Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH0656367B2 - 固体表面の状態分析装置 - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH0656367B2 - 固体表面の状態分析装置 - Google Patents

固体表面の状態分析装置

Info

Publication number
JPH0656367B2
JPH0656367B2 JP59065714A JP6571484A JPH0656367B2 JP H0656367 B2 JPH0656367 B2 JP H0656367B2 JP 59065714 A JP59065714 A JP 59065714A JP 6571484 A JP6571484 A JP 6571484A JP H0656367 B2 JPH0656367 B2 JP H0656367B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
state
solid surface
rays
dispersed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59065714A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60210746A (ja
Inventor
裕介 矢島
精一 村山
完次 辻井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59065714A priority Critical patent/JPH0656367B2/ja
Publication of JPS60210746A publication Critical patent/JPS60210746A/ja
Publication of JPH0656367B2 publication Critical patent/JPH0656367B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/223Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/07Investigating materials by wave or particle radiation secondary emission
    • G01N2223/076X-ray fluorescence

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、特に固体表面に吸着した化学種の構造、結合
状態、運動状態の測定に適した、固体表面の状態分析装
置に関する。
〔発明の背景〕
従来、固体表面の状態分布には、光電子分光、オージエ
電子分光、電子エネルギー損失分光などの方法が用いら
れている。しかし、これらの方法では、吸着種のエネル
ギー準位やその幅などが測定できるにすぎず、固相−気
相界面における化学反応の機構を知る上で必要な、吸着
種と表面との結合状態や、表面での運動状態などについ
ての詳しい知見を得ることは困難である。
近年活発に研究開発が行なわれている半導体プロセス分
野においては、低抵抗シリコン基板上に高抵抗シリコン
薄膜をCVD法で作成する場合のように、固体試料の表
面に化学種を吸着させて、表面反応により薄膜を形成す
る技術が多用されている。このような場合には、固体試
料(低抵抗シリコン基板)上での吸着化学種(モノシラ
ンなどのシリコンを含む分子またはラジカル)の電子状
態を知ることが必要となる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記のような既存の表面測定方法の持
つ不充分な点を補うことが可能で、しかも測定を完全に
非破壊で行い得る、固体表面に吸着した化学種の状態分
析装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、本発明においてはX線領域の
光を励起光とするラマン散乱を利用している。
従来、ラマン散乱は可視光を励起光源として、主に分子
起動や格子振動の測定に用いられている。励起光の波長
を短くしてX線を用いれば、原子、分子の電子遷移を伴
うラマン散乱を観測できることが、本発明の原理であ
る。本発明によれば、化学種の固体表面への吸着に伴う
電子状態の変化を、非破壊で詳しく解析することが可能
である。
〔発明の実施例〕
第1図に示すように、ラマン散乱は物質がある波長の光
1を吸収する過程と、別の波長の光2、または3を放出
する過程とが同時に起こる現象と考えられる。ここで物
質は、図中のエネルギー準位の中例えば4,5,6,7
において、初期状態4から中間状態5を経て終状態6ま
たは7へと遷移する。励起光1と、散乱光2,3とのエ
ネルギー差は、物質エネルギー準位4と6、および4と
7のエネルギー差に対応しているので、これを用いる
と、例えばエネルギー準位4と6、または4と7との間
で直接遷移が起こらないような場合でも、それらのエネ
ルギー準位間のエネルギー差を決定することが可能であ
る。励起光1として可視領域の光を用いると、分子の振
動、回転準位や、結晶の格子振動準位などに関する知見
が得られる。
励起光1の波長を短くしてX線領域に設定すると、原子
や分子の電子状態間で同様な現象が観測されるようにな
る。
第2図に、本発明の一実施例における装置構成を示す。
X線発生源と所定の波長のX線を選び出す分光系とから
なる励起光供給部Aより出る励起光8は、試料台9の保
持されている試料10に照射される。試料10の表面か
らの散乱光11の一部を、スリツト12により取り出
し、スリツト13を経て回折格子14に導く。ここで波
長分散された散乱光を写真乾板、ダイオードアレイ、シ
ンチレーターなどの検出器15により検出してスペクト
ルを得る。ここで、励起光8、散乱光11の光路全体、
および試料10は真空容器中に収められている。また、
励起光8、および散乱光11が試料10の表面となす角
度は、互いに独立に変えることができる。
励起光供給部Aの一実施例を第3図に示す。第2図にお
ける励起光8を、第3図では軌道放射光(SOR)17
から得ている。電子蓄積リングの一部であるマグネツト
部16で電子が加速されることにより発生する軌道放射
光17を、回折格子19、スリツト20により波長選択
して励起光8を得る。第3図における波長選択用の分光
系の構成をより複雑にして、励起光8の波長を変えても
分散光の結像位置や励起光8の進行方向が変化しないよ
うな分光系を使用することもできる。
第4図は励起光供給部Aの別の実施例である。プラズマ
X線源18において面状の放電が先端部で収束、ピンチ
する際に発生するX線を回折格子19で波長分散し、そ
の一部を取り出して励起光8とする。光源として他のX
線源を使用することも可能である。
上記の装置において、励起光の試料面に対する視射角
を、試料材料の臨界角よりも小さく設定すると、試料内
部への光の侵入がなくなるので、表面のみでの散乱光が
検出できる。
第5図は、本発明になる装置の別の実施例の構成図であ
る。励起光用の回折格子19により分散された光のうち
所定の波長成分をスリツト20により取り出し、これを
励起光8として試料10に照射する。散乱光11は、回
折格子14により波長分散して写真乾板、ダイオードア
レイ、シンチレーターなどの検出器15により検出した
スペクトルを得る。
次に、第6図、および第7図により、本実施例におけ
る、第5図中の励起光用回折格子19の分散の方向zと
試料10の傾きとの関係、および励起光8の試料10に
対する入射方向、散乱光11の検出方向、励起光8の試
料10の面上への結像線21との関係を説明する。
第6図は、本実施例の試料部分を第5図における励起光
用回折格子19の分散の方向、すなわち第5図のz軸方
向より見た部分図である。試料10は、その面がz軸と
平行で、しかも励起光8が試料面に対して平行に近い角
度で入射するように設置されており、散乱光11は、励
起光8の試料10への入射方向に近く、しかも試料面に
対して平行に近い方向より検出する。
第7図は、本実施例の試料部分を、第5図におけるy軸
の方向、すなわち励起光用回折格子19の分散方向z
と、励起光8の進行方向のいずれに対しても垂直な方向
より見た部分図である。一般に、点状光源から出た光
は、回折格子により分散されると分散の方向と垂直な線
状に結像する。
第7図において、試料10の面上への励起光8の結像線
21のz軸方向の幅は、試料面がz軸に対して平行であ
れば、励起光8の試料面に対する入射角が変化しても、
ほぼ一定に保たれる。したがつて、試料面に平行に近
く、しかも結像線21と励起光8のつくる面に入る方
向、ないしは、それに近い方向に第5図における検出用
回折格子14を配置した本実施例の場合、この検出用回
折格子14より見た結像線21からの散乱光11は、近
似的に点光源と見なせる。このような条件においては、
散乱光をピンホール等を通過させることなく、直接検出
用回折格子14に導いても、分散光は点光源から出る光
と同様な結像をする。ここで、検出用回折格子14とし
て、光源までの距離が結像位置にほとんど影響を与えな
い、たとえば、フラツトフイールド型凹面回折格子を用
いると、通常の回折格子を用いた場合以上に点光源から
の光に近い結像を、検出器15の位置に得ることができ
る。
以上説明したような本実施例の方法においては、励起光
8の入射角、および散乱光11の検出の方向の両方を、
試料面に対して平行に近く設定してあるにもかかわら
ず、励起光8が試料10を経ずに直接検出器15に入る
ことに対する対策を行う必要がない。しかも、散乱光1
1の分光を行う際に、これをピンホール等で点光源化す
る必要がないため、散乱光11を損失なく検出すること
ができる。したがつて、高い検出感度が得られる。
一般に、分光系のエネルギー分解能ΔE(eV),波長
分解能Δλ/λ,光の波長λ(Å)の間には、 ΔE=1.25×10×(Δλ/λ)/λ の関係があるので、Δλ/λ=5×10-4の分光系を用
いてλ=10Åの励起光の散乱を観測した場合、1eV
以下のエネルギー分解能で散乱光の測定を行うことがで
きる。ラマン散乱において遷移エネルギーが通常0.5e
V以上である電子遷移が観測されるためには、励起光8
の波長は500Å以下のX線領域であることが必要であ
る。また、分光系に波長分解能は上記波長領域では10
-4以下であるのが現状なので、吸着による電子状態の変
化を観測し得る程度のエネルギー分解能(1eV)を
得るためには、励起光8の波長は5Å以上であることが
必要がである。
このように、本発明になる装置において、上記のような
性能をもつ分光系を使用すれば、散乱X線のスペクトル
を観測することによつて、表面に吸着した化学種の電子
遷移を、吸着に起因する電子状態の変化を検出するのに
充分な精度で解析することができる。
〔発明の効果〕
励起電子状態は、吸着種の表面での運動や表面化学反応
に対して重要な役割を担つているので、例えば半導体プ
ロセス技術における、プラズマCVD、光CVDなどの
ように、表面の動的な性質を利用した技術の発展のため
に、その振舞いを充分に理解しておくことが必須であ
る。
本発明によれば、通常の光吸収を経た遷移が、対称性の
制約のために禁止されている準位についての知見を得る
ことが可能である。また、光電子分光法の場合、電子の
被占有状態に関する情報が得られるのみであるのに対し
て、本発明では励起電子状態を検出することができる。
さらに、本発明は測定できる情報において上記のような
新しい機能を持つことの他、電子、イオン線などの粒子
線照射を用いず、励起光とわずかにエネルギーの異なる
散乱光を検出することを測定手段としているために、試
料に著しい擾乱を加えることなく試料のありのままの性
質をとらえることが可能であるという特徴も持つてい
る。この特徴は、同一試料について連続的に測定を行
い、その変化を追跡するような動的計測を行う場合に特
に有効に利用できる。
次に本発明の装置により予測される結果の例を第8図に
示す。第8図は、低抵抗n型シリコン基板上に高抵抗シ
リコン薄膜を成長させるためのモノシラン(SiH
を用いたCVD処理の初期におけるラマン散乱のスベク
トルを測定した結果である。励起光1のエネルギーは1
keV(波長は12Å)とした。
第8図には、真空中、すなわち吸着前のモノシラン(S
iH)のスペクトルも示してある。真空中でのスペク
トルには、電子がシリコン局在した非縮重状態のピーク
(a1)と、電子が分子全体に分布した三重縮重状態の
ピーク(t2)が現れている。a1のピークは、モノシ
ラン(SiH)が面方位(100)、(111)のい
ずれのシリコン基板に吸着した場合でもほとんど変化し
ない。これは上述したように、電子がシリコンに局在し
ているため、吸着の影響を受けないことによるものであ
る。
一方、t2のピークの方は、面方位(100)のシリコ
ン基板への吸着では三重の縮重が解け、安定化した一つ
の状態と吸着前とほとんど変わらない二重縮重状態へと
分裂する。そして、(111)のシリコン基板への吸着
では三重縮重は解けないが、吸着方位の相違により、安
定度の異なる二つの三重縮重状態が現れる。
このように、本発明の装置によれば、吸着条件の差によ
る電子状態の変化を詳しく解析できるため、各処理条件
での最適な成膜条件を容易に決定することが可能になる
ことが予測される。
【図面の簡単な説明】
第1図はラマン散乱の原理を説明する図、第2図は本発
明の一実施例になる装置の基本構成図、第3図は本発明
の一実施例の一部分を説明する図、第4図は本発明の別
の実施例の一部分を説明する図、第5図は本発明のさら
に別の実施例になる装置の基本構成図、第6図、および
第7図は第5図における実施例の入射および散乱X線の
状態を説明する図、第8図は本発明の装置により予測さ
れる結果の例を示す図である。 1……励起光、2,3……ラマン散乱光、4……始状
態、5……中間状態、6,7……終状態、A……励起光
供給部、8……励起光、9……試料台、10……試料、
11……散乱光、12,13……スリツト、14……検
出用回折格子、15……光検出器、16……マグネツ
ト、17……軌道放射光、18……プラズマX線源、1
9……励起用回折格子、20……スリツト、21……結
像線。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】X線を発生するX線源と、固相−気相界面
    の電子状態を得るために、所定の波長を有する該X線を
    選択する分光手段と、表面に化学種が吸着された試料を
    設置する試料台と、該試料に臨界角より小さい視射角で
    該X線を照射する手段と、該試料の表面から分散した該
    X線の波長を分光する分光系と、該分散したX線を検出
    する検出器からなることを特徴とする固体表面の状態分
    析装置。
  2. 【請求項2】特許請求の第囲第1項に記載の固体表面の
    状態分析装置において、上記X線源と、上記分光手段
    と、上記試料台と、上記分光系と、上記検出器とが真空
    容器に収納されていることを特徴とする固体表面の状態
    分析装置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲1項に記載の固体表面の状
    態分析装置において、上記X線源として、軌道輻射光源
    を用いることを特徴とする固体表面の状態分析装置。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第1項に記載の固体表面の
    状態分析装置において、上記X線源として、プラズマX
    線源を用いることを特徴とする固体表面の状態分析装
    置。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第1項に記載の固体表面の
    状態分析装置において、上記X線の波長が、5Åから5
    00Åの範囲であることを特徴とする固体表面の状態分
    析装置。
  6. 【請求項6】特許請求の範囲第1項に記載の固体表面の
    状態分析装置において、上記分散したX線の検出を、上
    記試料に対して小さい視射角で検出することを特徴とす
    る固体表面の状態分析装置。
  7. 【請求項7】特許請求の範囲第1項に記載の固体表面の
    状態分析装置において、上記試料が、上記分散したX線
    の分散方向に対して平行に配置されたことを特徴とする
    固体表面の状態分析装置。
  8. 【請求項8】特許請求の範囲第1項に記載の固体表面の
    状態分析装置において、上記分散したX線の検出を、上
    記分散したX線の分散方向に対して垂直な方向から検出
    することを特徴とする固体表面の状態分析装置。
  9. 【請求項9】特許請求の範囲第1項に記載の固体表面の
    状態分析装置において、上記X線の入射方向、あるいは
    入射方向に近い方向に分散される上記分散したX線を検
    出することを特徴とする固体表面の状態分析装置。
JP59065714A 1984-04-04 1984-04-04 固体表面の状態分析装置 Expired - Lifetime JPH0656367B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59065714A JPH0656367B2 (ja) 1984-04-04 1984-04-04 固体表面の状態分析装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59065714A JPH0656367B2 (ja) 1984-04-04 1984-04-04 固体表面の状態分析装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60210746A JPS60210746A (ja) 1985-10-23
JPH0656367B2 true JPH0656367B2 (ja) 1994-07-27

Family

ID=13294959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59065714A Expired - Lifetime JPH0656367B2 (ja) 1984-04-04 1984-04-04 固体表面の状態分析装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0656367B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06100511B2 (ja) * 1986-05-02 1994-12-12 株式会社日立製作所 走査型応力測定方法
JPH0820317B2 (ja) * 1988-11-25 1996-03-04 株式会社日立製作所 応力測定方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60210746A (ja) 1985-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schlossman et al. A synchrotron x-ray liquid surface spectrometer
US5456205A (en) System for monitoring the growth of crystalline films on stationary substrates
JPH10318737A (ja) 膜厚測定方法
Wakatsuki et al. Small‐angle x‐ray scattering/diffraction system for studies of biological and other materials at the Stanford Synchrotron Radiation Laboratorya
Leitenberger et al. Application of a pnCCD in X-ray diffraction: a three-dimensional X-ray detector
JPH0656367B2 (ja) 固体表面の状態分析装置
US5841532A (en) Method for evaluating oxygen concentrating in semiconductor silicon single crystal
JP3519292B2 (ja) 微小部x線回折測定方法及び微小部x線回折装置
KR100319676B1 (ko) 시료전류 스펙트로스코피 표면측정을 위한 방법 및 장치
EP0697109B1 (en) X-ray spectrometer with a grazing take-off angle
JP5332801B2 (ja) 試料分析装置及び試料分析方法
Claes et al. Progress in laboratory grazing emission x‐ray fluorescence spectrometry
JP3755034B2 (ja) 全反射蛍光x線分析法およびその装置
Higatsberger Solid surfaces analysis
Cowley et al. Contrast and resolution in REM, SEM and SAM
Eisenberger et al. New approaches to surface structure determinations
US6393093B2 (en) X-ray analysis apparatus with an X-ray detector in the form of a CCD array
TWI897674B (zh) 具有高訊號解析度的x射線量測系統
JP3946643B2 (ja) 光粒子装置のx線分析方法
Letard et al. Multielement Si (Li) detector for the hard x-ray microprobe at ID22 (ESRF)
JP2996210B2 (ja) 試料吸収電流分光法
JPH1151883A (ja) 蛍光x線分析装置および方法
Smith et al. Surface spectroscopies with synchrotron radiation
JPH01244344A (ja) X線吸収スペクトル測定装置
JPS62214335A (ja) 全反射螢光exafs装置