JPH04259742A - Secondary ion mass spectrometer device - Google Patents
Secondary ion mass spectrometer deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】この発明は、試料表面にイオンを
照射し、同表面から放出される二次イオンを質量分析す
ることによって、試料表面の分析を行う二次イオン質量
分析装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary ion mass spectrometer that analyzes the surface of a sample by irradiating the surface of the sample with ions and performing mass spectrometry on the secondary ions emitted from the surface.
【０００２】0002
【従来の技術】二次イオン質量分析法（これはＳＩＭＳ
と略称される）は、試料表面にイオンを照射したときに
、試料表面から放出される粒子の内イオン化している粒
子（二次イオン）を質量分析することによって、試料構
成元素の定性、定量および深さ方向の分布に関する情報
を得る分析法であり、他の表面分析法に比べて、深さ方
向を短時間で高感度に分析できるという特徴を有してい
る。[Prior art] Secondary ion mass spectrometry (this is SIMS)
(abbreviated as ) is a method for qualitative and quantitative analysis of sample constituent elements by mass spectrometry of ionized particles (secondary ions) among the particles emitted from the sample surface when ions are irradiated onto the sample surface. This is an analysis method that obtains information about the distribution in the depth direction, and has the feature of being able to analyze the depth direction with high sensitivity in a short time compared to other surface analysis methods.
【０００３】従来の二次イオン質量分析装置は、大別す
れば図４に示すように、試料２に一次イオンビーム６を
照射する一次イオン光学系４と、試料２から放出される
二次イオン８の質量分析を行う二次イオン検出系１０と
、この一次イオン光学系４および二次イオン検出系１０
を制御する制御系としての制御装置１２を備えている。A conventional secondary ion mass spectrometer can be roughly divided into a primary ion optical system 4 that irradiates a sample 2 with a primary ion beam 6, and a secondary ion beam 6 emitted from the sample 2, as shown in FIG. 8, a secondary ion detection system 10 that performs mass spectrometry, the primary ion optical system 4, and the secondary ion detection system 10.
It is equipped with a control device 12 as a control system for controlling.
【０００４】この一次イオン光学系４および二次イオン
検出系１０の構成の詳細例を図５に示す。即ち、一次イ
オン光学系４は、一次イオンビーム６を加速して引き出
すイオン源４ａ、このイオンビーム６を絞るコンデンサ
ーレンズ４ｂ、このイオンビーム６を少し偏向させて中
性粒子を除去すると共に二次元に走査する走査電極４ｃ
、そのイオンビーム６を再び絞る対物レンズ４ｄ等から
成る。二次イオン検出系１０は、二次イオン８を絞って
取り出すエキストラクションレンズ１０ａ、その二次イ
オン８をエネルギー分析して所望のエネルギーのものを
取り出す静電偏向エネルギーアナライザー１０ｂ、その
二次イオン８を質量分析して所望の質量のものを取り出
す四重極質量分析器１０ｃ、取り出された二次イオン８
の強度を制御装置１２等において計測しやすいように増
幅する二次電子増幅倍管１０ｄ等から成る。A detailed example of the configuration of the primary ion optical system 4 and the secondary ion detection system 10 is shown in FIG. That is, the primary ion optical system 4 includes an ion source 4a that accelerates and extracts the primary ion beam 6, a condenser lens 4b that focuses the ion beam 6, a condenser lens 4b that slightly deflects the ion beam 6 to remove neutral particles, and a two-dimensional The scanning electrode 4c scans the
, an objective lens 4d that focuses the ion beam 6 again, and the like. The secondary ion detection system 10 includes an extraction lens 10a that squeezes and extracts the secondary ions 8, an electrostatic deflection energy analyzer 10b that analyzes the energy of the secondary ions 8 and extracts those with desired energy, and the secondary ions 8. A quadrupole mass spectrometer 10c that performs mass analysis to extract a desired mass, and a secondary ion 8 that is extracted.
It consists of a secondary electron amplification tube 10d, etc., which amplifies the intensity of the electron beam so that it can be easily measured in the control device 12, etc.
【０００５】このような装置における運転や計測のパラ
メータとしては、例えば次のようなものがある。[0005] Examples of operating and measuring parameters in such a device include the following.
【０００６】一次イオンビーム６のビーム電流Ｉ：これ
は試料２のスパッタレートに大きく影響する。
一次イオンビーム６の加速電圧Ｖａ ：これは分解能に
影響する。
一次イオンビーム６のラスターサイズＳｒ ：これは試
料２上での一次イオンビーム６の走査領域であり、換言
すればスパッタ面積である。
一次イオンビーム６のラスター時間Ｔｒ ：これは上記
ラスターサイズＳｒ を走査するのに要する時間である
。
二次イオン８のサンプリング時間Ｔｓ ：これは二次イ
オン８を検出する時間である。
二次イオン８のサンプリング間隔Ｔｉ ：これは二次イ
オン８を検出する時間間隔である。
二次イオン８のサンプリングゲート率Ｇ：これは上記ラ
スターサイズＳｒ に対するサンプリング面積である。
ターゲット電圧Ｖｔ ：これはターゲット２に電圧を印
加する場合のその電圧である。
分析元素質量数Ｍ：これは測定する元素に対応する質量
数である。Beam current I of primary ion beam 6: This greatly affects the sputtering rate of sample 2. Accelerating voltage Va of primary ion beam 6: This affects resolution. Raster size Sr of the primary ion beam 6: This is the scanning area of the primary ion beam 6 on the sample 2, or in other words, the sputtering area. Raster time Tr of primary ion beam 6: This is the time required to scan the raster size Sr. Sampling time Ts of secondary ions 8: This is the time for detecting the secondary ions 8. Sampling interval Ti of secondary ions 8: This is the time interval at which secondary ions 8 are detected. Sampling gate rate G of secondary ions 8: This is the sampling area for the raster size Sr. Target voltage Vt: This is the voltage when applying a voltage to the target 2. Analysis element mass number M: This is the mass number corresponding to the element to be measured.
【０００７】従来の二次イオン質量分析装置では、この
ような各種パラメータは、分析前に制御装置１２にそれ
ぞれプリセット入力され、分析動作中は同制御装置１２
によって常に一定に（即ちプリセット入力された値に）
保たれる。In conventional secondary ion mass spectrometers, these various parameters are preset input into the control device 12 before analysis, and are input to the control device 12 during analysis operation.
always constant (i.e. to the preset input value)
It is maintained.
【０００８】上記のような二次イオン質量分析装置によ
って、例えば図６に示すように、基板２ｄの表面にＡ元
素の膜２ａ、Ｂ元素の膜２ｂおよびＣ元素の膜２ｃが積
層された構造の試料２の分析を行った場合、例えば図７
に示すような分析データ（深さプロファイル）が得られ
る。縦軸の二次イオン強度は試料を構成する元素（図示
例ではＡ元素、Ｂ元素、Ｃ元素）の濃度を示し、横軸の
スパッタ時間は試料が削られる深さに対応している。The secondary ion mass spectrometer described above produces a structure in which a film 2a of element A, a film 2b of element B, and a film 2c of element C are stacked on the surface of a substrate 2d, as shown in FIG. 6, for example. For example, when analyzing sample 2 of
Analysis data (depth profile) as shown in is obtained. The secondary ion intensity on the vertical axis indicates the concentration of elements (elements A, B, and C in the illustrated example) constituting the sample, and the sputtering time on the horizontal axis corresponds to the depth at which the sample is scraped.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上記の場合、試料２の
スパッタレートは、一次イオンビーム６のビーム電流Ｉ
に大きく依存する（ビーム電流を大にするとスパッタレ
ートも大になり速く削られる）が、従来の二次イオン質
量分析装置では、前述したように、このようなビーム電
流Ｉを含む各種パラメータが分析動作中は常に一定であ
った。つまり従来の装置では、分析を開始する前に、厚
い膜の分析ならスパッタレートを大にし、逆に薄い膜で
あればスパッタレートを小にする程度のことしかできな
かった。In the above case, the sputtering rate of the sample 2 is determined by the beam current I of the primary ion beam 6.
(When the beam current is increased, the sputtering rate also increases and the sputtering rate is reduced faster.) However, as mentioned above, with conventional secondary ion mass spectrometers, various parameters including the beam current I cannot be analyzed. It remained constant during operation. In other words, with conventional equipment, before starting analysis, it was only possible to increase the sputtering rate if a thick film was to be analyzed, or to reduce the sputtering rate if the film was to be thin.
【００１０】そのため、例えば図６に示したように、厚
い膜２ａと、厚い膜２ｃとの間に非常に薄い膜２ｂがサ
ンドイッチ状に挟まれているような構造の試料２を分析
する場合、スパッタレートを小にしておくと全体の分析
時間が非常に長くかかってしまい、スパッタレートを大
にしておくと薄い膜２ｂの情報が図７に示したように十
分には得られなくなるという問題がある。これは、スパ
ッタレートが大きく一定であるため、薄い膜２ｂでのサ
ンプリング時間Ｔｓ２が非常に短くなり、十分なサンプ
リングができなくなるからである。Therefore, when analyzing a sample 2 having a structure in which a very thin film 2b is sandwiched between a thick film 2a and a thick film 2c, as shown in FIG. 6, for example, If the sputter rate is kept low, the entire analysis time will take a very long time, and if the sputter rate is made high, information on the thin film 2b will not be obtained sufficiently as shown in FIG. be. This is because since the sputtering rate is large and constant, the sampling time Ts2 for the thin film 2b becomes very short, making it impossible to perform sufficient sampling.
【００１１】そこでこの発明は、試料が薄い膜を有する
場合でもその膜を精度良く分析することができ、しかも
全体の分析時間を短縮することができる二次イオン質量
分析装置を提供することを主たる目的とする。[0011] Therefore, the main object of the present invention is to provide a secondary ion mass spectrometer that can analyze the thin film of a sample with high accuracy and shorten the overall analysis time. purpose.
【００１２】0012
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明の二次イオン質量分析装置は、制御系に、少
なくとも前記一次イオンビームのビーム電流および前記
二次イオンのサンプリング間隔を含むパラメータを分析
動作中に変更することができる機能を持たせたことを特
徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the secondary ion mass spectrometer of the present invention includes parameters including at least the beam current of the primary ion beam and the sampling interval of the secondary ions in a control system. It is characterized by having a function that allows it to be changed during analysis operation.
【００１３】[0013]
【作用】分析動作中に一次イオンビームのビーム電流を
変更、例えば厚い膜の所では大にし薄い膜の所では小に
することにより、厚い膜の所では速く、薄い膜の所では
ゆっくり分析を行うことができる。また、二次イオンの
サンプリング間隔を例えば厚い膜の所では大にし薄い膜
の所では小にすることにより、厚い膜の所ではある程度
粗く薄い膜の所ではきめ細かく分析を行うことができる
。その結果、試料が薄い膜を有する場合でもその膜を精
度良く分析することができ、しかも全体の分析時間を短
縮することができる。[Operation] By changing the beam current of the primary ion beam during analysis, for example, increasing it for thick films and decreasing it for thin films, analysis can be performed quickly for thick films and slowly for thin films. It can be carried out. Further, by setting the sampling interval of secondary ions to be large for thick films and small for thin films, for example, it is possible to conduct a rough analysis to some extent in thick films and fine analysis in thin films. As a result, even if the sample has a thin film, the film can be analyzed with high accuracy, and the overall analysis time can be shortened.
【００１４】[0014]
【実施例】図１は、この発明の一実施例に係る二次イオ
ン質量分析装置の概略構成図である。図４の従来例と同
一または相当する部分には同一符号を付し、以下におい
ては当該従来例との相違点を主に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic diagram of a secondary ion mass spectrometer according to an embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same or corresponding parts as in the conventional example shown in FIG. 4, and the differences from the conventional example will be mainly explained below.
【００１５】この実施例においては、前述した制御装置
１２と、それに各種のパラメータ値を供給する第二の制
御装置１４とで、前述した一次イオン光学系４および二
次イオン検出系１０に対する制御系１６を構成しており
、この制御装置１４によって、分析動作中に、この実施
例では自動で、一次イオンビーム６のビーム電流Ｉおよ
び二次イオン８のサンプリング間隔Ｔｉ を含む前述し
た各種のパラメータを変更することができるようにして
いる。In this embodiment, the above-mentioned control device 12 and the second control device 14 that supplies various parameter values to it control the control system for the above-mentioned primary ion optical system 4 and secondary ion detection system 10. In this embodiment, the control device 14 automatically controls the various parameters described above, including the beam current I of the primary ion beam 6 and the sampling interval Ti of the secondary ions 8, during the analysis operation. It is possible to change it.
【００１６】この制御装置１４は、例えばマイクロコン
ピュータを含んでおり、その内部に、制御装置１２に指
示するパラメータ値を各種テーブルの形で予め格納して
いる。その一例を示すと、例えば図６に示したような膜
構造を有する試料２を分析する場合は、図２に示すよう
なテーブルを用いる。The control device 14 includes, for example, a microcomputer, and has parameter values to be instructed to the control device 12 stored therein in advance in the form of various tables. For example, when analyzing a sample 2 having a membrane structure as shown in FIG. 6, a table as shown in FIG. 2 is used.
【００１７】この図２中のカウント数は、二次イオン検
出系１０から出力される二次イオン８の強度を制御装置
１２でカウント数に変換したものであり、この実施例で
はこのカウント数の変化によって、試料２の膜２ａ（Ａ
元素）、膜２ｂ（Ｂ元素）および膜２ｃ（Ｃ元素）間の
界面を検出し、それに応じてパラメータを全て自動で変
更するようにしている。例えば同図中に示すように、Ａ
元素のカウント数が１００ｃｐｓ以下になったら一旦パ
ラメータを変更し、Ｃ元素のカウント数が１００ｃｐｓ
以上になったらパラメータを元に戻す。この図ではパラ
メータとして一次イオンビーム６のビーム電流Ｉおよび
二次イオン８のサンプリング間隔Ｔｉ のみを示してい
るが、ビーム電流Ｉを変更すると二次イオン８の収率も
変化するので、定量性を維持する等のために、前述した
他のパラメータも合わせて変更するようにしても良い。The count number in FIG. 2 is obtained by converting the intensity of the secondary ions 8 output from the secondary ion detection system 10 into a count number by the control device 12, and in this embodiment, this count number is Due to the change, the film 2a (A
The interface between the film 2b (element B) and the film 2c (element C) is detected, and all parameters are automatically changed accordingly. For example, as shown in the same figure, A
Once the element count is below 100 cps, change the parameters and set the C element count to 100 cps.
When the above is reached, return the parameters to their original values. In this figure, only the beam current I of the primary ion beam 6 and the sampling interval Ti of the secondary ions 8 are shown as parameters, but since changing the beam current I also changes the yield of the secondary ions 8, quantitative In order to maintain the same, the other parameters mentioned above may also be changed.
【００１８】図６の試料２の分析動作中にパラメータを
変更して得られた分析データの一例を図３に示す。これ
は、従来例の図７に対応するものである。FIG. 3 shows an example of analysis data obtained by changing parameters during the analysis operation of sample 2 shown in FIG. This corresponds to the conventional example shown in FIG.
【００１９】この図３では、第二層２ｂ（Ｂ元素）のと
ころで、一次イオンビーム６のビーム電流Ｉの値をＩ１
からＩ２ （Ｉ１ ＞Ｉ２ ）に変更しかつ二次イオ
ン８のサンプリング間隔Ｔｉ をＴｉ１からＴｉ２（Ｔ
ｉ１＞Ｔｉ２）に変更している。これにより、非常に薄
い第二層２ｂでのサンプリング時間Ｔｓ２を長くすると
共にサンプリング間隔Ｔｉ２を小さくしてきめ細かく分
析することができ、精度の高い分析が可能となる。そし
て、第三層２ｃ（Ｃ元素）のような厚い膜までスパッタ
が進めば、ビーム電流Ｉの値をＩ２ からＩ３ （Ｉ２
＜Ｉ３ ）に変更しかつ二次イオン８のサンプリング
間隔Ｔｉ をＴｉ２からＴｉ３（Ｔｉ２＜Ｔｉ３）に変
更している。これにより、試料２全体の分析時間の短縮
化を図ることができる。In FIG. 3, the value of the beam current I of the primary ion beam 6 is set to I1 at the second layer 2b (B element).
to I2 (I1 > I2), and the sampling interval Ti of the secondary ions 8 is changed from Ti1 to Ti2 (T
i1>Ti2). Thereby, it is possible to lengthen the sampling time Ts2 in the very thin second layer 2b and to shorten the sampling interval Ti2 to perform detailed analysis, thereby making it possible to perform highly accurate analysis. When sputtering progresses to a thick film such as the third layer 2c (C element), the value of the beam current I is changed from I2 to I3 (I2
<I3), and the sampling interval Ti of the secondary ions 8 is changed from Ti2 to Ti3 (Ti2<Ti3). Thereby, the analysis time for the entire sample 2 can be shortened.
【００２０】以上のようにこの二次イオン質量分析装置
では、分析動作中にスパッタレート等を変更することが
できるので、分析動作中に、いわゆるスタティックな分
析とダイナミックな分析の二つのモードの切り換えが可
能になる。従って、試料が非常に薄い膜を有する場合で
もその膜を精度良く分析することができ、しかも全体の
分析時間を短縮することができる。As described above, in this secondary ion mass spectrometer, the sputter rate etc. can be changed during analysis operation, so it is possible to switch between the two modes of so-called static analysis and dynamic analysis during analysis operation. becomes possible. Therefore, even if the sample has a very thin film, the film can be analyzed with high accuracy, and the overall analysis time can be shortened.
【００２１】その結果、例えば基板の表面にあるプロセ
ス（例えばＣＶＤ）によって膜を形成した後に、その上
に他のプロセス（例えばスパッタリング）によって他の
膜を形成した試料を例に取ると、このような試料は二つ
のプロセス間に大気にさらされるのでプロセス界面が大
気中の酸素、炭素、窒素等によって汚染されるが、この
ようなプロセス界面の汚染分析等においても精度および
感度良く分析することが可能になる。As a result, for example, if we take a sample in which a film is formed on the surface of a substrate by a certain process (such as CVD) and then another film is formed thereon by another process (such as sputtering), Samples are exposed to the atmosphere between two processes, so the process interface becomes contaminated with oxygen, carbon, nitrogen, etc. in the atmosphere, but even in such process interface contamination analysis, it is possible to analyze with high accuracy and sensitivity. It becomes possible.
【００２２】なお、上記実施例では二つの制御装置１２
および１４によって制御系を構成しているが、パラメー
タを変更する機能を例えば制御装置１２内に持たせるこ
とによって、それのみで制御系を構成しても良い。[0022] In the above embodiment, two control devices 12 are used.
and 14 constitute a control system; however, by providing the control device 12 with a function to change parameters, for example, the control system may be constituted by only these elements.
【００２３】また、分析動作中のパラメータの変更は、
上記実施例のように膜の界面を検出する等して全て自動
で行なえるようにするのが好ましいが、一部を手動で行
うようにしても良い。例えば、二次イオン強度を参考に
する等して手動でパラメータ変更のタイミングを指示し
、それに基づいてパラメータ変更を予め決められた内容
に従って行わせるようにしても良い。[0023] Also, changing parameters during analysis operation is as follows:
Although it is preferable that all the steps be performed automatically by detecting the interface of the membrane as in the above embodiment, some of the steps may be performed manually. For example, the timing of parameter change may be manually instructed by referring to the secondary ion intensity, and the parameter change may be made according to predetermined contents based on the instruction.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、制御系
に、少なくとも一次イオンビームのビーム電流および二
次イオンのサンプリング間隔を含むパラメータを分析動
作中に変更することができる機能を持たせたので、試料
が薄い膜を有する場合でもその膜を精度良く分析するこ
とができ、しかも全体の分析時間を短縮することができ
る。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the control system is provided with the function of changing at least parameters including the beam current of the primary ion beam and the sampling interval of the secondary ions during analysis operation. Therefore, even if the sample has a thin film, the film can be analyzed with high accuracy, and the overall analysis time can be shortened.
【図１】 この発明の一実施例に係る二次イオン質量
分析装置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a secondary ion mass spectrometer according to an embodiment of the present invention.
【図２】 図１中の第二の制御装置内に格納している
テーブルの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a table stored in the second control device in FIG. 1.
【図３】 図１の装置による分析データの一例を簡略
化して示す図である。3 is a diagram schematically showing an example of analysis data obtained by the apparatus of FIG. 1. FIG.
【図４】 従来の二次イオン質量分析装置の概略構成
図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a conventional secondary ion mass spectrometer.
【図５】 図１および図４の装置における一次イオン
光学系および二次イオン検出系の詳細例を示す図である
。5 is a diagram showing a detailed example of a primary ion optical system and a secondary ion detection system in the apparatuses of FIGS. 1 and 4. FIG.
【図６】 試料構造の一例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a sample structure.
【図７】 従来の装置による分析データの一例を簡略
化して示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a simplified example of analysis data obtained by a conventional device.
２ 試料 ４ 一次イオン光学系 ６ 一次イオンビーム ８ 二次イオン １０ 二次イオン検出系 １２ 制御装置 １４ 第二の制御装置 １６ 制御系 2 Sample 4 Primary ion optical system 6 Primary ion beam 8 Secondary ions 10 Secondary ion detection system 12 Control device 14 Second control device 16 Control system
Claims (1)
次イオン光学系と、試料から放出される二次イオンの質
量分析を行う二次イオン検出系と、この一次イオン光学
系および二次イオン検出系を制御する制御系とを備える
二次イオン質量分析装置において、前記制御系に、少な
くとも前記一次イオンビームのビーム電流および前記二
次イオンのサンプリング間隔を含むパラメータを分析動
作中に変更することができる機能を持たせたことを特徴
とする二次イオン質量分析装置。Claim 1: A primary ion optical system that irradiates a sample with a primary ion beam, a secondary ion detection system that performs mass analysis of secondary ions emitted from the sample, and the primary ion optical system and the secondary ion detection system. In the secondary ion mass spectrometer, the control system is capable of changing parameters including at least a beam current of the primary ion beam and a sampling interval of the secondary ions during an analysis operation. A secondary ion mass spectrometer characterized by having functions.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP4121591A JPH04259742A (en) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Secondary ion mass spectrometer device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4121591A JPH04259742A (en) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Secondary ion mass spectrometer device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04259742A true JPH04259742A (en) | 1992-09-16 |
Family
ID=12602179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4121591A Pending JPH04259742A (en) | 1991-02-12 | 1991-02-12 | Secondary ion mass spectrometer device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04259742A (en) |
-
1991
- 1991-02-12 JP JP4121591A patent/JPH04259742A/en active Pending
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