DE60132788T2 - Verfahren und Vorrichtung für lokale Oberflächenanalyse - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für lokale Oberflächenanalyse Download PDF

Info

Publication number
DE60132788T2
DE60132788T2 DE60132788T DE60132788T DE60132788T2 DE 60132788 T2 DE60132788 T2 DE 60132788T2 DE 60132788 T DE60132788 T DE 60132788T DE 60132788 T DE60132788 T DE 60132788T DE 60132788 T2 DE60132788 T2 DE 60132788T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sample
atoms
examination
mixture
gases
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
DE60132788T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60132788D1 (de
Inventor
Wilfried Vandervorst
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.)
Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Original Assignee
Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
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 Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC filed Critical Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC
Publication of DE60132788D1 publication Critical patent/DE60132788D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60132788T2 publication Critical patent/DE60132788T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • H01J49/0459—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components for solid samples
    • H01J49/0463—Desorption by laser or particle beam, followed by ionisation as a separate step
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating 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
    • G01N23/22—Investigating 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
    • G01N23/225—Investigating 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 using electron or ion
    • G01N23/2251—Investigating 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 using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/626—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using heat to ionise a gas
    • G01N27/628—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using heat to ionise a gas and a beam of energy, e.g. laser enhanced ionisation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/32—Polishing; Etching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/06—Investigating by removing material, e.g. spark-testing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Werkzeuge für eine Oberflächendiagnose von Substraten, insbesondere von Substraten, die bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen verwendet werden.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die bekannten Techniken für eine Massenspektrometrie beinhalten das Sekundärionen-Massenspektrometrie-Verfahren (SIMS). Dieses Verfahren verwendet einen Ionenstrahl, der auf eine zu untersuchende Probe gerichtet ist, wobei dieser eine Menge an neutraler und ionisierter Materie von der Probenoberfläche sputtert. Die erzeugten Ionen werden dann in Richtung einer Massenspektrometrievorrichtung beschleunigt.
  • Wie viele andere Techniken ist SIMS ein Verfahren, welches die atomare Struktur der Probe stört. Dies macht es ungeeignet für die sogenannte „Tiefenprofilierung", die ein Maß für die Probenzusammensetzung als eine Funktion der Tiefe ist. Eine genaue Tiefenprofilierung wird „Schicht für Schicht" durchgeführt, wobei die Dicke jeder Schicht so nahe wie möglich den Dimensionen eines Atoms (nahe einer atomaren Genauigkeit) entspricht. Das Wichtige dabei ist es, Atome in der der Oberfläche am nächsten liegenden Schicht freizulegen, ohne Atome zu stören, die unter dieser obersten Schicht liegen. Heutige Verfahren schaffen es nicht, eine Tiefenprofilierung mit einer Genauigkeit nahe der atomaren Ebene durchzuführen.
  • Das Dokument US-A-4733073 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, wobei ein Untersuchungsstrahl, wie etwa ein Ionenstrahl, ein Elektronenstrahl oder ein Laserstrahl auf die Probe unter Hochvakuum gerichtet ist. In einem Bereich nahe des Auftreffens des Untersuchungsstrahls werden die gesputterten Proben durch nicht-resonante Photoionisation ionisiert, was eine nicht-selektive Analyse der in der Probe vorhandenen Spezien erlaubt. Dieses Dokument spricht von einem Regulieren der Intensität des Untersuchungsstrahls um die Tiefenprofilierung durchzuführen. Andere Verfahren sind beschrieben worden, so wie die Floating-Niederenergie-Ionenkanonentechnik (FLIG®), die in dem Dokument „An ultralow energy ion column for sputter profiling" von M. G. Dowsett et al., Proceedings of the Tenth International Conference an Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS X), Münster, Deutschland, 1.–6. Oktober 1995 beschrieben wurde. Dieses letzere Verfahren hat die Aufgabe, die Energie des Untersuchungsstrahls auf 200 eV zu reduzieren, um eine Tiefenprofilierung durchzuführen. Jedoch bleibt sogar bei einem niedrigen Energieniveau die Störung der atomaren Struktur ein Problem, wenn die Ionenstrahl-Technologie verwendet wird.
  • Die Verwendung eines Lasers als Untersuchungsstrahl, so wie in US-A-4733073 erwähnt, hat den Effekt einer Ablation, d. h. einem Abtragen von Teilen einer Probe durch ein Erhitzen und eine darauf folgende Verdampfung oder Sublimation der Probe. Diese Reaktion kann niemals derart gesteuert werden, so dass sie nur eine obere Schicht von Atomen beeinflusst. Somit ist ein Laser für eine genaue Tiefenprofilierung nicht geeignet.
  • Niederenergie-Elektronenstrahlen ermöglichen keine Herstellung ausreichender Energie um Atome aus einer Probe freizusetzen. Ein Erhöhen ihrer Energie verursacht Wärmeeffekte, die jenen ähnlich sind, die durch Laserstrahlen hervorgerufen werden.
  • Neben einer genauen Tiefenprofilierung, werden heutzutage höhere Anforderungen bezüglich der Größe des analysierten Bereichs auf der Probenoberfläche gestellt, was bedeutet, dass sich das Augenmerk auf immer kleinere Bereiche, insbesondere Bereiche von weniger als 1 μm2, richtet. Momentan wird dieses Problem in der Verwendung von Ionenstrahltechnologie durch Reduzierung des Ionenstrahldurchmessers gelöst, was unweigerlich ein Erhöhen der Strahlenenergie mit sich führt. Dies führte zu der Entwicklung von Hochenergiestrahlen, so wie sie in der bekannten fokussierter Ionenstrahl-Technik (FIB®, Focused Ion Beam) verwendet werden, die in „The integration of a high performance quadrupole SIMS facility with a Ga+ LMIS based FIB Instrument", T. Dingle et al., Proceedings of the Tenth International Conference an Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS X), Münster, Deutschland, 1.–6. Oktober 1995 beschrieben wurde. Es ist klar, dass diese erhöhte Strahlenenergie für die Erhaltung atomarer Strukturen, wie sie für eine genaue Tiefenprofilierung benötigt wird, nachteilig ist.
  • Das Dokument US 4496449 bezieht sich auf eine Ätztechnik, in der zwei Elektronenstrahlen verwendet werden, ein Strahl, der parallel zu der Substratoberfläche ist, und der die Dissoziation eines reaktiven Gases verursacht, das über der Oberfläche vorhanden ist, und ein senkrechter Strahl, der zum Steuern der stattfindenden Oberflächenreaktionen verwendet wird.
  • Das Dokument US 6204189 bezieht sich auf eine chemisch unterstützte Ätztechnik, die einen Xenon-Strahl zum Entfernen von Verbindungen von der Oberfläche verwendet. Die schweren Xenon-Ionen verursachen wahrscheinlich die vorher beschriebene Störung der atomaren Struktur.
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zu liefern, welches eine genaue Analyse der Zusammensetzung einer Probe ermöglicht, einschließlich Tiefenprofilierung nahe der atomaren Ebene.
  • Darüber hinaus hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren vorzuschlagen, welches in Kombination mit der Tiefenprofilierung, die Analyse von Bereichen, die kleiner als 1 μm2 sind, ermöglicht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Durchführen einer Oberflächenanalyse einer Probe, umfassend die folgenden Schritte:
    • – Platzieren einer Probe, die eine Oberfläche hat, in einem Gehäuse, worin ein Unterdruck vorhanden ist,
    • – Einbringen einer Gasmischung in unmittelbarer Nähe zu der Oberfläche, wobei die Mischung ein oder mehrere reaktive Gase und vorzugsweise auch ein nicht reaktives Puffergas umfasst,
    • – Applizieren eines Partikelstrahls mit niedriger kinetischer Energie an einer Stelle auf der Oberfläche,
    • – Unterstützen der Dissoziation des in der Mischung enthaltenen Gases durch den Strahl, dadurch Erzeugung dissoziierter Gasverbindungen,
    • – Versetzen durch den Strahl von sich an dieser Stelle befindlichen Atomen in einen angeregten Zustand, d. h. einem Zustand, wo Elektronen der Atome auf ein höheres Energieniveau bewegt werden, ohne die Atome von der Oberfläche zu entfernen,
    • – Ätzen der Stelle, aufgrund der Reaktion zwischen den dissoziierten Gasverbindungen und angeregten Oberflächenatomen, woraus sich Ätzprodukte ergeben, die von der Oberfläche entfernt werden,
    • – Ionisieren der Ätzprodukte, die von dieser Stelle auf der Oberfläche stammen, durch die Verwendung von mindestens einem Laserstrahl,
    • – Beschleunigen von Ionen, die sich aus dem Ionisierungsschritt in Richtung eines Massenspektrometers ergeben, und Durchführen einer Massenspektrometrieanalyse an den Ionen.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist der Untersuchungsstrahl ein Elektronenstrahl. Das reaktive Gas in der Gasmischung kann CF4 oder XeF2 sein. O2 kann der Gasmischung hinzugefügt werden.
  • Das Verfahren wird vorzugsweise durchgeführt, indem eine Rastertechnik verwendet wird, wobei der Untersuchungsstrahl und der Laserstrahl oder die Strahlen in einem gepulsten Modus betrieben werden, und wobei der Untersuchungsstrahl einem Rastermuster auf einem Bereich der Oberfläche folgt, und wobei die Schritte des Applizierens des Untersuchungsstrahls, des Ionisierens der Ätzprodukte und des Beschleunigens der Ionen für eine Vielzahl von Stellen auf diesem Bereich der Oberfläche durchgeführt werden.
  • Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der Erfindung, umfassend
    • – ein Gehäuse, welches es ermöglicht, eine Probe aufzunehmen, die eine Oberfläche aufweist,
    • – Mittel zum Einführen einer Gasmischung in das Gehäuse und Mittel zum Aufrechterhalten der Gasmischung in einem vorher festgelegten Zustand und in unmittelbarer Nähe der Oberfläche,
    • – Mittel zum Richten eines Teilchenstrahls mit niedriger kinetischer Energie, vorzugsweise eines Elektronenstrahls, auf eine vorher festgelegten Stelle an der Oberfläche der Probe,
    • – Mittel zum Richten eines oder mehrerer Laserstrahlen, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche sind,
    • – Mittel zum Extrahieren und Beschleunigen von Ionen, die sich nach der Ionisation aus Produkten bilden, die aus dem Ätzprozess stammen,
    • – Mittel zum Durchführen einer Massenspektrometrie bei den Produkten.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 stellt eine schematische Ansicht des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung dar.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In Hinsicht auf 1 bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Durchführen einer Oberflächenanalyse einer Probe, umfassend die folgenden Schritte:
    • – Platzieren einer Probe 1, die eine Oberfläche 2 aufweist, in einem Gehäuse 3, worin ein Unterdruck vorhanden ist,
    • – Einbringen einer Gasmischung in unmittelbarer Nähe der Oberfläche, wobei die Mischung ein oder mehrere reaktive Gase und vorzugsweise auch ein nicht-reaktives Puffergas umfasst,
    • – Applizieren eines Untersuchungsstrahls 5 an einer Stelle auf der Oberfläche 2, wodurch ein Ätzen an dieser Stelle bewirkt wird aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Untersuchungsstrahl 5, der Gasmischung und der Probenoberfläche 2,
    • – Ionisieren des Ätzprodukts 7, das von dieser Stelle auf der Oberfläche 2 stammt, durch die Verwendung von mindestens einem Laserstrahls 6,
    • – Beschleunigen von Ionen 9, die aus dem Ionisationsschritt stammen, in Richtung des Massenspektrometers 8 und Durchführen einer Massenspektrometrieanalyse bei den Ionen.
  • Um die Erfindung ins rechte Licht zu rücken ist es zweckdienlich, auf die fundamentalen Eigenschaften von den im Stand der Technik bisher verwendeten Teilchenstrahlen, die hauptsächlich Ionenstrahlen sind, zu achten. Es gibt grundsätzlich zwei Arten, wie ein Teilchen des Untersuchungsstrahls Energie mit den Atomen der Testprobe austauschen kann. Bei dem „elektronischen Energieaustausch" wird die Energie durch die Elektronen der Probenatome erhalten. Der Effekt ist, dass sich diese Elektronen auf ein höheres Energieniveau begeben, wobei aber das Atom selbst nicht verschoben wird. Die andere Art des Energieaustauschs ist ein „nuklearer Energieaustausch", wobei die kinetische Energie von den ankommenden Ionen auf die Substratatome durch tatsächliche Kollisionen übertragen wird. Diese Kollisionen können eine Anzahl Atome von der Probe entfernen (= Sputtern), werden aber auch ein Kaskadenphänomen verursachen, wobei Atome in der Probe, insbesondere Atome in den Schichten unter der Oberflächenschicht, gestört werden.
  • Bei allen bekannten Ionenstrahltechniken findet der „nukleare Energieaustausch" statt, um die Atome für eine nachfolgende Analyse zu erzeugen. Es muss jedoch klar sein, dass die darauf folgenden Kaskaden nachteilig für eine genaue Tiefenprofilierung sind. Ein Verringern der Ionenstrahlenergie, wird die Tiefe, in welche eintreffende Ionen eindringen, lediglich verringern, kann das Kaskadenphänomen jedoch nicht ausgeschließen.
  • Niedrigenergie-Ionenstrahlen erzeugen im Allgemeinen Teilchen mit niedriger kinetischer Energie aufgrund der geringen Masse der Elektronen. Diese Strahlen erlauben nur ein Verursachen eines „elektronischen Energieaustauschs", der unzureichend ist um wirklich Atome von der Substratoberfläche zu entfernen.
  • Die Technik eines Teilchenstrahl-unterstützten Ätzens ist bekannt. Diese wurde als Ätztechnik beschrieben, beispielsweise in dem Dokument US-A-4496449 . Ein Elektronenstrahl (e-Strahl) induziert die Dissoziation der Gasmoleküle, die an der Oberfläche adsorbiert werden. Die dissoziierten Verbindungen reagieren dann mit den Oberflächenmolekülen, um flüchtige Produkte zu bilden, die von der Oberfläche entfernt werden. Die Ätzgeschwindigkeit dieser Ätztechnik ist ausreichend hoch, wobei sie selbst bei hoher Dicke eine hohe Entfernungsrate erlaubt. Die verwendeten Druckwerte während eines Ätzens in der Nähe der Probe sind typischerweise niedriger als 10–7 Pa.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung, wird der Ätzeffekt des Untersuchungsstrahls, der vorzugsweise ein Niederenergie-Teilchenstrahl in Kombination mit einem reaktiven Gas ist, nicht zum Ätzen eines Musters auf der Oberfläche der Probe verwendet, sondern zum Entfernen von Verbindungen von einer Testoberfläche auf der Probe, die bereit zur Ionisation und nachfolgenden Massenspektrometrie sind. Verglichen mit bestehenden Analysetechniken weist dies eine Vielzahl von Vorteilen auf. Zuallererst wird ein Niedrigenergiestrahl verwendet, vorzugsweise ein Elektronenstrahl, der nahezu keine Störung der atomaren Struktur hervorruft.
  • Der Effekt des Elektronenstrahls dient der Unterstützung der Dissoziation der Gase, die an der Oberfläche adsorbiert sind, und der Ermöglichung einer Reaktion der sich ergebenden Produkte mit den Oberflächenatomen. Der Elektronenstrahl verursacht, wie bereits erwähnt, einen „elektronischen Energieaustausch", d. h. ein Austausch, bei dem Elektronen der Probenatome auf ein höheres Energieniveau bewegt werden. Er vermag nicht die Atome von dem Substrat zu entfernen, aber er bringt sie in einen Zustand, in dem sie eher Verbindungen mit anderen Atomen bilden. Hier wird das reaktive Gas in die Gleichung miteinbezogen: die dissoziierten Gasverbindungen reagieren mit den „angeregten" Oberflächenatomen, wobei sie Reaktionsprodukte bilden, die dann von dem Substrat für eine nachfolgende Analyse abgelöst werden.
  • Dieser Mechanismus zum Herstellen von Verbindungen für eine Ionisation ist fundamental verschieden von dem Sputtern von Verbindungen durch Bombardieren der Probe mit „schweren" Ionen. Das e-Strahl-unterstützte Ätzen erlaubt eine lokalisierte Reaktion bezüglich Oberfläche und bezüglich Tiefe. Mit dieser Technik ist die Tiefenprofilierung bis nahe der atomaren Ebene genau, aufgrund der niedrigen Energie des Elektronenstrahls und weil nur die Probenatome, die in Kontakt mit dem reaktiven Gas sind, an den Reaktionen zum Herstellen von Verbindungen für eine Ionisation teilhaben können.
  • Die Genauigkeit bezüglich der Oberfläche wird in den sehr kleinen Bereichen ausgedrückt, die mit der Technik der Erfindung analysiert werden kann. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass Elektronenstrahlen selbst bei niedriger Energie auf sehr kleine Durchmesser fokussiert werden können. In dem Strahl findet ein Defokussieren eines Teilchenstrahls (Ion oder Elektron) aufgrund einer Abstoßung von Partikeln gleicher Ladung statt. Ein Erhöhen der Strahlenenergie wirkt diesem Effekt entgegen. Im Falle von Ionenstrahlen führt dies zu übermäßig hohen Strahlenenergieniveaus, die keine akzeptable Tiefenprofilierung zulassen. Elektronenstrahlen neigen dazu, nur bei sehr geringen Energieniveaus zu defokussieren, also ist der Strahl bei normalen Energieniveaus noch immer ausreichend fokussiert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein 1 keV-Elektronenstrahl verwendet, der einen Durchmesser in der Größenordnung von 5 nm aufweist, was ausreichend ist, um einen Testbereich bis zu 200 nm2 bei einer ausreichenden Auflösung zu untersuchen.
  • Gemäß zweier bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden CF4 oder XeF2 als die reaktive Komponente in der Gasmischung verwendet. Im Falle von auf einem Siliziumsubstrat verwendeten CF4 führen Dissoziation und Reaktion schließlich zu einer Bildung von gasförmigen SiF4-Molekülen, die die Probenoberfläche verlassen. O2 kann der Gasmischung hinzugefügt werden, um ein Ätzen der Probe durch die Gasmischung selbst zu verhindern, d. h. ohne Verwendung eines Niederenergiestrahls. Es wurde festgestellt, dass in einigen Fällen die Oxidation der Probenoberfläche nach Zuführung von O2 den Abbruch dieses spontanen Ätzens bewirkt. O2 kann auch zweckdienlich sein, um C-Atome zu entfernen, die auf der Oberfläche zurückbleiben nach den vorhergehend erwähnten Reaktionen. Diese Entfernung von C findet durch die Bildung und anschließende Entfernung von CO2 statt.
  • Um den Bereich der zu analysierenden Probenoberfläche zu definieren, wird ein „Rastern" des Niederenergiestrahls durchgeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeitet sowohl der Niederenergiestrahl als auch der Laserstrahl für die Ionisation in einem gepulsten Modus. Es ist deshalb wichtig, die Arbeitsweise beider Strahlen zu synchronisieren. Das Rasterverfahren, welches vorzugsweise verwendet wird, wählt eine „Rasteroberfläche", deren Kernabschnitt der eigentliche Analysebereich ist. Kurz vor jedem Laserstrahlpuls wird der Niederenergiepuls auf diesen Kernabschnitt gerichtet, während der Strahl zwischen den Laserstrahlpulsen auf die umgebenden Teile gerichtet wird, wodurch ein Krater um den mittleren Teil gebildet wird. Die Entfernung des Materials um den Kernabschnitt ist notwendig, um während der Vertiefung des Kraters eine flache Oberfläche auf diesem Kernabschnitt aufrechtzuerhalten. Der gepulste Charakter des Niederenergiestrahls gewährleistet, dass nur Verbindungen, die aus dem Kernabschnitt kommen, durch den Laserstrahl ionisiert werden.
  • Der Laser, der zu diesem Zweck verwendet wird, richtet vorzugsweise einen oder mehrere Strahlen parallel zu der Probenoberfläche. Die Ionisation kann sowohl durch die Verwendung eines resonanten, als auch eines nicht-resonanten Prozesses bewerkstelligt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein nicht-resonanter Multiphoton-Ionisationsprozess induziert mit einem fokussierten Laserstrahl oder -strahlen, die eine hohe Intensität (Größenordnung von 1010 W/cm2) aufweisen.
  • Der Niederenergie-Partikelstrahl selbst ist vorzugsweise ein Elektronenstrahl oder ein Photonenstrahl. Ein gemeinsames Merkmal aller Niederenergiestrahlen, die in dem Verfahren der Erfindung verwendet werden, ist, dass sie im Wesentlichen keinen „nuklearen Energieaustausch" mit Atomen der Testprobe, sondern nur einen „elektronischen Energieaustausch" verursachen. Das bedeutet, dass Strahlen, die in der Erfindung verwendet werden, keinen Sputter-Effekt verursachen.
  • Das Auffinden der durch die Ionisation erzeugten Ionen kann durch die bekannten Techniken bewerkstelligt werden, beispielsweise durch Verwenden eines Elektronenvervielfachers und eines Faraday-Auffängers.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens der Erfindung. Die Elemente einer derartigen Vorrichtung sind in 1 dargestellt. Gemäß der Erfindung umfasst diese Vorrichtung:
    • – ein Gehäuse 3, welches es ermöglicht, eine Probe 1 aufzunehmen, die eine Oberfläche 2 aufweist,
    • – Mittel (10, 11) zum Einbringen einer Gasmischung 4 in das Gehäuse und Mittel 12 zum Aufrechterhalten der Gasmischung in einem vorher festgelegten Zustand in unmittelbarer Nähe der Probe 1,
    • – Mittel 13 zum Richten eines Niederenergie-Teilchenstrahls auf eine vorher festgelegte Stelle an der Oberfläche der Probe,
    • – Mittel 14 zum Richten eines oder mehrerer Laserstrahlen, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche sind,
    • – Mittel zum Extrahieren von Ionen, die nach einer Ionisation von Produkten gebildet werden, die sich aus dem Ätzprozess ergeben,
    • – Mittel 8 zum Durchführen einer Massenspektrometrie an den Produkten.
  • Die Mittel zum Einführen einer Gasmischung können ein Gasreservoir 10 und eine oder mehrere Gasröhren 11 zum Befördern der Mischung von dem Reservoir in Richtung der Probenoberfläche 2 beinhalten. Das Mittel zum Richten eines Niederenergie-Partikelstrahls kann eine Elektronenkanone sein. Die Mittel zum Aufrechterhalten der Gasmischung in einem vorher fetsgelegten Zustand enthalten vorzugsweise eine Vakuumpumpe und Ventile, Regulatoren und Düsen oder dergleichen zum Aufrechterhalten eines Unterdrucks im Inneren des Gehäuses 3.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Durchführen einer Oberflächenanalyse einer Probe, umfassend die folgenden Schritte: – Platzieren einer Probe (1), die eine Oberfläche (2) aufweist, in einem Gehäuse (3), worin ein Unterdruck vorhanden ist, – Einbringen einer Gasmischung in eine unmittelbarer Nähe der Oberfläche, wobei die Mischung ein oder mehrere reaktive Gase umfasst und vorzugsweise auch ein nicht-reaktives Puffergas, – Applizieren eines Untersuchungsstrahls (5) auf eine Stelle an der Oberfläche (2), wobei dabei bewirkt wird, dass aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Untersuchungsstrahl (5), der Gasmischung und der Probenoberfläche (2) ein Ätzen an dieser Stelle stattfindet, – Ionisieren der Ätzprodukte (7), die von dieser Stelle auf der Oberfläche (2) stammen, durch die Verwendung mindestens eines Laserstrahls (6), – Beschleunigen von Ionen (9), die sich aus dem Ionisationsschritt ergeben, in Richtung eines Massenspektrometers (8) und Durchführen einer Massenspektrometrieanalyse bei den Ionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie des Untersuchungsstrahls dazu ausreichend ist: – die Dissoziation der Gase zu unterstützen, – Elektronen der Probenatome auf ein höheres Energieniveau zu bewegen, aber nicht ausreichend ist, die Atome von dem Substrat zu entfernen, und wobei das Ätzen durch die Reaktion zwischen den dissoziierten Gasverbindungen mit den Oberflächenatomen stattfindet, die Reaktionsprodukte bildet, die dann von dem Substrat für eine nachfolgende Analyse freigesetzt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Untersuchungsstrahl ein Elektronenstrahl ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Untersuchungsstrahl ein Photonenstrahl ist.
  4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Mischung der Gase die reaktive Komponente CF4 umfasst.
  5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Mischung der Gase die reaktive Komponente XeF2 umfasst.
  6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mischung der Gase weiter O2 umfasst.
  7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Untersuchungsstrahl und der Laserstrahl oder die Strahlen in einem gepulsten Modus betrieben werden, und wobei der Untersuchungsstrahl einem Rastermuster auf einem Bereich der Oberfläche (2) folgt, und wobei die Schritte des Applizierens des Untersuchungsstrahls, des Ionisierens der Ätzprodukte und des Beschleunigens der Ionen an einer Vielzahl von Stellen auf dem Bereich der Oberfläche (2) durchgeführt werden.
  8. Vorrichtung, die speziell zum Durchführen des Verfahrens nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist, umfassend – ein Gehäuse (3), das eine Probe (1), die eine Oberfläche (2) aufweist, aufnehmen kann. – Mittel (4, 12) zum Einbringen einer Gasmischung in das Gehäuse und Mittel (13) zum Aufrechterhalten der Gasmischung in einem vorher festgelegten Zustand in unmittelbarer Nähe der Oberfläche (2), – Mittel (10) zum Richten eines Untersuchungsstrahls, vorzugsweise eines Elektronenstrahls, auf eine vorher festgelegte Stelle an der Oberfläche der Probe, – Mittel (11) zum Richten eines oder mehrerer Laserstrahlen, die im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche sind, – Mittel zum Extrahieren und Beschleunigen von Ionen, die nach einer Ionisation aus Produkten gebildet werden, die aus dem Ätzprozess stammen, – Mittel (8) zum Durchführen einer Massenspektrometrie an den Produkten, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (10) zum Lenken eines Untersuchungsstrahls angepasst ist zum Erzeugen eines Untersuchungsstrahls, dessen Energie ausreichend ist um die Dissoziation der Gase zu unterstützen und um Elektronen der Probenatome auf ein höheres Energieniveau zu bewegen, aber nicht ausreichend ist um die Atome von dem Substrat zu entfernen.
DE60132788T 2001-12-06 2001-12-06 Verfahren und Vorrichtung für lokale Oberflächenanalyse Expired - Lifetime DE60132788T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP01870272A EP1318394B1 (de) 2001-12-06 2001-12-06 Verfahren und Vorrichtung für lokale Oberflächenanalyse

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60132788D1 DE60132788D1 (de) 2008-03-27
DE60132788T2 true DE60132788T2 (de) 2009-02-05

Family

ID=8185065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60132788T Expired - Lifetime DE60132788T2 (de) 2001-12-06 2001-12-06 Verfahren und Vorrichtung für lokale Oberflächenanalyse

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6809317B2 (de)
EP (1) EP1318394B1 (de)
JP (1) JP4163938B2 (de)
AT (1) ATE386264T1 (de)
DE (1) DE60132788T2 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4777006B2 (ja) * 2004-08-10 2011-09-21 富士通株式会社 ３次元微細領域元素分析方法
JP2006260807A (ja) * 2005-03-15 2006-09-28 Fujitsu Ltd 元素測定装置及び方法
JP4777088B2 (ja) * 2006-02-24 2011-09-21 富士通株式会社 ３次元微細領域元素分析方法
US20070278180A1 (en) * 2006-06-01 2007-12-06 Williamson Mark J Electron induced chemical etching for materials characterization
US7791055B2 (en) 2006-07-10 2010-09-07 Micron Technology, Inc. Electron induced chemical etching/deposition for enhanced detection of surface defects
US7807062B2 (en) * 2006-07-10 2010-10-05 Micron Technology, Inc. Electron induced chemical etching and deposition for local circuit repair
US7892978B2 (en) 2006-07-10 2011-02-22 Micron Technology, Inc. Electron induced chemical etching for device level diagnosis
US7718080B2 (en) * 2006-08-14 2010-05-18 Micron Technology, Inc. Electronic beam processing device and method using carbon nanotube emitter
US7833427B2 (en) 2006-08-14 2010-11-16 Micron Technology, Inc. Electron beam etching device and method
US7791071B2 (en) 2006-08-14 2010-09-07 Micron Technology, Inc. Profiling solid state samples
US10627352B2 (en) 2011-08-22 2020-04-21 Exogenesis Corporation Methods and apparatus for employing an accelerated neutral beam for improved surface analysis
CN108426758B (zh) * 2017-02-14 2020-10-30 无锡华瑛微电子技术有限公司 晶圆局部处理方法
EP3987281A4 (de) * 2019-06-18 2023-07-12 Fluidigm Canada Inc. Verbesserte massenzytometrie

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3567927A (en) * 1969-04-11 1971-03-02 Nasa Ion microprobe mass spectrometer for analyzing fluid materials
US4393311A (en) * 1980-06-13 1983-07-12 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method and apparatus for surface characterization and process control utilizing radiation from desorbed particles
US4496449A (en) * 1983-12-16 1985-01-29 Colromm, Inc. Electron beam etching of integrated circuit structures
US4733073A (en) * 1983-12-23 1988-03-22 Sri International Method and apparatus for surface diagnostics
US5272338A (en) * 1992-05-21 1993-12-21 The Pennsylvania Research Corporation Molecular imaging system
US6204189B1 (en) * 1999-01-29 2001-03-20 The Regents Of The University Of California Fabrication of precision high quality facets on molecular beam epitaxy material

Also Published As

Publication number Publication date
EP1318394B1 (de) 2008-02-13
US20030127591A1 (en) 2003-07-10
EP1318394A1 (de) 2003-06-11
ATE386264T1 (de) 2008-03-15
US6809317B2 (en) 2004-10-26
JP4163938B2 (ja) 2008-10-08
DE60132788D1 (de) 2008-03-27
JP2003194748A (ja) 2003-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008041813B4 (de) Verfahren zur Tiefenanalyse einer organischen Probe
DE102008045336B4 (de) System zur Bearbeitung einer Probe mit einem Laserstrahl und einem Elektronenstrahl oder einem Ionenstrahl
EP2629079B1 (de) Verfahren und Vorrichtungen zur Präparation mikroskopischer Proben mit Hilfe von gepulstem Licht
DE60036376T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur sekundärionenausbeuteerhöhung
EP1200984B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur clusterfragmentation
DE60132788T2 (de) Verfahren und Vorrichtung für lokale Oberflächenanalyse
DE602005000352T2 (de) Methode zur Entnahme einer mikroskopischen Probe von einem Substrat
DE102007043456B4 (de) Matrixunterstützte Laserdesorption hoher Ionisierungsausbeute
DE112012003413T5 (de) Rasterelektronenmikroskop
DE102011002583B4 (de) Teilchenstrahlgerät und Verfahren zur Bearbeitung und/oder Analyse einer Probe
DE69031062T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur massenspektrometrischen Analyse
EP0840940B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ionendünnung in einem hochauflösenden transmissionselektronenmikroskop
DE102006007431A1 (de) Durch Halbleitersilizium-Verfahrenstechnik gebildeter Probenträger
DE2819711A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur analyse einer probe mit hilfe gepulster laserstrahlung
EP0216750B1 (de) Ionenstrahlgerät und Verfahren zur Ausführung von Änderungen, insbesondere Reparaturen an Substraten unter Verwendung eines Ionenstrahlgerätes
EP0829901A1 (de) Massesspektrometrische Analyse von Oberflächen
DE19641981C2 (de) Verfahren zur Bestimmung von Tiefenprofilen im Dünnschichtbereich
DE19538253A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenanalyse
DE102010003056B4 (de) Verfahren zur Erzeugung von Bildern einer Probe
DE112004001895T5 (de) Elektonenspektroskop mit Emission, die durch einen monochromatischen Elektronenstrahl induziert wird
DE19681191C2 (de) Verfahren zur Analyse von Oberflächenverunreinigungen in einem sehr kleinen Bereich
DE3490595C2 (de) Verfahren und Einrichtung zur Oberflächenanalyse
EP0423154B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur untersuchung von strukturen auf membranoberflächen
DE102008042179B4 (de) Verfahren zur Analyse einer Probe
EP0878827B1 (de) Verfahren zur Analyse einer Probe

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition