JPH03138850A - ２次イオン質量分析装置 - Google Patents
２次イオン質量分析装置Info
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- JPH03138850A JPH03138850A JP1273802A JP27380289A JPH03138850A JP H03138850 A JPH03138850 A JP H03138850A JP 1273802 A JP1273802 A JP 1273802A JP 27380289 A JP27380289 A JP 27380289A JP H03138850 A JPH03138850 A JP H03138850A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は２次イオン質量分析装置、特に高精度で試料の
深さ方向の分析を行うのに適した２次イオン質量分析装
置に関する。
深さ方向の分析を行うのに適した２次イオン質量分析装
置に関する。
２次イオン質量分析装置は試料の深さ方向の分析に多用
されており、またその深さ方向の分析精度向上のために
エレクトロニックアパーチャ法が多用されている。
されており、またその深さ方向の分析精度向上のために
エレクトロニックアパーチャ法が多用されている。
エレクトロニックアパーチャ法によれば、試料は１次イ
オンビームで２次元的に走査される。これによって試料
はエツチングされ、そのエツチングされた部分はクレー
タ状になる。このクレータからは２次イオンが発生し、
検出される。
オンビームで２次元的に走査される。これによって試料
はエツチングされ、そのエツチングされた部分はクレー
タ状になる。このクレータからは２次イオンが発生し、
検出される。
検出された２次イオンのうち、クレータエツジ部からの
２次イオンは電気的ゲートすなわちエレクトロニックア
パーチャにより除外され、実質的にクレータ中央部から
の２次イオンのみが質量分析部に導入され、質量分析さ
れる。これによって、試料の深さ方向の分析精度が向上
し、ダイナミックレンジが拡大される。
２次イオンは電気的ゲートすなわちエレクトロニックア
パーチャにより除外され、実質的にクレータ中央部から
の２次イオンのみが質量分析部に導入され、質量分析さ
れる。これによって、試料の深さ方向の分析精度が向上
し、ダイナミックレンジが拡大される。
１次イオンビームのイオン密度分布は一般にガウス分布
特性を示すことが知られている。しかし。
特性を示すことが知られている。しかし。
１次イオンの密度分布は実際には１次イオンの初期エネ
ルギーのばらつきや残留ガス分子との衝突散乱によりガ
ウス分布よりも著しく大きい裾をもつ分布となる。この
ため、エレクトロニックアパーチャ法においては、実際
には１次イオンビームがクレータの中心部にあるときの
みエレクトロニックアパーチャが開いたとしても、クレ
ータ周辺部から発生した２次イオンの質量分析部への導
入は避けられない。
ルギーのばらつきや残留ガス分子との衝突散乱によりガ
ウス分布よりも著しく大きい裾をもつ分布となる。この
ため、エレクトロニックアパーチャ法においては、実際
には１次イオンビームがクレータの中心部にあるときの
みエレクトロニックアパーチャが開いたとしても、クレ
ータ周辺部から発生した２次イオンの質量分析部への導
入は避けられない。
この問題を解決するために、試料から発生する２次イオ
ンによる試料の像をレンズにより予め定められた位置に
形成し、そしてこの位置に絞りを設けて、この絞りによ
り１次イオンビームの中心部に対応する試料領域からの
２次イオンのみを取出してクレータ周辺部から発生する
２次イオンの質量分析部への導入を減少させようとする
考え方が知られている（特許出願公告昭５３−１４９５
３号公報）。これをレンズおよび絞りによる不要２次イ
オン除去技術と呼ぶことにする。
ンによる試料の像をレンズにより予め定められた位置に
形成し、そしてこの位置に絞りを設けて、この絞りによ
り１次イオンビームの中心部に対応する試料領域からの
２次イオンのみを取出してクレータ周辺部から発生する
２次イオンの質量分析部への導入を減少させようとする
考え方が知られている（特許出願公告昭５３−１４９５
３号公報）。これをレンズおよび絞りによる不要２次イ
オン除去技術と呼ぶことにする。
しかし、試料の像が絞りの位置に生じているかどうかを
確認する手段については考慮がなされておらず、このた
めレンズおよび絞りによる不要２次イオン除去技術の本
来の効果を十分に発揮し得ないという問題がある。
確認する手段については考慮がなされておらず、このた
めレンズおよび絞りによる不要２次イオン除去技術の本
来の効果を十分に発揮し得ないという問題がある。
本発明の目的は試料の、１次イオンビームの中心部以外
の部分に対応する試料部分から発生する２次イオンを除
去するのに適した２次イオン質量分析装置を提供するこ
とにある。
の部分に対応する試料部分から発生する２次イオンを除
去するのに適した２次イオン質量分析装置を提供するこ
とにある。
本発明のもう一つの目的は試料からの２次イオンによる
試料の像が絞りに生じているかどうかの確認が可能であ
り、その結果として１次イオンビームの中心部以外の部
分に対応する試料部分から発生した２次イオンの質量分
析部への導入を妨げ得る２次イオン質量分析装置を提供
することにある。
試料の像が絞りに生じているかどうかの確認が可能であ
り、その結果として１次イオンビームの中心部以外の部
分に対応する試料部分から発生した２次イオンの質量分
析部への導入を妨げ得る２次イオン質量分析装置を提供
することにある。
本発明によれば、２次イオンの像を形成する手段と、そ
の像が形成される位置に配置された絞りと、この絞りを
通った２次イオンを検出し、電気信号に変換する手段と
、その電気信号にもとづいて前記絞りの像を表示する手
段とが備えられる。
の像が形成される位置に配置された絞りと、この絞りを
通った２次イオンを検出し、電気信号に変換する手段と
、その電気信号にもとづいて前記絞りの像を表示する手
段とが備えられる。
２次イオン像形成位置に絞りが配置され、かつその絞り
を通った２次イオンを利用して絞りの像が像表示装置に
表示されるので、イオン像が絞りの位置と不一致の場合
は表示される絞りの像上で絞りの輪郭が不明瞭となるの
に対し、イオン像が絞りの位置と一致している場合は表
示される絞りの像上で絞りの輪郭が鮮明となるため、こ
れによりイオン像の絞り位置に対する一致状況を確認す
ることができるようになる。それ故、１次イオンビーム
の中心部以外の部分に対応する試料部分から発生した２
次イオンの質量分析部への導入を妨げることが可能とな
る。
を通った２次イオンを利用して絞りの像が像表示装置に
表示されるので、イオン像が絞りの位置と不一致の場合
は表示される絞りの像上で絞りの輪郭が不明瞭となるの
に対し、イオン像が絞りの位置と一致している場合は表
示される絞りの像上で絞りの輪郭が鮮明となるため、こ
れによりイオン像の絞り位置に対する一致状況を確認す
ることができるようになる。それ故、１次イオンビーム
の中心部以外の部分に対応する試料部分から発生した２
次イオンの質量分析部への導入を妨げることが可能とな
る。
第１図を参照するに、イオン源１から放出される１次イ
オンビームは引出し電極２によって引出され、レンズ３
および４により試料５に集束される。
オンビームは引出し電極２によって引出され、レンズ３
および４により試料５に集束される。
静電形の偏向装置６には偏向電源７から偏向信号である
偏向電圧が印加され、これにより試料５は集束されたイ
オンビームで２次元的に走査される。
偏向電圧が印加され、これにより試料５は集束されたイ
オンビームで２次元的に走査される。
試料５が集束された１次イオンビームにより衝撃され、
そしてそのビームで２次元的に走査されると、試料５か
ら２次イオンが発生すると共に、試料が１次イオンビー
ムによりエツチングされて、そのエツチングされた部分
はクレータ状になる。
そしてそのビームで２次元的に走査されると、試料５か
ら２次イオンが発生すると共に、試料が１次イオンビー
ムによりエツチングされて、そのエツチングされた部分
はクレータ状になる。
試料５から発生した２次イオンは引出し電極８により引
出され、２次イオンによる試料５の像が静電形のレンズ
９によって出射スリットすなわち絞り１０の位置に形成
される。
出され、２次イオンによる試料５の像が静電形のレンズ
９によって出射スリットすなわち絞り１０の位置に形成
される。
１次イオンビームは、前述のように、一般にガウス分布
よりも著しく大きい裾をもつ分布となり。
よりも著しく大きい裾をもつ分布となり。
したがって１次イオンビームが試料５のクレータの中心
を衝撃する場合でさえもクレータの中心部から発生する
２次イオンにクレータエツジからの２次イオンが混入す
ることになる。しかし、１次イオンビームの中心部以外
の部分に対応する試料部分からの２次イオンは絞り１０
によりカットされ、したがってクレータエツジからの２
次イオンも絞りｌＯによりカットされ、実質的にクレー
タ中心部からの２次イオンのみが絞り１０を通る。
を衝撃する場合でさえもクレータの中心部から発生する
２次イオンにクレータエツジからの２次イオンが混入す
ることになる。しかし、１次イオンビームの中心部以外
の部分に対応する試料部分からの２次イオンは絞り１０
によりカットされ、したがってクレータエツジからの２
次イオンも絞りｌＯによりカットされ、実質的にクレー
タ中心部からの２次イオンのみが絞り１０を通る。
絞り１０を通った２次イオンは電場発生装置１１により
発生される電場によりエネルギー分散される。電場によ
るエネルギー集束面にはイオン−電子変換素子１２が配
置され、ある特定のエネルギーをもつ２次イオン（全イ
オン）はイオン−電子変換器１２の開口を通過するが、
それ以外のエネルギーの２次イオン（全イオン）はイオ
ン−電子変換器１２によって電子に変換され、そして変
換された電子は検出器１３によって検出されて、この検
出器はイオン−電子変換器１２により検出される２次イ
オン量に対応した電気信号を発生する。
発生される電場によりエネルギー分散される。電場によ
るエネルギー集束面にはイオン−電子変換素子１２が配
置され、ある特定のエネルギーをもつ２次イオン（全イ
オン）はイオン−電子変換器１２の開口を通過するが、
それ以外のエネルギーの２次イオン（全イオン）はイオ
ン−電子変換器１２によって電子に変換され、そして変
換された電子は検出器１３によって検出されて、この検
出器はイオン−電子変換器１２により検出される２次イ
オン量に対応した電気信号を発生する。
イオン−電子変換器１２を通った２次イオンは磁場発生
装置！１４により発生される磁場により質量分散され、
そして特定の質量数をもつ２次イオンは偏向器１５によ
り偏向され、コレクタースリット１６を通って検出器１
７により検出される。
装置！１４により発生される磁場により質量分散され、
そして特定の質量数をもつ２次イオンは偏向器１５によ
り偏向され、コレクタースリット１６を通って検出器１
７により検出される。
検出器１７の出力信号は記録計１８に記録されると共に
、データ処理装置１９にとり込まれる。
、データ処理装置１９にとり込まれる。
図示は簡略化のために省略されであるが、磁場発生装置
１４によって発生される磁場は掃引され。
１４によって発生される磁場は掃引され。
それによって質量数掃引が行なわれる。すなわち、磁場
掃引によりいろいろな質量数の２次イオンが次々と検出
器１７により検出される。
掃引によりいろいろな質量数の２次イオンが次々と検出
器１７により検出される。
検出器１３からの電気信号は陰極線管２０の輝度変調電
極であるグリッドに与えられる。偏向電源７からの偏向
信号は陰極線管２０の偏向装置にも与えられ、これによ
り陰極線管２０のスクリーンは試料５の２次元的な走査
と同期して２次元的に走査される。したがって、陰極線
管２０のスクリーンには試料５の走査領域の像と共に絞
り１０の像が表示される。
極であるグリッドに与えられる。偏向電源７からの偏向
信号は陰極線管２０の偏向装置にも与えられ、これによ
り陰極線管２０のスクリーンは試料５の２次元的な走査
と同期して２次元的に走査される。したがって、陰極線
管２０のスクリーンには試料５の走査領域の像と共に絞
り１０の像が表示される。
陰極線管２０に表示される絞り１０の像に関しては、そ
の輪郭は試料５の２次イオンによる像が絞り１０の位置
に生じていれば鮮明となり、絞り１０と一致していない
場合は不鮮明となる。後者の場合は、レンズ９に接続さ
れているレンズ電源２５を陰極線管２０に生じる絞り１
０の輪郭が鮮明になるまで調節してレンズ９の焦点距離
を変えることにより試料５の２次イオン像を絞り１０に
形成することができる。もちろん、引出し電極８に電源
２６から与えられる電圧を単独であるいはレンズ９の調
節と共に調節することによっても試料５の２次イオン像
の結像位置を変えることができる。
の輪郭は試料５の２次イオンによる像が絞り１０の位置
に生じていれば鮮明となり、絞り１０と一致していない
場合は不鮮明となる。後者の場合は、レンズ９に接続さ
れているレンズ電源２５を陰極線管２０に生じる絞り１
０の輪郭が鮮明になるまで調節してレンズ９の焦点距離
を変えることにより試料５の２次イオン像を絞り１０に
形成することができる。もちろん、引出し電極８に電源
２６から与えられる電圧を単独であるいはレンズ９の調
節と共に調節することによっても試料５の２次イオン像
の結像位置を変えることができる。
第２図および第３図は試料５として金属メツシュを用い
た場合の陰極線管２０に表示される像を示す。第２図は
メツシュの２次イオン像が絞り１０に生じていない場合
の例で、表示像面積が広く、メツシュ像出現部分と、絞
り１０の形状を反映するメツシュ像が出現しない部分と
の境界が明瞭でないことがわかる。これに対して、第３
図はメツシュの２次イオン像が絞り１０に生じている場
合の例で、メツシュ像が出現する部分と出現しない部分
との境界が明瞭であり、かつ絞り１０により像が規制さ
れ、１次イオンビームの中心部分に対応する２次イオン
のみが質量分析の対象になっていることがわかる。
た場合の陰極線管２０に表示される像を示す。第２図は
メツシュの２次イオン像が絞り１０に生じていない場合
の例で、表示像面積が広く、メツシュ像出現部分と、絞
り１０の形状を反映するメツシュ像が出現しない部分と
の境界が明瞭でないことがわかる。これに対して、第３
図はメツシュの２次イオン像が絞り１０に生じている場
合の例で、メツシュ像が出現する部分と出現しない部分
との境界が明瞭であり、かつ絞り１０により像が規制さ
れ、１次イオンビームの中心部分に対応する２次イオン
のみが質量分析の対象になっていることがわかる。
全イオン像を陰極線管２０の中心に入るようにするため
には、試料５の上下および絞り１０の縦。
には、試料５の上下および絞り１０の縦。
横位置の微調整を行う。全イオン像は深さ方向分析中も
陰極線管２０に表示することができ、したがって、試料
のチャージアップなどにより２次イオン軌道がずれた場
合、陰極線管２０の中心より全イオン像がずれることで
これをモニタすることができる。
陰極線管２０に表示することができ、したがって、試料
のチャージアップなどにより２次イオン軌道がずれた場
合、陰極線管２０の中心より全イオン像がずれることで
これをモニタすることができる。
一方、絞り１０は丸形、Ｔ形、Ｌ形などその開口形状や
大きさが任意のものに交換することができる。これは絞
り慄動装置３０により各開口を２次イオンが通る通路に
移動することで達成できる。
大きさが任意のものに交換することができる。これは絞
り慄動装置３０により各開口を２次イオンが通る通路に
移動することで達成できる。
第４図に示す例では、破線で示す丁字形の開口を有する
絞りを用いることにより分析部分であるパターン部の分
析面積を大きく確保し、それ以外の部分からのイオンは
とり込まないようにすることが可能で、検出感度の向上
が図れる。
絞りを用いることにより分析部分であるパターン部の分
析面積を大きく確保し、それ以外の部分からのイオンは
とり込まないようにすることが可能で、検出感度の向上
が図れる。
本発明の実施例による効果を列記すると、以下のごとく
である。
である。
（１）２次イオンによる試料像を絞り上に結像させるた
めの条件設定が、絞りの像をｗｔ察することで的確に行
える。
めの条件設定が、絞りの像をｗｔ察することで的確に行
える。
これにより、素性の良い２次イオンのみを質量分析部に
導くことができ、深さ方向分析の精度向上ができる。効
果の一例としてシリコン中のリンの分析を挙げると、従
来の検出限界が第５図に示すＩ Ｘ １０ ”Ａｔｏｍ
ｓ／ ａｎ ’であったのに対し本発明により第６図の
如＜ ２ Ｘ １０１０１５Ａｔｏ／】３と約１桁向上
することができた。
導くことができ、深さ方向分析の精度向上ができる。効
果の一例としてシリコン中のリンの分析を挙げると、従
来の検出限界が第５図に示すＩ Ｘ １０ ”Ａｔｏｍ
ｓ／ ａｎ ’であったのに対し本発明により第６図の
如＜ ２ Ｘ １０１０１５Ａｔｏ／】３と約１桁向上
することができた。
（２）いろいろな形状や大きさの開口を任意に交換でき
るようになっており、半導体デバイスのバタンなと試料
表面形状に合わせて開口を選択することで分析エリアが
大きくとれ、感度向上が図れる。
るようになっており、半導体デバイスのバタンなと試料
表面形状に合わせて開口を選択することで分析エリアが
大きくとれ、感度向上が図れる。
本発明によれば、１次イオンビームの中心部以外の部分
に対応する試料部分からの２次イオンをカットして質量
分析部へ導かないようにすることができる。
に対応する試料部分からの２次イオンをカットして質量
分析部へ導かないようにすることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す２次イオン質量分析装
置の概念図、第２図は第１図の実施例中の陰極線管に表
示される像の一例を示す図、第３図は同じく陰極線管に
表示される像のもう一つの例を示す図、第４図は同じく
陰極線管に表示される更にもう一つの例を示す図、第５
図は従来例にもとづく深さ方向分析データの一例を示す
図、第６図は本発明にもとづく深さ方向分析データの一
例を示す図である。
置の概念図、第２図は第１図の実施例中の陰極線管に表
示される像の一例を示す図、第３図は同じく陰極線管に
表示される像のもう一つの例を示す図、第４図は同じく
陰極線管に表示される更にもう一つの例を示す図、第５
図は従来例にもとづく深さ方向分析データの一例を示す
図、第６図は本発明にもとづく深さ方向分析データの一
例を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、試料を１次イオンビームで走査し、それによつてそ
の試料から発生する２次イオンを質量分析する２次イオ
ン質量分析装置であつて、前記２次イオンの像を形成す
る手段と、その像が形成される位置に配置された絞りと
、この絞りを通つた２次イオンを検出し、電気信号に変
換する手段と、その電気信号にもとづいて前記絞りの像
を表示する手段とを備えている２次イオン質量分析装置
。 ２、試料を１次イオンビームで走査し、それによつてそ
の試料から発生する２次イオンを質量分析する２次イオ
ン質量分析装置であつて、前記２次イオンによる前記試
料の像を予め定められた位置に形成する手段と、その予
め定められた位置に配置された開口をもつ絞りと、その
開口を通つた２次イオンを検出し、電気信号に変換する
手段と、その電気信号にもとづいて前記開口の像を表示
する手段とを備えている２次イオン質量分析装置。 ３、１次イオンビームを発生する手段と、その発生した
１次イオンビームを試料に集束する手段と、その集束さ
れた１次イオンビームで前記試料を走査し、それによつ
てその試料から２次イオンを発生させる手段と、その２
次イオンを質量分析する手段と、その質量分析された２
次イオンを検出する手段とを備えた２次イオン質量分析
装置であつて、前記試料と前記質量分析手段の間の予め
定められた位置に前記２次イオンの像を形成する手段と
、その予め定められた位置に配置された絞りと、この絞
りを通つた２次イオンを検出し、電気信号に変換する手
段と、この電気信号にもとづいて前記絞りの像を表示す
る手段とを備え、前記２次イオン像形成手段は前記２次
イオン像の位置を調整する手段を含んでいることを特徴
とする２次イオン質量分析装置。 ４、前記２次イオン像形成手段は静電形レンズとこの静
電形レンズに電圧を供給する手段とその電圧を可変する
手段とを含んでいる請求項３にもとづく２次イオン質量
分析装置。５、１次イオンビームを発生する手段と、そ
の発生した１次イオンビームを試料に集束する手段と、
その集束された１次イオンビームで前記試料を走査し、
それによつてその試料から２次イオンを発生させる手段
と、その発生した２次イオンをエネルギー分散する手段
と、そのエネルギー分散された二次イオンを質量分散す
る手段と、その質量分散された２次イオンを検出する手
段とを備えた２次イオン質量分析装置であつて、前記試
料と前記エネルギー分散手段の間に配置された絞りと、
この絞りと前記試料の間に配置された、前記２次イオン
による前記試料の像を前記絞りに形成する手段と、前記
エネルギー分散手段と前記質量分散手段の間に配置され
た、前記エネルギー分散された２次イオンを検出する手
段と、この検出手段の出力信号にもとづいて前記絞りの
像を表示する手段とを備えている２次イオン質量分析装
置。 ６、前記像形成手段は前記試料の像を前記絞りに形成す
るようにその試料の像の位置を調節する手段を備えてい
る請求項５にもとづく２次イオン質量分析装置。 ７、前記像形成手段は静電形レンズとこの静電形レンズ
に電圧を供給する手段とその電圧を可変する手段とを備
えている請求項５にもとづく２次イオン質量分析装置。 ８、前記絞りは前記２次イオンの通路に選択的に配置可
能な複数個の開口をもつており、これらの開口は形状お
よび寸法の少なくとも１つにおいて互いに異なつている
請求項５、６または７にもとづく２次イオン質量分析装
置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1273802A JP2624854B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | ２次イオン質量分析装置 |
| US07/599,407 US5086227A (en) | 1989-10-23 | 1990-10-18 | Secondary ion mass analyzing apparatus |
| EP19900311491 EP0425204A3 (en) | 1989-10-23 | 1990-10-19 | Secondary ion mass analyzing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1273802A JP2624854B2 (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | ２次イオン質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03138850A true JPH03138850A (ja) | 1991-06-13 |
| JP2624854B2 JP2624854B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=17532782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Also Published As
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