特徴である原子/分子レベルでの深さ方向分析ができない。   3. Since sample damage and surface roughness are caused by the Ar ion etching method, there is a problem that the Ar ion etching method cannot be combined with the TRXPS / ARXPS method. In particular, it is difficult to combine with the TRXPS method, and therefore the depth direction analysis at the atomic / molecular level, which is a feature of the TRXPS method, cannot be performed.

4.通常使用されているArイオン照射法、化学エッチング法では、1)材料表面に荒れを発生、2)化学結合の切断、3)金属酸化物では還元反応の発生、4)表面構造の破壊の発生等がある。それぞれの発生の理由は以下の通りである。   4). In the usual Ar ion irradiation method and chemical etching method, 1) the surface of the material is roughened, 2) the chemical bond is broken, 3) the metal oxide is reduced, and 4) the surface structure is broken. Etc. The reason for each occurrence is as follows.

理由1):選択エッチング、照射イオンの試料表面衝突時に発生する熱、イオン打ち込み等により表面荒れが発生する。この結果、XPS測定に与える影響として、スペクトル強度の低減がある。   Reason 1): Surface roughening occurs due to selective etching, heat generated during collision of irradiated ions with the sample surface, ion implantation, and the like. As a result, there is a reduction in spectral intensity as an effect on XPS measurement.

理由2):結合の形成しているエネルギー以上のエネルギーを照射するため、結合が寸断される。
理由3):Arイオン(正イオン)による脱酸素が発生する(還元反応)。化学エッチング法では分解生成物が堆積する。
Reason 2): Since the energy higher than the energy that the bond is formed is irradiated, the bond is broken.
Reason 3): Deoxygenation due to Ar ions (positive ions) occurs (reduction reaction). In the chemical etching method, decomposition products are deposited.

理由4):照射イオンのエネルギーが高いため(100V以上)、照射イオンの打ち込みにより表面構造に乱れが発生し、構造破壊が生じる。
本発明は上記に記述した問題を解決するものである。特に、従来方法(理由4)に対し、問題点を解決し、従来方法では不可能であった表面荒れの抑制、結合状態の保持、金属酸化物に対する還元の抑制、表面構造の保持を目的とするものである。特に、XPSは化学結合状態分析、表面定量分析に適している。より正確な化学結合状態分析、定量分析、更に内部の状態分布を測定するには上記の問題点を解決しなければならない。
Reason 4): Since the energy of irradiated ions is high (100 V or more), the surface structure is disturbed by the irradiation of the irradiated ions, resulting in structural destruction.
The present invention solves the problems described above. In particular, with the aim of solving the problems of the conventional method (reason 4), suppressing surface roughness, maintaining the bonded state, suppressing reduction of metal oxides, and maintaining the surface structure, which was impossible with the conventional method. To do. In particular, XPS is suitable for chemical bond state analysis and surface quantitative analysis. In order to measure chemical bond state analysis, quantitative analysis, and internal state distribution more accurately, the above problems must be solved.

更に、TRXPSは表面敏感で従来法に比べ2桁以上の検出限界が向上している。しかしながら、多くの材料に対しこの測定法を適応することは困難である(表面平坦化ができない)。   Furthermore, TRXPS is surface sensitive and has a detection limit of two orders of magnitude or better compared to conventional methods. However, it is difficult to apply this measurement method to many materials (surface flattening is not possible).

本発明は、帯電液滴エッチング法を採用することにより、これら従来方法などの問題点を解決し、試料表面クリーニング、平坦化した試料を作製し、TRXPS測定を簡便にできる技術を提供するもので、更にXPS,TRXPS、ARXPSでの深さ方向分析を可能にすると共に、従来法ではできなかった深さ方向分解能を原子/分子レベルまで向上する技術である。特に、帯電液滴によるエッチングを繰り返しながら深さ方向分析を実施するTRXPS法は今までに存在しない技術である。   The present invention provides a technique for solving the problems of these conventional methods by adopting a charged droplet etching method, preparing a sample surface cleaned and flattened sample, and simplifying TRXPS measurement. Further, it is a technology that enables analysis in the depth direction by XPS, TRXPS, and ARXPS, and improves the resolution in the depth direction, which cannot be achieved by the conventional method, to the atomic / molecular level. In particular, the TRXPS method of performing depth direction analysis while repeating etching with charged droplets is a technology that does not exist so far.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、試料表面を極めて平坦にすることにより、高精度の試料分析ができるようにしたX線光電子分光装置,全反射X線光電子分光装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above points, and an X-ray photoelectron spectrometer and a total reflection X-ray photoelectron spectrometer capable of performing highly accurate sample analysis by making the sample surface extremely flat. The purpose is to provide.

(1)請求項1記載の発明は、試料表面上を帯電液滴エッチング法を用いてエッチングするエッチング手段と、エッチングした試料表面に所定の角度でX線を照射するX線照射手段と、X線を照射した試料表面から放出される光電子を解析することにより試料の表面近傍の深さ方向分析を行なう解析手段と、を含んで構成されることを特徴とする。   (1) The invention described in claim 1 is an etching means for etching a sample surface using a charged droplet etching method, an X-ray irradiation means for irradiating the etched sample surface with X-rays at a predetermined angle, and X And analyzing means for analyzing the depth direction in the vicinity of the surface of the sample by analyzing photoelectrons emitted from the surface of the sample irradiated with the line.

(2)請求項2記載の発明は、試料表面上を帯電液滴エッチング法を用いてエッチングするエッチング手段と、エッチングした試料表面に全反射条件を満たす全反射臨界角以下の角度でX線を照射するX線照射手段と、X線を照射した試料表面から放出される光電子を解析することにより試料の表面近傍の元素、化学結合の深さ方向分析を行なう解析手段と、を含んで構成されることを特徴とする。   (2) The invention according to claim 2 is characterized in that the etching means for etching the surface of the sample using the charged droplet etching method, and the X-ray is irradiated to the etched sample surface at an angle equal to or less than the critical angle for total reflection satisfying the total reflection condition. X-ray irradiating means for irradiating, and analyzing means for analyzing the depth direction of elements and chemical bonds near the surface of the sample by analyzing photoelectrons emitted from the surface of the sample irradiated with X-rays It is characterized by that.

(3)請求項3記載の発明は、前記帯電液滴エッチング法は、帯電液滴クラスターイオンビームを用いて試料表面をエッチングするものであることを特徴とする。
(4)請求項4記載の発明は、前記帯電液滴エッチング法は、帯電液滴クラスターイオンビームを用いて試料表面をエッチングするものであることを特徴とする。
(3) The invention according to claim 3 is characterized in that the charged droplet etching method etches the sample surface using a charged droplet cluster ion beam.
(4) The invention according to claim 4 is characterized in that the charged droplet etching method etches the sample surface using a charged droplet cluster ion beam.

(5)請求項5記載の発明は、試料表面上を帯電液滴エッチング法を用いてエッチングするエッチング手段と、エッチングした試料表面に所定の角度でX線を照射するX線照射手段と、X線を照射した試料表面から放出される光電子を解析することにより試料の表面近傍の深さ方向分析を行なう解析手段と、を含んで構成されることを特徴とする。   (5) The invention according to claim 5 is an etching means for etching the surface of a sample using a charged droplet etching method, an X-ray irradiation means for irradiating the etched sample surface with X-rays at a predetermined angle, and X And analyzing means for analyzing the depth direction in the vicinity of the surface of the sample by analyzing photoelectrons emitted from the surface of the sample irradiated with the line.

(1)請求項1記載の発明によれば、試料表面をエッチング手段により帯電液滴エッチング法を用いてエッチングすることにより試料表面を極めて平坦にすることができるので、解析手段により試料表面近傍の深さ方向分析を正確に行なうことができる。   (1) According to the first aspect of the present invention, the sample surface can be made extremely flat by etching the sample surface using the charged droplet etching method with the etching means. Depth direction analysis can be performed accurately.

(2)請求項2記載の発明によれば、試料表面をエッチング手段により帯電液滴エッチング法を用いてエッチングすることにより、試料表面を極めて平坦にすることができ、この試料表面にX線照射手段により試料表面に全反射条件を満たす全反射臨界角以下の角度でX線を照射することで、試料表面近傍の深さ方向分析を極めて正確に行なうことができる。   (2) According to the second aspect of the invention, the sample surface can be made extremely flat by etching the sample surface using the charged droplet etching method by the etching means, and this sample surface is irradiated with X-rays. By irradiating the sample surface with X-rays at an angle less than or equal to the total reflection critical angle satisfying the total reflection condition by means, the depth direction analysis in the vicinity of the sample surface can be performed very accurately.

(3)請求項3記載の発明によれば、帯電液滴エッチング法として帯電液滴クラスターイオンビームを用いることにより、試料表面を極めて平坦にすることができる。
(4)請求項4記載の発明によれば、帯電液滴エッチング法として帯電液滴クラスターイオンビームを用いることにより、試料表面を極めて平坦にすることができる。
(3) According to the invention described in claim 3, the surface of the sample can be made extremely flat by using a charged droplet cluster ion beam as the charged droplet etching method.
(4) According to the invention described in claim 4, the surface of the sample can be made extremely flat by using a charged droplet cluster ion beam as the charged droplet etching method.

(5)請求項5記載の発明によれば、試料表面をエッチング手段により帯電液滴エッチング法を用いてエッチングすることにより試料表面を極めて平坦にすることができるので、解析手段により試料表面近傍の深さ方向分析を正確に行なうことができる。   (5) According to the invention described in claim 5, since the surface of the sample can be made extremely flat by etching the surface of the sample using the charged droplet etching method by the etching means, Depth direction analysis can be performed accurately.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明では、帯電液滴エッチング法をX線光電子分光法(XPS)、全反射XPS法(TRXPS法)に使用することにより、以下の事項が可能となる。ここで、帯電液滴とは、例えば水を微小なかたまりにし、その微小なかたまりを帯電させ、クラスターイオンとしたものである。より詳しくは、クラスターイオンは、原子又は分子が多数より集まって、ファン・デル・ワース力により結合してクラスターを構成し、これをイオン化して正の電荷をもたせたものである。本発明は、このようなクラスターイオンビームを試料表面に照射すると、試料表面を極めて平坦にエッチングすることができるという、本発明者が新たに見出した知見に基づくものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present invention, by using the charged droplet etching method for X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and total reflection XPS method (TRXPS method), the following matters are possible. Here, the charged droplets are, for example, water made into a fine mass, and the fine mass was charged to form cluster ions. More specifically, the cluster ion is a cluster of many atoms or molecules that are combined by van der Worth force to form a cluster, which is ionized to have a positive charge. The present invention is based on the knowledge newly found by the inventor that the sample surface can be etched extremely flat when such a cluster ion beam is irradiated onto the sample surface.

1)TRXPS測定を実施する場合、X線の全反射条件を満たす平坦な試料表面が必要となる。平坦な試料表面を作製するには、研磨等を実施しなくてはならない。しかしながら、この処理を行なうと試料表面に汚染物が堆積し測定が困難となる。また、汚染物を除去するために一般に使用されているArイオン等の希ガスを高速(>100V)で試料面に照射し、スパッタエッチングを行えばArイオン照射による表面凹凸の発生、更には化学結合状態の損傷等が生じる。   1) When performing TRXPS measurement, a flat sample surface that satisfies the X-ray total reflection condition is required. In order to produce a flat sample surface, polishing or the like must be performed. However, when this treatment is performed, contaminants accumulate on the sample surface, making measurement difficult. In addition, if a sample surface is irradiated with a rare gas such as Ar ions generally used for removing contaminants at a high speed (> 100 V) and sputter etching is performed, surface irregularities due to Ar ion irradiation, and further chemical Damage to the bonded state occurs.

このような現象を抑制することができる処理方法を用いれば、安定してTRXPS測定の実施が可能になる。TRXPS測定を実施するためには、ナノレベルでの表面平滑化が必要である。このため、測定に適した試料作製は重要となっている。帯電液滴エッチング法は、ナノレベルで試料表面を平滑化することが可能となる。   If a processing method capable of suppressing such a phenomenon is used, TRXPS measurement can be stably performed. In order to perform TRXPS measurement, surface smoothing at the nano level is necessary. For this reason, sample preparation suitable for measurement is important. The charged droplet etching method can smooth the sample surface at the nano level.

2)Layer−by−Layerレベル(分子レベルで一層ずつ)での原子/分子エッチングが可能である。TRXPS測定は、通常のXPS測定に比べて2桁以上表面敏感(検出限界が向上)である。そのため、表面微量元素測定が可能となっている。しかしながら、試料に汚染物が堆積していると、検出限界の向上が期待できなくなる。帯電液滴エッチング法は、原子/分子レベルでのエッチングが可能となっている。   2) Atomic / molecular etching at the layer-by-layer level (one layer at a molecular level) is possible. TRXPS measurement is surface sensitive (detection limit improved) by two orders of magnitude or more compared to normal XPS measurement. Therefore, surface trace element measurement is possible. However, if contaminants are accumulated on the sample, improvement in detection limit cannot be expected. The charged droplet etching method enables etching at the atomic / molecular level.

従って、表面汚染物をLayer−by−LayerでエッチングすることによりTRXPS測定時の検出限界向上が期待できる。更に、従来不可能とされてきたTRXPS測定での深さ方向分析を可能とする(深さ方向分解能の向上)。またXPSの測定方法である角度分解XPS測定(ARXPS)でも帯電液滴エッチング法により試料表面をエッチングすることで(表面汚染物をLayer−by−Layerレベルでエッチング)、表面近傍の深さ方向分析を高感度で測定可能となる。   Therefore, the detection limit at the time of TRXPS measurement can be expected to be improved by etching the surface contaminants with Layer-by-Layer. In addition, depth direction analysis in TRXPS measurement, which has been impossible in the past, is enabled (improvement of depth direction resolution). In addition, the angle-resolved XPS measurement (ARXPS), which is an XPS measurement method, is performed by etching the sample surface by the charged droplet etching method (etching surface contaminants at the Layer-by-Layer level), and analyzing the depth direction near the surface. Can be measured with high sensitivity.

3)試料損傷が無い表面状態形成
TRXPS・ARXPSで最表面近傍を測定する時、上述のように表面汚染物の存在が問題となる(光電子強度の低減が生じる)。このため、試料表面損傷なく汚染物を除去するかがTRXPS・ARXPS測定精度を向上する上で重要となる。帯電液滴エッチング法は、エッチングを実施しても表面化学結合状態の損傷がない(金属酸化物の還元、有機化合物の損傷なとがない)。従って試料損傷がなく、表面汚染物を除去した試料を加工・作製することで材料本来の表面近傍の深さ方向分析を高感度で測定することができる。
3) Formation of surface state without sample damage When measuring the vicinity of the outermost surface with TRXPS / ARXPS, the presence of surface contaminants becomes a problem as described above (reduction of photoelectron intensity occurs). Therefore, it is important to remove the contaminants without damaging the sample surface in order to improve the TRXPS / ARXPS measurement accuracy. The charged droplet etching method does not damage the surface chemical bonding state even if etching is performed (there is no reduction of metal oxides, damage to organic compounds). Therefore, by analyzing and producing a sample from which there is no sample damage and from which surface contaminants are removed, depth direction analysis in the vicinity of the original surface of the material can be measured with high sensitivity.

4)その場分析
XPSのような表面分析装置では、試料処理・加工は超高真空中で実施しなくてはならない(処理・加工後大気中に曝すと汚染物が堆積する)。また、より平滑化処理・加工するため、帯電液滴クラスターイオンビームは試料面に対して高角度(90°近辺)で照射しなくてはならない。
4) In-situ analysis In a surface analysis apparatus such as XPS, sample processing and processing must be performed in an ultra-high vacuum (contaminants accumulate when exposed to the atmosphere after processing and processing). In order to further smooth and process the charged droplet cluster ion beam, it must be irradiated at a high angle (near 90 °) with respect to the sample surface.

図1は本発明の一実施の形態を示す構成図である。図において、4は真空チャンバー(予備排気室)、3は該真空チャンバー4内に配置された試料、2は試料3を交換/移動させるための試料交換棒である。9は試料3の表面を削るためのクラスターイオンのスキャンを行なうラスター機構である。1Bは真空チャンバー4内を高真空に引くための真空排気系で、ロータリーポンプ20aと、ターボ分子ポンプ20bと、真空計20c、20dから構成されている。この構成は、帯電液滴エッチング銃6を差動排気系7を介して真空に引く真空排気系1Aについても同じで、ロータリーポンプ20a、ターボ分子ポンプ20bと、真空計20c、20dから構成されている。   FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 4 is a vacuum chamber (preliminary exhaust chamber), 3 is a sample disposed in the vacuum chamber 4, and 2 is a sample exchange rod for exchanging / moving the sample 3. A raster mechanism 9 scans cluster ions for cutting the surface of the sample 3. Reference numeral 1B denotes an evacuation system for pulling the inside of the vacuum chamber 4 to a high vacuum, and includes a rotary pump 20a, a turbo molecular pump 20b, and vacuum gauges 20c and 20d. This configuration is the same for the evacuation system 1A in which the charged droplet etching gun 6 is evacuated through the differential evacuation system 7, and is composed of a rotary pump 20a, a turbo molecular pump 20b, and vacuum gauges 20c and 20d. Yes.

5は大気圧下に置かれ帯電液滴を発生するエレクトロスプレー部、11はエレクトロスプレー部5で生成された帯電液滴を通過させるためのオリフィス、12はオリフィスを通過した帯電液滴のクラスターサイズを選択するイオンガイド、8はイオン集束レンズ系である。これらエレクトロスプレー部5とオリフィス11とイオンガイド12とイオン集束レンズ系で帯電液滴エッチング銃6を形成している。10は真空チャンバー4内でエッチングされた試料3にX線を照射することにより、試料3の表面分析を行なう表面分析チャンバーである。   5 is an electrospray unit that generates charged droplets under atmospheric pressure, 11 is an orifice through which charged droplets generated by the electrospray unit 5 pass, and 12 is a cluster size of charged droplets that have passed through the orifice. An ion guide 8 for selecting is an ion focusing lens system. The electrospray unit 5, the orifice 11, the ion guide 12, and the ion focusing lens system form the charged droplet etching gun 6. Reference numeral 10 denotes a surface analysis chamber that performs surface analysis of the sample 3 by irradiating the sample 3 etched in the vacuum chamber 4 with X-rays.

真空チャンバー4内で超平坦化された試料3は、仕切弁42を介して真空チャンバー4と接続された表面分析チャンバー10に試料交換棒2を用いて移送される。図2は表面分析チャンバー内の本発明の分析装置部の構成例を示す図である。図において、3は試料であり、該試料3は3次元試料移動機構により任意の位置に移動することができるようになっている。即ち、試料移動機構はX軸用、Y軸用、Z軸用、T軸用の移動調整つまみを持っている。33は試料移動機構により試料ステージ34を任意の位置に移動させるためのステージ軸である。   The sample 3 ultra-flattened in the vacuum chamber 4 is transferred to the surface analysis chamber 10 connected to the vacuum chamber 4 through the gate valve 42 using the sample exchange rod 2. FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the analyzer unit of the present invention in the surface analysis chamber. In the figure, 3 is a sample, and the sample 3 can be moved to an arbitrary position by a three-dimensional sample moving mechanism. That is, the sample moving mechanism has movement adjusting knobs for the X axis, the Y axis, the Z axis, and the T axis. Reference numeral 33 denotes a stage shaft for moving the sample stage 34 to an arbitrary position by the sample moving mechanism.

32はX線を放出するX線管である。該X線管32から出射されたX線は分光結晶30により分光され、分光されたX線が試料3に所定の入射角で入射するようになっている。試料3から放出された光電子は、静電レンズ31で集束されて、エネルギーアナライザ(図示せず)に入力され、所定の元素分析が行なわれる。このように構成された装置を用いて本発明の動作を説明すれば、以下の通りである。   An X-ray tube 32 emits X-rays. X-rays emitted from the X-ray tube 32 are dispersed by the spectral crystal 30 so that the dispersed X-rays are incident on the sample 3 at a predetermined incident angle. The photoelectrons emitted from the sample 3 are focused by the electrostatic lens 31 and input to an energy analyzer (not shown) to perform a predetermined elemental analysis. The operation of the present invention will be described using the apparatus configured as described above.

エレクトロスプレー部5においては、数kVの高圧を印加した金属キャピラリーに水を送液し、この水を静電場噴霧させることで、帯電した微細液滴(クラスターイオン)を発生させる。発生したクラスターイオンはイオンガイド12で質量選別され、加速される。加速後のクラスターイオンはイオン集束レンズ系8により試料3に向けて集束し衝撃させる。ラスター機構9は、クラスターイオンを偏向する例えば静電偏向器を備え、試料上でクラスターイオンをラスター走査させるものであり、走査範囲の大きさ、走査密度、走査速度等を調整することができる。このシステムを搭載することによりクラスターイオンの試料衝突によるエッチングエリヤの均一性を持たせることができる。   In the electrospray unit 5, water is sent to a metal capillary to which a high voltage of several kV is applied, and this water is electrostatically sprayed to generate charged fine droplets (cluster ions). The generated cluster ions are mass-selected by the ion guide 12 and accelerated. The accelerated cluster ions are focused and impacted toward the sample 3 by the ion focusing lens system 8. The raster mechanism 9 includes, for example, an electrostatic deflector that deflects cluster ions and raster scans cluster ions on the sample, and can adjust the size of the scanning range, the scanning density, the scanning speed, and the like. By installing this system, the etching area can be made uniform due to sample collision of cluster ions.

クラスターイオンを凹凸のある試料に衝突させると、イオンは試料表面の凸の部分をエッチングして、試料表面は極めて高い平坦度を持ったものとなる。そして、試料表面の均一性を持たせることが可能となる。即ち、本発明によればクラスターイオンのサイズ(イオンガイド動作によりクラスター分子サイズを選別する)を選別し、エッチング領域の大きさを選別することにより、単位面積あたりのイオンドーズ量の選別が行なわれることになり、エッチング速度の調整を可能とすることができる。この結果、試料表面からの処理加工深さの調整を行なうことができる。   When cluster ions collide with an uneven sample, the ions etch the convex portion of the sample surface, and the sample surface has extremely high flatness. And it becomes possible to give the sample surface uniformity. That is, according to the present invention, the ion dose per unit area is selected by selecting the cluster ion size (selecting the cluster molecule size by the ion guide operation) and selecting the size of the etching region. As a result, the etching rate can be adjusted. As a result, the processing depth from the sample surface can be adjusted.

図1において、帯電液滴エッチング銃6に差動排気系7を用いることにより、超高真空システムへの装着を可能にしている。その理由は、超高真空を必要とするXPSやTRXPS装置に装着可能にするためである。つまり、処理・加工した試料を大気に曝すことなく表面分析チャンバー10に導入することができるようにするためである。この時、表面分析チャンバー10へのエッチングされた試料3の導入は、以下のように行われる。   In FIG. 1, a differential evacuation system 7 is used for the charged droplet etching gun 6 to enable mounting to an ultra-high vacuum system. The reason is that it can be mounted on an XPS or TRXPS apparatus that requires an ultra-high vacuum. In other words, this is because the processed and processed sample can be introduced into the surface analysis chamber 10 without being exposed to the atmosphere. At this time, introduction of the etched sample 3 into the surface analysis chamber 10 is performed as follows.

試料3の帯電液滴エッチングを行ない、試料表面を超平坦にした後、真空チャンバー4を真空に維持したまま仕切弁42を開ける。エッチングされた試料3を試料交換棒2によって保持する。試料交換棒2を操作することにより試料3を仕切弁42を介して表面分析チャンバー10内の試料ステージ34へ移送し載置する。載置後、試料交換棒2のみを真空チャンバー4へ待避させ、仕切弁42を閉じる。   The charged droplet etching of the sample 3 is performed to make the sample surface ultra flat, and then the gate valve 42 is opened while the vacuum chamber 4 is maintained in vacuum. The etched sample 3 is held by the sample exchange rod 2. By operating the sample exchange rod 2, the sample 3 is transferred to the sample stage 34 in the surface analysis chamber 10 through the gate valve 42 and placed. After placement, only the sample exchange rod 2 is retracted to the vacuum chamber 4 and the gate valve 42 is closed.

表面分析チャンバー10では、搬送されてきた試料に対して、図2に示す構成の装置で光電子を発生させ、静電レンズ31でこの光電子を集束し、エネルギーアナライザに導入することで、試料表面乃至は深さ方向の分析を行なう。   In the surface analysis chamber 10, photoelectrons are generated from the transported sample by the apparatus having the configuration shown in FIG. 2, the photoelectrons are focused by the electrostatic lens 31, and introduced into the energy analyzer. Performs depth analysis.

このように、本発明によれば、試料表面を帯電液滴エッチング法によりエッチングすることにより、試料表面を極めて平坦にすることができるので、試料表面近傍の深さ方向分析を正確に行なうことができる(XPS)。   Thus, according to the present invention, the sample surface can be made extremely flat by etching the sample surface by the charged droplet etching method, so that the depth direction analysis in the vicinity of the sample surface can be accurately performed. Yes (XPS).

特に、エッチングした試料表面に全反射条件を満たす全反射臨界角以下の角度でX線を照射し、X線を照射した試料表面から放出される光電子を解析することにより試料の表面近傍の深さ方向分析を行なうことができる(TRXPS)。   In particular, the depth of the vicinity of the surface of the sample is analyzed by irradiating the etched sample surface with X-rays at an angle less than or equal to the total reflection critical angle satisfying the total reflection condition, and analyzing photoelectrons emitted from the sample surface irradiated with X-rays. Direction analysis can be performed (TRXPS).

図3は本発明による測定の流れを示す図である。(a)は帯電液滴エッチングを実施し、TRXPS測定を可能とする試料加工を行なった後、X線を試料表面に入射させ、該試料3から放出される光電子を集束して試料の表面分析を行なう。このようにして測定した後、試料3を図1の試料交換棒2に戻し、試料位置に試料をセットした後、帯電液滴エッチング銃本体5からエッチングを実施する。   FIG. 3 is a diagram showing the flow of measurement according to the present invention. In (a), charged droplet etching is performed, sample processing enabling TRXPS measurement is performed, X-rays are incident on the sample surface, and photoelectrons emitted from the sample 3 are focused to analyze the surface of the sample. To do. After the measurement, the sample 3 is returned to the sample exchange rod 2 shown in FIG. 1 and the sample is set at the sample position. Then, etching is performed from the charged droplet etching gun body 5.

その後、エッチングされた試料3を表面分析チャンバー10に移動させ、図3の(b)に示すように再び測定を行なう。(b)と(a)を比較すると明らかなように、エッチングをする度に試料表面は削られていく。ここで、TRXPSの分析深さは光電子の平均自由行程(電子が衝突するまでに進む距離)であるため、1〜2ナノの深さ方向分解能でプロファイル測定ができる。   Thereafter, the etched sample 3 is moved to the surface analysis chamber 10 and measurement is performed again as shown in FIG. As is clear when (b) and (a) are compared, the surface of the sample is shaved each time etching is performed. Here, since the analysis depth of TRXPS is the mean free path of photoelectrons (the distance traveled until the electrons collide), profile measurement can be performed with a depth resolution of 1 to 2 nanometers.

この操作をARXPSに適用することで、従来のARXPSより深さ方向分解能の向上したプロファイル測定が可能となる。帯電液滴エッチング銃6は真空チャンバー4の上部に装着されているが、試料3の面に対して45°以上の角度でクラスターイオンを照射する。図4は試料へのクラスターイオンの照射の様子を示す図である。試料3に対してクラスターイオンkが入射角度θで入射している。イオン照射後の表面荒れを抑え、表面クリーニング、均一エッチングを可能とするには、図4の入射角度θを高角度にしなくてはならない。本発明に必要なイオン入射角度は60°以上が望ましい。   By applying this operation to ARXPS, it becomes possible to perform profile measurement with improved resolution in the depth direction compared to conventional ARXPS. The charged droplet etching gun 6 is mounted on the upper portion of the vacuum chamber 4 and irradiates cluster ions at an angle of 45 ° or more with respect to the surface of the sample 3. FIG. 4 is a diagram showing how the sample is irradiated with cluster ions. Cluster ions k are incident on the sample 3 at an incident angle θ. In order to suppress surface roughness after ion irradiation and enable surface cleaning and uniform etching, the incident angle θ in FIG. 4 must be set to a high angle. The ion incident angle necessary for the present invention is desirably 60 ° or more.

図5はSEMによる観察結果を示す図である。この図は、InP(111)試料を本発明方法でエッチングした時のSEM観察結果を示す図である。aはエッチング前を、bはArイオン照射でエッチングした時を、cは本発明方法でエッチングした時をそれぞれ示す。イオン照射による表面荒れは多くの材料表面で発生するが、特にInP表面での荒れは著しい。このため、一般にイオン照射による表面荒れ確認にInPが広く用いられている。   FIG. 5 is a diagram showing the observation result by SEM. This figure is a figure which shows the SEM observation result when an InP (111) sample is etched by the method of the present invention. a is before etching, b is when etched by Ar ion irradiation, and c is when etched by the method of the present invention. Surface roughness due to ion irradiation occurs on many material surfaces, but the roughness on the InP surface is particularly significant. For this reason, InP is generally used for confirmation of surface roughness by ion irradiation.

図5に示すように従来法のArイオン照射ではInP表面に著しい荒れが発生していることが分かる。これはイオン照射時に発生する熱の影響である。このような荒れが生じるとTRXPSを実施してもX線の全反射条件を満たすことができなくなる。この結果に対して、帯電液滴クラスターイオンを用いてエッチングしたInP表面ではエッチングによる荒れが発生していないことが分かる。図5は本発明の一実施例におけるディスプレイ上に表示した表示画面中のメイン画面の一例を中間調の写真で示す図である。   As shown in FIG. 5, it can be seen that the ArP irradiation of the conventional method causes significant roughness on the InP surface. This is the effect of heat generated during ion irradiation. If such roughening occurs, even if TRXPS is performed, the X-ray total reflection condition cannot be satisfied. In contrast to this result, it can be seen that there is no etching roughness on the InP surface etched using charged droplet cluster ions. FIG. 5 is a diagram showing an example of the main screen in the display screen displayed on the display in the embodiment of the present invention as a halftone photograph.

これはクラスターイオンが試料(InP等)に照射した際、個々のイオンのエネルギーが低いため照射時にほとんど熱が発生しないためである。このため、cに示すようにエッチング時の荒れがほとんどない。このように、本発明方法では、材料表面の荒れ(表面凹凸)を著しく抑制することができ、この結果、TRXPS測定で必要な汚染物の無い試料面を得ることができる。   This is because when a sample (such as InP) is irradiated with cluster ions, the energy of each ion is low, so that almost no heat is generated during irradiation. For this reason, there is almost no roughness during etching as shown in c. As described above, in the method of the present invention, the surface roughness of the material (surface unevenness) can be remarkably suppressed, and as a result, a sample surface free of contaminants necessary for TRXPS measurement can be obtained.

図6はXPS測定結果を示す図である。図に示す例は、Siウェハ(フッ酸洗浄後、自然酸化膜除去後)を本発明方法でエッチングした後XPS(光電子分光装置)で測定した結果を示している。縦軸は強度、横軸は結合エネルギーである。f1は洗浄直後の結果を、f2は本発明方法でエッチングした後のスペクトルである。   FIG. 6 is a diagram showing the results of XPS measurement. The example shown in the figure shows the result of measuring with an XPS (photoelectron spectrometer) after etching a Si wafer (after hydrofluoric acid cleaning and after natural oxide film removal) by the method of the present invention. The vertical axis is intensity, and the horizontal axis is binding energy. f1 is the result immediately after cleaning, and f2 is the spectrum after etching by the method of the present invention.

図6に示すようにスペクトルの違いは全く観測されていない。通常のArイオン照射では、Siウェハ表面の構造破壊が発生し、表面構造を非晶質へと変化させる。この場合、XPS測定で得られるスペクトルはブロードになる。しかしながら、図6に示すように、帯電液滴エッチング法ではこのような変化は発生していない。また、化学エッチングのように生成物の堆積もない。結果として、帯電液滴クラスターイオンエッチングした表面は十分にエッチングを行なってもXPS又はTRXPS測定で問題となる表面構造破壊(化学結合状態変化)が発生しない。   As shown in FIG. 6, no spectral difference is observed. In normal Ar ion irradiation, structural destruction of the Si wafer surface occurs, and the surface structure is changed to amorphous. In this case, the spectrum obtained by XPS measurement is broad. However, as shown in FIG. 6, such a change does not occur in the charged droplet etching method. Also, there is no product accumulation as in chemical etching. As a result, even if the surface subjected to charged droplet cluster ion etching is sufficiently etched, surface structure destruction (chemical bond state change) that causes a problem in XPS or TRXPS measurement does not occur.

図5,図6の結果はTRXPS測定、ARXPS測定などXPS測定に必要な試料表面処理(加工)を行なうことができることを示している。このように処理した試料を用いてTRXPS測定(又はARXPS測定)を実施することで原子/分子レベルでの深さ方向分析が可能となる。   The results shown in FIGS. 5 and 6 indicate that sample surface treatment (processing) necessary for XPS measurement such as TRXPS measurement and ARXPS measurement can be performed. By performing TRXPS measurement (or ARXPS measurement) using the sample thus treated, depth direction analysis at the atomic / molecular level becomes possible.

図7は帯電液滴クラスターイオンでエッチングし、その後TRXPS測定を行ない(エッチングと測定を繰り返して測定)深さ方向分析を実施した後得られた深さ方向濃度分布(プロファイル)を示している。縦軸は元素組成比を、横軸は試料の深さを示している。図では、A元素とB元素についてのプロファイルを示している。(a)は本発明によるエッチング処理しない時のプロファイルを、(b)は帯電液滴クラスターエッチングを実施した時のプロファイルをそれぞれ示している。   FIG. 7 shows a concentration distribution (profile) in the depth direction obtained after etching with charged droplet cluster ions and then performing a TRXPS measurement (measured by repeating etching and measurement) and performing a depth direction analysis. The vertical axis represents the elemental composition ratio, and the horizontal axis represents the depth of the sample. In the figure, profiles for the A element and the B element are shown. (A) shows the profile when the etching treatment is not performed according to the present invention, and (b) shows the profile when the charged droplet cluster etching is performed.

図に示すように、帯電液滴クラスターイオンビームを用いてエッチングを行なうことにより、プロファイルの分解能Dが向上する。この時の分解能Dは、光電子の平均自由行程長に匹敵するものである。即ち、原子・分子レベルの分解能のプロファイル測定が可能となる。(a)に示す場合には、深さ方向分解能Dが大きいのに比べて、本発明を用いた(b)に示す場合は、深さ方向分解能Dが小さくなっていることがわかる。   As shown in the figure, the profile resolution D is improved by performing the etching using the charged droplet cluster ion beam. The resolution D at this time is comparable to the mean free path length of photoelectrons. In other words, it becomes possible to perform profile measurement with atomic / molecular resolution. In the case shown in (a), the depth direction resolution D is smaller in the case shown in (b) using the present invention than in the case where the depth direction resolution D is large.

以上、説明したように、本発明は試料表面の平滑に、かつ試料損傷なく、原子/分子レベルでエッチング可能な帯電液滴クラスターイオンで試料処理(加工)することにより、従来限られた試料でしか測定できなかったTRXPS測定分野を新たに開くことが可能となる。また、TRXPSとこの処理(加工)技術を用いることにより、従来TRXPS法ではできなかった深さ方向分析も可能となり、更に得られる深さ方向プロファイルの分解のは著しく向上することを示している。   As described above, the present invention can be applied to a limited sample by performing sample processing (processing) with charged droplet cluster ions that can be etched at the atomic / molecular level without causing damage to the sample surface. It becomes possible to newly open the TRXPS measurement field that could only be measured. Further, by using TRXPS and this processing (processing) technique, it is possible to analyze in the depth direction, which was not possible with the conventional TRXPS method, and to further improve the resolution of the obtained depth direction profile.

図8は本実施の形態の動作の流れを示す図である。本実施の形態では、エッチング部50で試料をエッチングしたものを高真空状態を保持しつつエネルギーアナライザ部(TRXPS装置本体)60に搬送してエネルギー分析を行なう。次に、同じ試料をエッチング部50に戻して再度エッチングする。エッチングしたものをまたエネルギーアナライザ部60に搬送してエネルギー分析を行なう。以上の操作を繰り返すことによ、試料3の表面は削られていき、その表面に入射X線を当てることにより、図に示すような元素組成比が得られる。本発明の場合は、深さ方向分解能は原子・分子レベルと同程度になる。   FIG. 8 is a diagram showing the flow of operation of the present embodiment. In the present embodiment, the sample etched by the etching unit 50 is transported to the energy analyzer unit (TRXPS apparatus main body) 60 while maintaining a high vacuum state, and energy analysis is performed. Next, the same sample is returned to the etching part 50 and etched again. The etched material is also transported to the energy analyzer unit 60 for energy analysis. By repeating the above operation, the surface of the sample 3 is shaved, and by applying incident X-rays to the surface, an elemental composition ratio as shown in the figure is obtained. In the case of the present invention, the resolution in the depth direction is comparable to the atomic / molecular level.

なお、上記実施の形態では、真空チャンバー4と表面分析チャンバー10との間に仕切弁42を配置し、エッチング部50でエッチングした試料をこの仕切弁42を介して高真空状態を保持しつつエネルギーアナライザ部(TRXPS装置本体)60に搬送してエネルギー分析を行なうようにしたが、仕切弁42により真空チャンバー4と表面分析チャンバー10を接続しなくとも良い。その場合には、エッチング部50でエッチングした試料を真空保持可能な試料コンテナに収容し、その試料コンテナを操作者が表面分析チャンバー10に移送搬入して分析を行うようにすれば良い。   In the above embodiment, the gate valve 42 is disposed between the vacuum chamber 4 and the surface analysis chamber 10, and the sample etched by the etching unit 50 is energized while maintaining a high vacuum state via the gate valve 42. Although the energy analysis is performed by transporting the sample to the analyzer unit (TRXPS apparatus main body) 60, the vacuum chamber 4 and the surface analysis chamber 10 need not be connected by the gate valve 42. In that case, the sample etched by the etching unit 50 may be stored in a sample container that can be held in vacuum, and the operator may transfer the sample container to the surface analysis chamber 10 for analysis.

また、帯電液滴エッチング銃を表面分析チャンバー10内に設置することも可能である。図11はそのような実施の形態の例を示すものである。図11においてエネルギーアナライザ部60と帯電液滴エッチング銃6は、試料の同一部位について分析とエッチングが行えるよう、チャンバー10に傾斜して取り付けられている。そして、帯電液滴エッチング銃6の先端部には、差動排気用の複数の絞り43とその間の空間を真空排気する差動排気用真空ポンプ44とからなる差動排気機構が設けられ、これにより、表面分析チャンバー内の高真空が維持されるように構成されている。     It is also possible to install a charged droplet etching gun in the surface analysis chamber 10. FIG. 11 shows an example of such an embodiment. In FIG. 11, the energy analyzer 60 and the charged droplet etching gun 6 are attached to the chamber 10 so as to be inclined so that analysis and etching can be performed on the same part of the sample. A differential pumping mechanism comprising a plurality of throttles 43 for differential pumping and a vacuum pump for differential pumping 44 for vacuum pumping the space between them is provided at the tip of the charged droplet etching gun 6. Thus, a high vacuum in the surface analysis chamber is maintained.

本実施の形態では、帯電液滴エッチング銃からのクラスターイオンによって試料3をエッチングした後、試料を移動させること無く、エネルギーアナライザ部60を用いて分析を行うことができる。   In the present embodiment, after the sample 3 is etched by the cluster ions from the charged droplet etching gun, the analysis can be performed using the energy analyzer unit 60 without moving the sample.

以上、説明したように、本発明によれば、試料表面を極めて平坦にすることにより、高精度の試料分析ができるようにしたX線光電子分光装置,全反射X線光電子分光装置並びに角度分解X線光電子分光装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, an X-ray photoelectron spectrometer, a total reflection X-ray photoelectron spectrometer, and an angle-resolved X which can perform a highly accurate sample analysis by making the sample surface extremely flat. A linear photoelectron spectrometer can be provided.

本発明の一実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one embodiment of this invention. 本発明の分析装置部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the analyzer part of this invention. 本発明による測定の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the measurement by this invention. 試料へのクラスターイオンの照射の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of irradiation of the cluster ion to a sample. SEMによる観察結果を示す図である。It is a figure which shows the observation result by SEM. XPS測定結果を示す図である。It is a figure which shows a XPS measurement result. 本発明によるイオンエッチングをしない場合とした場合の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result at the time of not having ion etching by this invention. 本発明の動作の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of operation | movement of this invention. X線光電子分光法の説明図である。It is explanatory drawing of a X-ray photoelectron spectroscopy. 全反射臨界角以下でのX線入射を示す図である。It is a figure which shows X-ray incidence in less than a total reflection critical angle. 本発明の別の実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows another embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1A、1B 真空排気系
2 試料交換棒
3 試料
4 真空チャンバー
5 エレクトロスプレー部
6 帯電液滴エッチング銃
7 差動排気系
8 イオン集束レンズ系
9 ラスター機構
10 表面分析チャンバー
11 オリフィス
12 イオンガイド
20a、20b ロータリーポンプ
20c、20d 真空計
1A, 1B Vacuum exhaust system 2 Sample exchange rod 3 Sample 4 Vacuum chamber 5 Electrospray unit 6 Charged droplet etching gun 7 Differential exhaust system 8 Ion focusing lens system 9 Raster mechanism 10 Surface analysis chamber 11 Orifice 12 Ion guides 20a, 20b Rotary pump 20c, 20d Vacuum gauge

Claims (5)

試料表面上を帯電液滴エッチング法を用いてエッチングするエッチング手段と、
エッチングした試料表面に所定の角度でX線を照射するX線照射手段と、
X線を照射した試料表面から放出される光電子を解析することにより試料の表面近傍の深さ方向分析を行なう解析手段と、
を含んで構成されることを特徴とするX線光電子分光装置。
Etching means for etching the surface of the sample using a charged droplet etching method;
X-ray irradiation means for irradiating the etched sample surface with X-rays at a predetermined angle;
Analyzing means for analyzing a depth direction in the vicinity of the surface of the sample by analyzing photoelectrons emitted from the surface of the sample irradiated with X-rays;
An X-ray photoelectron spectrometer characterized by comprising
試料表面上を帯電液滴エッチング法を用いてエッチングするエッチング手段と、
エッチングした試料表面に全反射条件を満たす全反射臨界角以下の角度でX線を照射するX線照射手段と、
X線を照射した試料表面から放出される光電子を解析することにより試料の表面近傍の深さ方向分析を行なう解析手段と、
を含んで構成されることを特徴とする全反射X線光電子分光装置。
Etching means for etching the surface of the sample using a charged droplet etching method;
X-ray irradiation means for irradiating the etched sample surface with X-rays at an angle equal to or smaller than the total reflection critical angle satisfying the total reflection condition
Analyzing means for analyzing a depth direction in the vicinity of the surface of the sample by analyzing photoelectrons emitted from the surface of the sample irradiated with X-rays;
A total reflection X-ray photoelectron spectrometer characterized by comprising
前記帯電液滴エッチング法は、帯電液滴クラスターイオンビームを用いて試料表面をエッチングするものであることを特徴とする請求項1記載のX線光電子分光装置。   2. The X-ray photoelectron spectrometer according to claim 1, wherein the charged droplet etching method is to etch a sample surface using a charged droplet cluster ion beam. 前記帯電液滴エッチング法は、帯電液滴クラスターイオンビームを用いて試料表面をエッチングするものであることを特徴とする請求項2記載の全反射X線光電子分光装置。   3. The total reflection X-ray photoelectron spectrometer according to claim 2, wherein the charged droplet etching method is to etch a sample surface using a charged droplet cluster ion beam. 試料表面上を帯電液滴エッチング法を用いてエッチングするエッチング手段と、
エッチングした試料表面に所定の角度でX線を照射するX線照射手段と、
X線を照射した試料表面から放出される光電子を解析することにより試料の表面近傍の深さ方向分析を行なう解析手段と、
を含んで構成されることを特徴とする角度分解X線光電子分光装置。
Etching means for etching the surface of the sample using a charged droplet etching method;
X-ray irradiation means for irradiating the etched sample surface with X-rays at a predetermined angle;
Analyzing means for analyzing a depth direction in the vicinity of the surface of the sample by analyzing photoelectrons emitted from the surface of the sample irradiated with X-rays;
An angle-resolved X-ray photoelectron spectrometer characterized by comprising:
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