JP2653084B2 - Surface analyzer - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、反転高速電子回折法（Reflecting High
Energy Electron Diffraction:以下、RHEEDと記す）に
よって試料の表面分析を行う表面分析装置に関し、特に
微小領域の表面分析に使用して有効な装置に関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an inverting high-speed electron diffraction method (Reflecting High-
The present invention relates to a surface analyzer for performing surface analysis of a sample by Energy Electron Diffraction (hereinafter, referred to as RHEED), and particularly to an apparatus that is effective for use in surface analysis of a minute area.
RHEEDは、従来から行われている最も一般的な表面の
結晶構造の解析法であり、電子線を高速（10kV以上）で
試料表面に対して浅い角度で入射させ、試料における電
子回折によって結晶構造を解明するものである。RHEED is the most commonly used method for analyzing the crystal structure of a surface, in which an electron beam is incident at a high speed (10 kV or more) at a shallow angle on the sample surface, and the crystal structure is analyzed by electron diffraction on the sample. Is to clarify.
このRHEEDによる従来の表面分析装置を簡単に説明す
ると、まず、真空室内に試料が設置されるとともに、こ
の真空室内に電子線照射系が設けられている。そして、
前記電子線照射系から前記試料表面に低角度で電子線を
入射させると、この電子線は試料表面で回折を起こし、
この回折した電子は蛍光板に回折パターンを形成する。
この回折パターンは試料表面の原子配列の特性を示して
いるので、該回折パターンを測定してデータ処理を行う
ことにより、結晶構造や結晶方位等の解析を行うことが
できる。To briefly explain the conventional surface analyzer using RHEED, first, a sample is placed in a vacuum chamber, and an electron beam irradiation system is provided in the vacuum chamber. And
When an electron beam is incident on the sample surface at a low angle from the electron beam irradiation system, this electron beam causes diffraction on the sample surface,
The diffracted electrons form a diffraction pattern on the fluorescent screen.
Since this diffraction pattern indicates the characteristics of the atomic arrangement on the sample surface, analysis of the crystal structure, crystal orientation, and the like can be performed by measuring the diffraction pattern and performing data processing.
前記のようなRHEEDは、単結晶の試料ばかりでなく、
多結晶，非昌質試料でも回折パターンを与えるので、最
も広く用いられているが、従来のRHEED装置は主に試料
全体の表面分析を行うものであり、cm2あるいはmm2オー
ダの広域を対象としている。RHEED as described above is not only a single crystal sample,
It is the most widely used because it gives a diffraction pattern even for polycrystalline and non-crystalline samples, but the conventional RHEED instrument mainly performs surface analysis of the entire sample and covers a wide area of the order of cm 2 or mm 2. And
ところで、最近はこのRHEED装置により、LSIパターン
の解析等のように、ミクロンオーダの微小領域を分析す
ること、即ちマイクロRHEEDによるミクロン領域の分析
が望まれている。このマイクロRHEEDは、電子ビーム径
を細く絞って試料に照射することにより実現できるが、
ビーム径がミクロンオーダになると、その位置決めが困
難となる。従って、照射位置の設定に際しては、前記分
析用の電子ビームを利用した走査電子顕微鏡（SEM）を
用いることが考えられるが、前述のように、RHEEDにお
ける電子ビームは低角入射（通常、数度）のため、この
RHEED用の電子ビームを用いてSEM像を得ることができな
い。By the way, recently, it is desired to analyze a micro area on the order of microns, such as analysis of an LSI pattern, using the RHEED apparatus, that is, to analyze a micro area using micro RHEED. This micro RHEED can be realized by irradiating the sample with a narrow electron beam diameter,
When the beam diameter is on the order of microns, the positioning becomes difficult. Therefore, when setting the irradiation position, it is conceivable to use a scanning electron microscope (SEM) using the electron beam for analysis, but as described above, the electron beam in the RHEED is incident at a low angle (typically several degrees). ) For this
SEM images cannot be obtained using an electron beam for RHEED.
そこで、前記照射位置の設定は、光学顕微鏡を用いて
行わざるをえないが、この光学顕微鏡は高分解能のもの
でも１μｍ程度が限度であり、また焦点深度が浅いた
め、傾斜している面等の観察には不向きであり、正確な
位置決めができないという問題がある。従って、従来の
マイクロRHEEDでは、光学顕微鏡を用いて大体の位置決
めを行っているのが現状であるが、特に、LSIパターン
の解析等のためには正確な位置決めが不可欠であり、正
確な位置決めを行うことのできるマイクロRHEEDが強く
望まれている。Therefore, the setting of the irradiation position must be performed using an optical microscope. However, this optical microscope has a limit of about 1 μm even with a high resolution, and has a shallow depth of focus. However, it is not suitable for observing the image, and there is a problem that accurate positioning cannot be performed. Therefore, at present, conventional micro-RHEEDs use optical microscopes to perform approximate positioning.However, accurate positioning is indispensable, especially for LSI pattern analysis, etc. There is a strong need for a micro RHEED that can do it.
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、サブ
ミクロンの領域において、正確にRHEED用電子ビームを
目的の位置へ照射することのできる表面分析装置を得る
ことを目的とする。The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a surface analyzer capable of accurately irradiating a target position with a RHEED electron beam in a submicron region.
この発明に係る表面分析装置は、特に微小領域のRHEE
Dを行うものにおいて、表面分析用の電子線照射系に加
えて、この分析用電子線の照射位置を決定するための観
察用電子線照射系及びこの観察用電子線照射系の照射に
より発生する二次電子を検出する検出器を設けるととも
に、前記分析用電子線および前記観察用電子線に対する
試料表面の傾斜角に応じてこの両電子線の試料面上での
移動量を換算する換算式を内蔵し、前記観察用電子線の
走査移動量を検出するとともに、この移動量に対応して
前記換算式に基づいて前記分析用電子線の走査移動量を
制御する照射位置制御手段を設けたものである。The surface analysis apparatus according to the present invention is particularly suitable for RHEE
In the step of performing D, in addition to the electron beam irradiation system for surface analysis, the electron beam is generated by the observation electron beam irradiation system for determining the irradiation position of the analysis electron beam and the irradiation of the observation electron beam irradiation system A detector for detecting secondary electrons is provided, and a conversion formula for converting the amount of movement of the two electron beams on the sample surface in accordance with the inclination angle of the sample surface with respect to the analysis electron beam and the observation electron beam is given by: Built-in and provided with irradiation position control means for detecting the scanning movement amount of the observation electron beam and controlling the scanning movement amount of the analysis electron beam based on the conversion formula in accordance with the movement amount. It is.
この発明においては、分析用電子線照射系に加えて、
SEM用の電子線照射系及び二次電子検出器を設け、照射
位置制御手段により、前記両電子線照射系からの電子ビ
ームが一致するように前記電子線照射系の偏向コイル等
を制御するようにしたから、RHEEDにおいて、常に微小
領域での正確な位置決めを行うことが可能となり、LSI
パターンの評価等を実現することができる。In the present invention, in addition to the electron beam irradiation system for analysis,
An electron beam irradiation system and a secondary electron detector for SEM are provided, and irradiation position control means controls a deflection coil and the like of the electron beam irradiation system so that the electron beams from both electron beam irradiation systems match. In RHEED, it is possible to always perform accurate positioning in a very small area.
Evaluation of a pattern and the like can be realized.
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。第１
図は本発明の一実施例によるRHEED装置の概略断面構成
図である。真空室１内には試料ステージ２が設けられ、
この試料ステージ２上には試料ホルダに取りつけられた
試料３が載置されており、前記試料ステージ２によって
傾斜角度の調整及び分析位置への移動が行われるように
なっている。また前記真空室１の上部には、試料３の表
面に低角度でRHEED用電子ビーム（分析用電子ビーム）4
1を照射するためのRHEED用電子線照射系４が配置されて
おり、このRHEED用電子線照射系４は、電子銃，及び電
子ビームを走査（偏向）するための偏向コイル等により
構成されている。そして、前記真空室１の底部には、試
料表面で回折した電子42による回折パターンが形成され
る蛍光板５が設けられ、この蛍光板５の回折パターン
は、測定装置6,データ収集装置7,及び後述するCPU10に
よってデータ処理されるようになっている。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First
FIG. 1 is a schematic sectional configuration diagram of an RHEED device according to one embodiment of the present invention. A sample stage 2 is provided in a vacuum chamber 1,
A sample 3 mounted on a sample holder is mounted on the sample stage 2, and the tilt angle is adjusted and moved to the analysis position by the sample stage 2. On the upper part of the vacuum chamber 1, an electron beam for RHEED (electron beam for analysis) 4
An RHEED electron beam irradiation system 4 for irradiating 1 is arranged, and the RHEED electron beam irradiation system 4 is configured by an electron gun, a deflection coil for scanning (deflecting) an electron beam, and the like. I have. At the bottom of the vacuum chamber 1, a fluorescent plate 5 on which a diffraction pattern is formed by electrons 42 diffracted on the surface of the sample is provided, and the diffraction pattern of the fluorescent plate 5 is measured by a measuring device 6, a data collecting device 7, and a The CPU 10 performs data processing.
また、前記真空室１の側部には、照射位置観察用の電
子ビーム81を前記試料３に対してほぼ直角に照射するた
めの観察用電子線照射系８が配置されており、この観察
用電子線照射系８も、前記RHEED用と同様に、電子銃及
び偏向コイル等により構成されている。さらに、前記観
察用電子ビーム81の照射により発生する二次電子を検出
するために、シンチレータ，フォトマルチプライヤ等か
らなる検出器９が設けられ、これらの観察用電子線照射
系8,検出器9,及び後述するCPU10により、走査電子顕微
鏡（SEM）が構成されている。なお、前記真空室１に
は、図示しない排気系が接続されており、分析時は、超
高真空状態に保持される。On the side of the vacuum chamber 1, an observation electron beam irradiation system 8 for irradiating the sample 3 with an electron beam 81 for irradiation position observation at substantially right angles is arranged. The electron beam irradiation system 8 also includes an electron gun, a deflection coil, and the like, as in the case of the RHEED. Further, a detector 9 comprising a scintillator, a photomultiplier and the like is provided to detect secondary electrons generated by irradiation of the observation electron beam 81, and these observation electron beam irradiation system 8 and detector 9 are provided. A scanning electron microscope (SEM) is configured by the CPU and a CPU 10 described later. An exhaust system (not shown) is connected to the vacuum chamber 1, and is kept in an ultra-high vacuum state during analysis.
また、前記試料ステージ２の駆動制御，データ収集装
置７及び検出器９との間のデータ送受，演算処理及び制
御を行うために、CPU10が設けられている。そして、こ
のCPU10は、観察用電子線照射系８の電子ビーム81の移
動量を検出するとともに、この移動量に対応してRHEED
用電子ビーム41が移動するよう、RHEED用電子線照射系
４の制御、即ち電子ビーム41の照射位置制御をも行うも
のである。Further, a CPU 10 is provided for controlling the driving of the sample stage 2, transmitting and receiving data between the data collecting device 7 and the detector 9, and performing arithmetic processing and control. The CPU 10 detects the amount of movement of the electron beam 81 of the observation electron beam irradiation system 8 and, in accordance with the amount of movement,
The control of the electron beam irradiation system 4 for RHEED, that is, the control of the irradiation position of the electron beam 41 is also performed so that the electron beam 41 for movement moves.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
RHEEDによる分析及びSEM像を得るための動作について
は、それぞれの従来装置と同様である。即ち、RHEED用
電子線照射系４から放射された電子ビーム41は、試料面
に低角度で照射され、該試料面で回折した電子42は蛍光
板５に回折パターンを形成する。この回折パターンは測
定装置６により測定され、データ収集装置７及びCPU10
によってデータ処理が行われる。一方、観察用電子線照
射系８から放射された電子ビーム81は、ほぼ直角に試料
面に照射され、このビーム81によって発生した二次電子
は検出器９によって検出される。この検出結果がCPU10
によって演算処理される。The operations for analyzing by RHEED and obtaining an SEM image are the same as those of the respective conventional apparatuses. That is, the electron beam 41 emitted from the RHEED electron beam irradiation system 4 irradiates the sample surface at a low angle, and the electrons 42 diffracted on the sample surface form a diffraction pattern on the fluorescent screen 5. This diffraction pattern is measured by the measuring device 6, and the data collecting device 7 and the CPU 10
Performs data processing. On the other hand, the electron beam 81 emitted from the observation electron beam irradiation system 8 irradiates the sample surface almost at right angles, and the secondary electrons generated by the beam 81 are detected by the detector 9. This detection result is
Is calculated.
次にRHEED用電子ビーム41の照射位置である分析位置
の決定の動作について説明する。まず前準備として、試
料ステージ２上に標準試料を装着し、またRHEED用及び
観察用の電子ビーム41,81の両ビームによりSEM像が観察
できるように、前記試料を第１図に示す状態より水平状
態に近い傾斜角度に調整する。このような設置状態で各
照射系を制御し、前記RHEED用及び観察用の電子ビーム4
1及び81の照射点を試料上で一致させ、この状態をCPU10
に初期状態としてセットする。Next, the operation of determining the analysis position, which is the irradiation position of the RHEED electron beam 41, will be described. First, as a preparation, a standard sample is mounted on the sample stage 2, and the sample is moved from the state shown in FIG. 1 so that an SEM image can be observed with both the RHEED and observation electron beams 41 and 81. Adjust the angle of inclination close to horizontal. Each irradiation system is controlled in such an installed state, and the electron beam 4 for the RHEED and the observation is used.
The irradiation points 1 and 81 were matched on the sample, and this state
To the initial state.
さらに、試料３の分析時の傾斜角θに対して、前記両
ビーム41,81の移動量に対する換算式をCPU10に設定し、
観察用電子ビーム81の移動量に対して、RHEED用電子ビ
ーム41が試料上で同じ量だけ移動するようにする。即
ち、角度θだけ傾斜した試料３に対して、第２図に示す
ように、観察用電子ビーム81がｘ方向にｄだけ移動した
とき（Ａ点〜Ｂ点への移動）には、RHEED用電子ビーム4
1がＸ方向に、Ｓ＝ｄ・sin θだけ移動するようにCPU10
によって制御する。また、観察用電子ビーム81がｙ方向
に移動されたときは、そのままの量だけRHEED用電子ビ
ーム41をＹ方向に移動するように前記CPU10によって制
御する。Further, for the inclination angle θ at the time of analysis of the sample 3, a conversion formula for the movement amount of the two beams 41 and 81 is set in the CPU 10,
The RHEED electron beam 41 is moved by the same amount on the sample with respect to the movement amount of the observation electron beam 81. That is, as shown in FIG. 2, when the observation electron beam 81 moves by d in the x direction (movement from the point A to the point B) with respect to the sample 3 inclined by the angle θ, the RHEED Electron beam 4
CPU 10 moves 1 in the X direction by S = d · sin θ.
Controlled by. When the observation electron beam 81 is moved in the y direction, the CPU 10 controls the RHEED electron beam 41 to move in the Y direction by the same amount.
このように、初期状態及び換算のプログラムをCPU10
に設定することにより、観察用電子線照射系８の電子ビ
ーム81、即ちSEMによって試料面上を観察し、目的物を
探してその位置が視野の中心に来るように前記観察用電
子線照射系８の偏向コイルを制御すれば、前記CPU10に
より、RHEED用電子線照射系４の偏向コイルが前記換算
式に対応して制御され、SEMによって観察した位置に、
常にRHEED用の電子ビーム41が正確に照射されることに
なる。In this way, the initial state and conversion program
By observing the sample surface with the electron beam 81 of the observation electron beam irradiation system 8, that is, the SEM, searching for an object, and positioning the object at the center of the visual field, the observation electron beam irradiation system By controlling the deflection coil of No. 8, the deflection coil of the RHEED electron beam irradiation system 4 is controlled by the CPU 10 in accordance with the conversion formula, and at the position observed by the SEM,
The RHEED electron beam 41 is always irradiated accurately.
このように本実施例では、RHEED用の電子線照射系４
に加えてSEM用の電子線照射系８を設け、さらにこれら
の電子ビーム41,81が常に同じ位置に照射されるように
したので、ミクロンオーダの微小領域に対してマイクロ
RHEEDを行う際にも、その分析位置を正確に制御するこ
とができ、例えばLSIパターンの評価を精度良く行うこ
とができる。As described above, in this embodiment, the electron beam irradiation system 4 for RHEED is used.
In addition to this, an electron beam irradiation system 8 for SEM is provided, and these electron beams 41 and 81 are always irradiated to the same position.
Even when performing RHEED, the analysis position can be accurately controlled, and for example, LSI pattern evaluation can be performed with high accuracy.
なお、前記実施例ではRHEED用電子ビームと観察用電
子ビームを一致させるための移動量の換算、即ち照射位
置の制御を、CPUで行うようにしたが、これはCPUとは別
個の手段により行うようにしてもよく、前記実施例と同
様の効果を奏する。In the above embodiment, the conversion of the movement amount for matching the RHEED electron beam and the observation electron beam, that is, the control of the irradiation position, is performed by the CPU, but this is performed by means separate from the CPU. Alternatively, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
以上のように、この発明によれば、特に微小領域のRH
EEDを行う表面分析装置において、表面分析用の電子線
照射系に加えて、この分析用電子線を照射すべき試料上
の分析位置を決定するための観察用電子線照射系及び二
次電子検出器を設けるとともに、前記観察用電子線の走
査移動量に対応して前記分析用電子線の走査移動量を制
御するようにしたので、観察用の電子ビームにより試料
表面の微小領域の位置決定を行うと同時に、この位置に
RHEED用の電子ビームを照射させることができ、微小領
域での正確な位置決めを行うことが可能となり、LSIパ
ターンの評価等を実現することができる効果がある。As described above, according to the present invention, particularly, the RH
In the surface analyzer that performs EED, in addition to the electron beam irradiation system for surface analysis, an observation electron beam irradiation system to determine the analysis position on the sample to be irradiated with this analysis electron beam, and secondary electron detection A device is provided, and the scanning movement amount of the analysis electron beam is controlled in accordance with the scanning movement amount of the observation electron beam, so that the position of a minute region on the sample surface can be determined by the observation electron beam. At the same time
An electron beam for RHEED can be irradiated, accurate positioning in a minute area can be performed, and an effect of evaluating an LSI pattern can be realized.
第１図は本発明の一実施例による表面分析装置の概略断
面構成図、第２図はその動作を説明するための図であ
る。 ３……試料、４……RHEED用電子線照射系、41……RHEED
用電子ビーム、８……観察用電子線照射系、81……観察
用電子ビーム、９……検出器、10……CPU（照射位置制
御手段）。FIG. 1 is a schematic sectional configuration diagram of a surface analyzer according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the operation thereof. 3 ... sample, 4 ... electron beam irradiation system for RHEED, 41 ... RHEED
Electron beam for observation, 8 ... electron beam irradiation system for observation, 81 ... electron beam for observation, 9 ... detector, 10 ... CPU (irradiation position control means).
Claims (1)
よって試料の結晶構造を分析する表面分析装置におい
て、表面分析用の電子線を前記試料上に照射するための
分析用電子線照射系と、この分析用電子線の照射位置を
決定するための観察用電子線を前記試料上に照射するた
めの観察用電子線照射系と、この観察用電子線の照射に
より発生する二次電子を検出する検出器と、前記分析用
電子線および前記観察用電子線に対する試料表面の傾斜
角に応じてこの両電子線の試料面上での移動量を換算す
る換算式を内蔵し、前記観察用電子線の走査移動量を検
出するとともに、この移動量に対応して前記換算式に基
づいて前記分析用電子線の走査移動量を制御する照射位
置制御手段とを備えたことを特徴とする表面分析装置。1. A surface analyzer for irradiating a sample with an electron beam at a high speed and analyzing the crystal structure of the sample by electron diffraction. System, an observation electron beam irradiation system for irradiating the sample with an observation electron beam for determining the irradiation position of the analysis electron beam, and secondary electrons generated by irradiation of the observation electron beam. And a conversion formula for converting the amount of movement of the electron beam on the sample surface in accordance with the inclination angle of the sample surface with respect to the analysis electron beam and the observation electron beam. Irradiation position control means for detecting a scanning movement amount of the analysis electron beam and controlling a scanning movement amount of the analysis electron beam based on the conversion formula in accordance with the movement amount. Surface analyzer.
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| JP63031545A JP2653084B2 (en) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | Surface analyzer |
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| JP63031545A Expired - Lifetime JP2653084B2 (en) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | Surface analyzer |
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
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-
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- 1988-02-12 JP JP63031545A patent/JP2653084B2/en not_active Expired - Lifetime
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