DE3439287A1 - Lasermikrostrahlanalysiergeraet - Google Patents

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE 3 Μ· 3 S 2 Ö

PATENTANWÄLTE DIPL.-ΙΝβ. W. EITLE . DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN

DIPL.-INa. K. FüCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN . DR. RER. NAT. H -A. BRAUNS · DIPL.-ΙΝβ. K. GDRG

DIPL.-ING. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

Mitsubishi Denki 41 045

Kabushiki Kaisha
Tokyo / Japan

Lasermikrostrahlanalysiergerat

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lasermikrostrahlanalysiergerat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft insbesondere ein Analysiergerät, das mit einem Lasermikrostrahl arbeitet.
5

In Fig. 1 ist schematisch ein übliches Analysiergerät dargestellt, das einen Lasermikrostrahl verwendet. In dieser Figur wird ein Laserstrahl 10 mittels einer Fokussierlinse 12 auf eine schmale Zone einer Probe 14 fokussiert. Aufgrund der Laserstrahlung werden Sekundärteilchen 16, wie z. B. Elektronen, Ionen und neutrale Teilchen erzeugt. Die Sekundärteilchen 16 werden mittels eines Analysiergerätes 18 erfaßt, das die chemische Natur der Probe auf verschiedene Weise bestimmt. Die Art des Analysiergerätes hängt natürlich von der Art der erfaßten Sekundärstrahlung ab'.

JELLASTRASSE 4 · D-8OOO MÜNCHEN 81 · TELEFON CO 893 9110 87 · TELEX 5-29619 CPATHE^ · TELEKOPIERER 918356

Bei derartigen üblichen Laserraikrostrahlanalysiergeräten ist es unmöglich, die Fokussierlinse 12 zwischen der Probe 14 und dem Analysiergerät 18 anzuordnen, da die Linse 12 die Sekundärteilchen absorbieren oder mindestens auf die Sekundärteilchen 16 einwirken würde.

Infolge dieser Schwierigkeit der Anordnung des Analysiergerätes 18 zwischen der Fokussierlinse 12 und der Probe 14 wird das Analysiergerät 18 gewöhnlich auf einer Seite angeordnet, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Aus diesem Grund ergeben sich bei der Konstruktion des Analysiergerätes 18 hinsichtlich seiner Größe und seines Aufbaus als auch hinsichtlich der Auswahl einer optimalen Brennweite der Fokussierlinse 12 Schwierigkeiten.

Im Fall einer Ionen-Analyse stellt sich beispielsweise eine räumliche Verteilung der Anzahl der mittels der Laserstrahlung erzeugten Ionen bei einem Höchstwert Y bei einem Winkel ein, der senkrecht zur Oberfläche einer Probe liegt, und nimmt mit der Entfernung von diesem Winkel ab, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Das heißt, wenn Y die Anzahl der in einer Richtung bei einem Winkel θ von den normalen erzeugten Ionen ist, wird Y ausgedrückt durch die Gleichung

Y = Y_Q cosG.

Unter Berücksichtigung der begrenzten Empfindlichkeit des Analysiergerätes wird angestrebt, das Analysiergerät 18 auf einer dem Vektor Y entsprechenden Linie anzuordnen,

d. h., senkrecht zur Oberfläche der Probe. Bei derartigen Anordnungen ist es jedoch unmöglich, die Probe mit einem Laserstrahl senkrecht zur Probenoberfläche zu bestrahlen. Ein nicht senkrechter Laserstrahl 10 erzeugt jedoch eine elliptische Form des fokussierten Laserstrahlsauf der Probenoberfläche, so daß die Analyse weiter erschwert wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lasermikrostrahlanalysiergerät der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Nachteile des bekannten Gerätes behoben werden, so daß das Maß der Erfassung der Sekundärstrahlung maximiert wird, ohne daß die Analyse erschwert wird, wobei der auftreffende Laserstrahl und die erfaßte Sekundärstrahlung koaxial verlaufen sollen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Das heißt, es wird ein Lasermikrostrahlanalysiergerät geschaffen, das ein optisches Element, z. B. einen Spiegel mit einer öffnung aufweist. Der Spiegel ändert die optische Achse des Laserlichts und reflektiert es in Richtung der Probe. Das Analysiersystem umfaßt weiter eine Kondensorlinse mit einer weiteren öffnung.Die Linse sammelt das Laserlicht, dessen optische Achse mittels des optischen Elements geändert wurde und bestrahlt eine 0 schmale Zone der Oberfläche der Probe mit dem fokussierten Licht. Das System umfaßt weiter ein Analysiergerät zur Analysierung der Sekundärteilchen, die durch das Laserlicht erzeugt wurden und durch die öffnungen der Linse und des Spiegels hindurchtreten.

AusfuhrungsbeispieIe der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Aufbau eines gewöhnlichen Lasermikrostrahl-

analysiergerätes;

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der räumlichen Verteilung der Sekundärionenerzeugung; 35

Fig. 3 den Aufbau eines Lasermikrostrahlanalysiergerätes

gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine Vorder- und Seitenansicht des bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 verwendeten Spiegels;

Fig. 5 Vorder- und Seitenansichten einer bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 verwendeten Kondensorlinse;

Fig. 6A

und 6B Intensitätsverteilungen des Laserlichts; und

Fig. 7 Vorder- und Seitenansichten eines in einer weiteren Ausführungsform verwendeten Prismas.

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschreiben. Eine Kondensorlinse hat eine mittlere öffnung 22. Die Konden-0 sorlinse 20 nimmt einen kollimierten Laserlichtstrahl von einem Laser 26 auf. Ein reflektierender Spiegel 26 hat eine mittlere Öffnung 2 8 und ist in einem Winkel von 45° zu dem ursprünglichen Laserstrahl 24 und ebenfalls zur Oberfläche der Probe 14 angeordnet, so daß der Laserstrahl 24 um 90° reflektiert wird, so daß er senkrecht in Richtung der Oberfläche der Probe 14 gerichtet ist. Die zwei Öffnungen 22 und 28 sind auf einer gemeinsamen Normalen zur Oberfläche der Probe 14 angeordnet. Die Kondensorlinse 20 ist zwischen dem Reflektionsspiegel 28 und der Probe 14 angeordnet, so daß sie das Laserlicht auf eine kleine Zone der Oberfläche der Probe 14 sammelt, bzw. fokussiert. Ein Beipiel einer untersuchten Probe ist ein Halbleitermatieral.

Die größte Komponente der Teilchenverteilung des mittels des Laserlichts von der Probe 14 erzeugten Sekundärstrahlungsstrahl 3 0 tritt längs der Normalen zur Oberfläche der Probe

14 -auf. Dieser maximale Teil des Sekundärstrahls 30 gelangt durch die mittlere Öffnung 22 der Kondensorlinse 20 und dann durch die mittlere Öffnung 28 des Spiegels Schließlich erreicht er das Analysiergerät 18, das auf der gleichen durch die zwei Öffnungen 18 und 2 0 verlaufenden Normalen angeordnet ist. Das Analysiergerät kann auf verschiedenste Weise betrieben werden, um die Beschaffenheit der kleinen Zone der Probe 14 entsprechend der in dem Analysiergerät 18 erfaßten Sekundärteilchen zu bestimmen.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Reflexionsspiegels 36 mit seiner mittleren Öffnung 28. Die linke Seite zeigt eine Aufsicht,und die rechte Seite einen Querschnitt. Fig. 5 zeigt auf der linken Seite eine Aufsicht der Kondensorlinse 20 mit ihrer mittleren Öffnung 22. Auf der rechten Seite ist ein entsprechender Querschnitt dargestellt.

Durch das Vorsehen der zwei mittleren Öffnungen 22 und in der Kondensorlinse 20 und dem Spiegel 36 ist es möglich, 0 das Analysiergerät 18 längs der Achse des auftreffenden Lichtes senkrecht zur Oberfläche der Probe anzuordnen. Auf dieserAchse ist das Maximum der Sekundärteilchenverteilung verfügbar.

Die Intensitätsverteilung eines gewöhnlichen Laserlichtstrahls ist in Fig. 6A dargestellt. Diese Verteilung entspricht einer Gaußschen-Verteilung mit einem einzigen Maximum. Es ist möglich, einen derartigen Laserstrahl mit einer Gaußschen-Verteilung mit dem erfindungs gemäß en Gerät zu verwenden. Der Reflexionsspiegel 36 und die Kondensorlinse 20 haben jedoch entsprechende mittlere Öffnungen 20 und 22. Das heißt, der maximale Teil der Laserlichtintensität geht durch die Öffnungen verloren und kann nicht verwendet werden, wodurch ein beträchtlicher Verlust der Laserenerqie entsteht.

Um~nun den Energieverlust so klein wie möglich zu halten, wird bevorzugt, einen Laserstrahl zu verwenden, der eine räumliche Verteilung mit einer mittleren Einbuchtung aufweist, wie dies in Fig. 6B dargestellt ist. Bei einem derartigen Strahl geht der Teil des Laserstrahls in der Nähe der mittleren öffnung 28 des Spiegels 36 durch die öffnung 20 verloren, jedoch ist dies ein kleinerer Teil als der des Gaußschen-Laserstrahls.

Das heißt, es wird mehr Licht reflektiert ,und der Wirkungsgrad des Systems wird verbessert.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Reflexionsspiegel als optisches System verwendet, um die Richtung des Laserstrahls zu ändern. Der Reflexionsspiegel 36 kann ebenfalls durch ein Prisma 32 mit einer mittleren Öffnung 34 ersetzt werden, wie dies in einer Ansicht und in einer Seitenansicht in Fig. 7 dargestellt ist. Weiter muß die Kondensorlinse 20 nicht als einstückige Linse ausgeführt, sein, wie dies dargestellt ist, sondern kann als Kombination unterschiedlicher Linsen ausgeführt .sein.

Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform ein Lasermikrostrahlanalysiergerät ist, kann die vorliegende Erfindung ebenfalls mit der gleichen Wirkung bei einem Laserbearbeitungsgerät verwendet werden, wobei das Analysiergerät zur Bestimmung des verdampften Materials während der Laserbearbeitung verwendet wird.

Wie oben beschrieben, wird mit der Erfindung ein Analysiergerät zur Bestimmung der Sekundärteilchen (oder Strahlung) geschaffen, das so angeordnet werden kann, daß es die Sekundärteilchen aufnimmt, die in der gleichen Richtung abgestrahlt werden, wie das Laserlicht die Probe bestrahlt.

Das System verwendet ein optisches Element mit einer öff-

nung, das die optische Achse des Laserlichtstrahls ändern kann. Das System umfaßt weiter eine Kondensorlinse mit einer weiteren Öffnung zur Fokussierung des Laserlichts, um es auf eine kleine Zone einer Probeoberfläche zu richten.

Claims (6)

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE DIPL.-INQ. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-INQ. W. LEHN DIPL.-ING. K. FÜCHSLE . DR. RER. NAT. B. HANSEN . DR. RER. NAT. H-A. BRAUNS · DIPL.-IN6. K. GORQ DIPL.-INQ. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE Mitsubishi Denki 41 045 Kabushiki Kaisha Tokyo / Japan Lasermikrostrahlanalysiergerät Patentansprüche

1. Lasermirkostrahlanalysiergerät zum Analysieren der mittels der Lichtstrahlung an der Oberfläche einer Probe erzeugten Sekundärteilchen mit einem Lichtstrahl, gekennzeichnet durch 5

- ein optisches Teil (36, 32) zum Ändern der Achse des Strahls (24), wobei das Teil (36, 32) eine Öffnung (28, 34) aufweist,

- ein Kondensormittel (20) zur Aufnahme des Strahls,

(24) von dem optischen Teil (36, 32) und zur Fokussierung und Lenkung des Strahls (24) auf die Oberfläche längs einer ersten Achse, wobei das Kondensormittel (20) eine Öffnung aufweist, und durch

ELLASTRASSE 4 .· D-8OOO MÜNCHEN 81 · TELEFON ζΟΒ9} 911Ο87 · TELEX 5-29619 CPATHE) ■ TELEKOPIERER 918356

- einen Detektor (18) , der zur Aufnahme der Teilchen längs einer zweiten Achse angeordnet ist, die durch die Öffnung (22) des optischen Teils (3 6, 32) und das Kondensormittel (20) verläuft, und der von der Probe (14) mittels des optischen Teils (36, 32) und des Kondensormittels (20) zur Analyse der Teilchen getrennt ist, wodurch die Strahlung durch die Öffnungen (22, 28, 34) des optischen Teils (36, 32) und des Kondensormittels (20) verläuft. 10

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß das Kondensormittel (20)parallel zu einer Oberfläche der Probe (14) angeordnet ist, und daß die öffnung (22) des Kondensormittels (20) in seiner Mitte angeordnet ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η ζ ei chnet, daß die erste Achse senkrecht zur Oberfläche der Probe (14) verläuft und mit der zweiten Achse zusammenfällt.

5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß die Lichtquelle ein Laser ist, und daß das Profil der Intensität des Strahls (24) eine Einbuchtung in seiner mittleren Zone aufweist.

6. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Teil ein Prisma (32) ist.