JP2001056308A - Sector-type secondary ion mass analyzing method and sample holder - Google Patents

Sector-type secondary ion mass analyzing method and sample holder

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JP2001056308A
JP2001056308A JP11233623A JP23362399A JP2001056308A JP 2001056308 A JP2001056308 A JP 2001056308A JP 11233623 A JP11233623 A JP 11233623A JP 23362399 A JP23362399 A JP 23362399A JP 2001056308 A JP2001056308 A JP 2001056308A
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JP
Japan
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sample
optical axis
primary
sample holder
secondary ion
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JP11233623A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Oishi
隆一 大石
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Sharp Corp
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  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform analysis with high resolution in a depthwise direction by inclining the normal direction of a sample from the direction of a secondary ion optical axis to the direction of a primary ion optical axis. SOLUTION: A secondary ion optical axis 5 forms an angle of approximately 30 deg. with a primary ion optical axis 3. Primary ions from an ion source and mass filter 1 for generating primary ions are passed through a primary column 2 to shine a sample 13 held at a sample holder 11 in a sample analyzing chamber 8. The sample holder 11 is provided with such a face as to match the normal direction of the held surface of the sample 13 with the direction of the primary ion optical axis 3. The sample holder 11 on an XY stage 12 irradiates an analysis region, and secondary ions generated by the irradiation with primary ions are passed from a secondary ion deriving electrode 7 to a secondary column 4 and are analyzed at a sector-type mass analyzing part and detector 6 for secondary ions. By this constitution, it is possible to lower the incident energy of the primary ions without lowering a secondary ion deriving voltage and to improve resolution in a depthwise direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は各種材料やデバイス
の不純物元素分析などに広く用いられている斜入射タイ
プのセクタ型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 grazing incidence type sector secondary ion mass spectrometer widely used for impurity element analysis of various materials and devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】セクタ型二次イオン質量分析装置(SI
MS)は、その検出感度の高さ及び深さ方向のプロファ
イル測定が可能であるため、各種材料やデバイスの不純
物元素などに広く用いられている。
2. Description of the Related Art A sector type secondary ion mass spectrometer (SI)
MS) is widely used for various materials, impurity elements of devices, and the like because it can measure the profile of the detection sensitivity in the height and depth directions.

【0003】従来のセクタ型二次イオン質量分析装置に
用いられる試料ホルダとしては、試料装着面が二次イオ
ン光学軸に垂直な一平面であるものが用いられている。
A sample holder used in a conventional sector-type secondary ion mass spectrometer has a sample mounting surface that is one plane perpendicular to the secondary ion optical axis.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の試料ホルダを用
いてSIMS測定を行った場合には、一次イオンと二次
イオンが同じ極性である場合には、一次イオンの試料表
面に平行な方向の速度成分が存在するため、一次イオン
の入射エネルギーに二次引出電圧に比例した下限が存在
し、一次イオンの入射エネルギーを下げるためには二次
引出電圧を下げざるおえない。したがって、質量分析計
への透過効率が下がるという問題があった。
When SIMS measurement is performed using a conventional sample holder, if the primary ions and the secondary ions have the same polarity, the primary ions have a direction parallel to the sample surface. Due to the presence of the velocity component, the incident energy of the primary ions has a lower limit proportional to the secondary extraction voltage. In order to reduce the incident energy of the primary ions, the secondary extraction voltage cannot be reduced. Therefore, there is a problem that the transmission efficiency to the mass spectrometer decreases.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明のセクタ型二次イオン質量分析方法は、斜入
射タイプのセクタ型二次イオン質量分析装置を用いた分
析方法において、試料の法線方向を二次イオン光学軸の
方向から一次イオン光学軸の方向に傾けたことを特徴と
する。
In order to solve the above problems, a sector type secondary ion mass spectrometer according to the present invention is directed to an analytical method using an oblique incidence type sector type secondary ion mass spectrometer. Is tilted from the direction of the secondary ion optical axis to the direction of the primary ion optical axis.

【0006】また、入射タイプのセクタ型二次イオン質
量分析装置の本発明の試料ホルダにおいて、第1の試料
装着面の法線が二次イオン光学軸の方向に二次イオン光
学軸の方向から一次イオン光学軸の方向であることを特
徴とする。また、前記第1の試料装着面の法線が一次イ
オン光学軸に対して垂直であることを特徴とする。
Also, in the sample holder of the present invention of the incident type sector type secondary ion mass spectrometer, the normal of the first sample mounting surface is in the direction of the secondary ion optical axis from the direction of the secondary ion optical axis. It is characterized by the direction of the primary ion optical axis. Also, the normal line of the first sample mounting surface is perpendicular to the primary ion optical axis.

【0007】また、本発明の試料ホルダでは、前記第1
の試料装着面に隣接して、二次イオン光学軸に対して垂
直な第2の試料装着面を有することを特徴とする。
In the sample holder of the present invention, the first
And a second sample mounting surface perpendicular to the secondary ion optical axis adjacent to the sample mounting surface.

【0008】本発明では、前記試料ホルダは、前記第1
の試料装着面の位置調整を行う機構を有することを特徴
とする。
In the present invention, the sample holder is provided with the first
A mechanism for adjusting the position of the sample mounting surface.

【0009】本発明では、前記試料ホルダは、前記第1
の試料装着面の面の角度を調整する機構を備えたことを
特徴とする。
In the present invention, the sample holder is provided with the first
A mechanism for adjusting the angle of the sample mounting surface.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下に、具体的な実施例を用いて
本発明を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to specific examples.

【0011】(実施例1)本発明の実施例1として、図
1に基づいて本発明を説明する。ここでは、二次イオン
光学軸と一次イオン光学軸とが互いに30度の角度をな
すセクタ型二次イオン質量分析装置を用いる。一次イオ
ン発生用イオン源及び質量フィルター部1で発生させた
一次イオンは、一次カラム2を通って、試料分析室8内
での試料ホルダ11に装着された試料13に照射する。
試料ホルダ11は、試料13を装着する面の法線方向と
一次イオン光学軸3の方向とがほぼ一致するような面を
備えている。試料ホルダ11はXYステージ12上に設
置され、分析したい領域を照射することができるように
なっている。一次イオンを照射することで発生した二次
イオンが二次イオン引出し電極7を介して二次カラム4
を通って、二次イオン用セクタ型質量分析部及び検出器
6で分析される。また、本質量分析器には、予備排気室
10を備えており、ゲートバルブ9を介して試料の搬送
入を行う。
(Embodiment 1) As Embodiment 1 of the present invention, the present invention will be described with reference to FIG. Here, a sector type secondary ion mass spectrometer in which the secondary ion optical axis and the primary ion optical axis make an angle of 30 degrees with each other is used. The primary ion generated by the primary ion generating ion source and the mass filter unit 1 passes through the primary column 2 and irradiates the sample 13 mounted on the sample holder 11 in the sample analysis chamber 8.
The sample holder 11 has a surface such that the normal direction of the surface on which the sample 13 is mounted substantially coincides with the direction of the primary ion optical axis 3. The sample holder 11 is set on the XY stage 12, and can irradiate an area to be analyzed. Secondary ions generated by irradiating the primary ions are supplied to the secondary column 4 via the secondary ion extraction electrode 7.
Then, it is analyzed by the secondary ion sector mass spectrometer and the detector 6. Further, the mass spectrometer is provided with a preliminary exhaust chamber 10, and carries in the sample via the gate valve 9.

【0012】一次イオンとしてO2+イオンを照射し、
二次イオンとして正のイオンの分析を行った。二次イオ
ン引出し電圧は1.9kV、一次イオン引出し電圧は
2.0kV、一次イオンの入射エネルギー0.1kVで
実験を行い、通常の分析方法と比較して深さ方向の分解
能がよくなった。試料表面を二次イオン光学軸に垂直に
なるように装着した従来の分析方法では、二次イオン引
出し電圧を一次イオン加速電圧の3/4、すなわち1。
5kVまでしか上げることが出来ない。また、一次イオ
ンの入射エネルギーは二次イオン引出し電圧の1/3、
すなわち0.5kVまでしか下げることができない。従
来方法で一次イオンの入射エネルギーを0.1kVまで
下げるためには一次イオン引出し電圧を0.4kV、二
次イオン引出し電圧を0.3kVまで下げる必要があ
り、二次イオンの透過効率が低下し、出下限濃度が高
くなる。
Irradiating O 2 + ions as primary ions;
Positive ions were analyzed as secondary ions. An experiment was performed with a secondary ion extraction voltage of 1.9 kV, a primary ion extraction voltage of 2.0 kV, and an incident energy of the primary ions of 0.1 kV, and the resolution in the depth direction was improved as compared with a normal analysis method. In the conventional analysis method in which the sample surface is mounted so as to be perpendicular to the secondary ion optical axis, the secondary ion extraction voltage is 3/4 of the primary ion acceleration voltage, that is, 1.
It can only be raised up to 5 kV. Also, the incident energy of the primary ions is 1/3 of the secondary ion extraction voltage,
That is, it can be reduced only to 0.5 kV. In order to reduce the incident energy of the primary ions to 0.1 kV by the conventional method, it is necessary to reduce the primary ion extraction voltage to 0.4 kV and the secondary ion extraction voltage to 0.3 kV, and the transmission efficiency of the secondary ions decreases. , detection limits concentration increases.

【0013】本発明の分析方法では二次イオン引出し電
圧を下げることなく、一次イオンの入射エネルギーを下
げることができ、二次イオンの透過効率を保ったまま深
さ方向の分解能をよくすることができた。
According to the analysis method of the present invention, the incident energy of primary ions can be reduced without lowering the extraction voltage of secondary ions, and the resolution in the depth direction can be improved while maintaining the transmission efficiency of secondary ions. did it.

【0014】本実施例では、試料ホルダ11での試料1
3の装着面の法線方向を二次イオン光学軸5とほぼ一致
させたが、一次イオン光学軸3よりも二次イオン光学軸
5の方に設定すれば一次イオン引出し電圧の下限値の制
限を緩和することができる。
In this embodiment, the sample 1 in the sample holder 11 is
Although the direction of the normal to the mounting surface of 3 is made substantially coincident with the secondary ion optical axis 5, the lower limit of the primary ion extraction voltage is limited if the secondary ion optical axis 5 is set to be closer than the primary ion optical axis 3. Can be alleviated.

【0015】(実施例2)本発明の実施例2として、図
1に示す装置であって、別の試料ホルダを用いた場合に
ついて説明する。
(Embodiment 2) As Embodiment 2 of the present invention, a case where another sample holder is used in the apparatus shown in FIG. 1 will be described.

【0016】図2に本分析で用いた試料ホルダの概略図
を示す。本実施例ではフロントプレート18の一部に二
次イオン光学軸17と垂直でない試料装着部21を設け
た。フロントプレート18に設けられた試料装着部21
に対応する場所に凹部24が設けられている。二次イオ
ン光学軸に垂直でない試料装着部21に装着される試料
は、試料の一端をフロントプレートにより300ミクロ
ン突き出して、板ばね22により固定した。本実施例で
は、二次イオン光学軸17と垂直でない試料装着部21
に装着された試料の法線方向は一次イオン光学軸16の
方向と一致するように設定した。
FIG. 2 shows a schematic diagram of the sample holder used in the present analysis. In this embodiment, a sample mounting portion 21 that is not perpendicular to the secondary ion optical axis 17 is provided on a part of the front plate 18. Sample mounting part 21 provided on front plate 18
The concave portion 24 is provided at a location corresponding to. One end of the sample mounted on the sample mounting portion 21 which is not perpendicular to the secondary ion optical axis protruded from the front plate by 300 μm, and was fixed by a leaf spring 22. In this embodiment, the sample mounting unit 21 not perpendicular to the secondary ion optical axis 17 is used.
The normal direction of the sample attached to the sample was set to coincide with the direction of the primary ion optical axis 16.

【0017】また、二次イオン光学軸に垂直に装着され
る試料は、スプリング19を介してバックプレート20
で押さえられ、固定した。試料装着部23に一次イオン
のビーム位置調整用試料を装着した。この試料ホルダを
用いることによって一次イオンのビーム位置を容易に知
ることができ、実施例1と同様な実験結果を得ることが
できた。
A sample mounted perpendicularly to the secondary ion optical axis is applied to a back plate 20 via a spring 19.
Pressed and fixed. The sample for adjusting the beam position of the primary ion was mounted on the sample mounting section 23. By using this sample holder, the beam position of the primary ions could be easily known, and the same experimental results as in Example 1 could be obtained.

【0018】また、図3に示す別の試料ホルダは、試料
装着部21に試料位置調整機構25を設けた。その他は
図2に示す試料ホルダと同じである。この試料ホルダを
用いることによって2ミリ×1ミリ程度の小さな試料に
ついても同様の実験結果を得ることができた。
Another sample holder shown in FIG. 3 is provided with a sample position adjusting mechanism 25 in the sample mounting section 21. Others are the same as the sample holder shown in FIG. By using this sample holder, similar experimental results could be obtained for a small sample of about 2 mm × 1 mm.

【0019】また、図4に示す別の試料ホルダは、試料
装着部21に角度調整機構26を設けた。その他は図2
に示す試料ホルダと同じである。この試料ホルダを用い
ることによって一次イオンの入射角を変更することがで
き、スパッタにより表面荒れが起こらない条件で、深さ
方向の分解能の高い測定を行うことができた。
In another sample holder shown in FIG. 4, an angle adjusting mechanism 26 is provided in the sample mounting section 21. Figure 2 for others
Is the same as the sample holder shown in FIG. By using this sample holder, the angle of incidence of the primary ions could be changed, and measurement with high resolution in the depth direction could be performed under the condition that the surface was not roughened by sputtering.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、特に一次イオンと二次
イオンが同じ極性の測定の時、質量分析計の透過効率を
下げることなく、一次イオンの入射エネルギーの下限を
0まで下げることが可能となる。その結果、半導体デバ
イスなどの開発、評価に必要とされる深さ方向の分解能
が高い高度な分析が可能となり、かつ、測定方法が簡便
であるので、半導体デバイスなどを市場に安価で供給す
ることが可能となる。
According to the present invention, the lower limit of the incident energy of the primary ions can be reduced to 0 without lowering the transmission efficiency of the mass spectrometer, especially when the primary ions and the secondary ions have the same polarity. It becomes possible. As a result, it is possible to perform high-level analysis with high resolution in the depth direction required for the development and evaluation of semiconductor devices and the like, and the measurement method is simple. Becomes possible.

【0021】また、二次イオン光学軸に垂直な第2の試
料装着面を試料ホルダに持たせることによって、二次イ
オン光学軸に垂直な第2の試料装着面に装着した試料に
よって、第1の試料装着面に装着した試料の一次イオン
の入射位置を知ることができ、また、一次イオン光学軸
に垂直な方向に試料を装着しやすくすることができる。
Further, by providing the sample holder with a second sample mounting surface perpendicular to the secondary ion optical axis, the first sample is mounted on the second sample mounting surface perpendicular to the secondary ion optical axis. The incident position of the primary ions of the sample mounted on the sample mounting surface can be known, and the sample can be easily mounted in the direction perpendicular to the primary ion optical axis.

【0022】さらに、位置調整機構を設けることによ
り、様々なサイズの試料に対応することができる。ま
た、角度調整機構を設けることにより試料が表面と裏面
とが平行でないよう試料にも対応することができる。
Further, by providing a position adjusting mechanism, samples of various sizes can be handled. Further, by providing the angle adjusting mechanism, it is possible to cope with a sample such that the front surface and the back surface of the sample are not parallel.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる分析方法の配置を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an arrangement of an analysis method according to the present invention.

【図2】本発明の試料ホルダの概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a sample holder of the present invention.

【図3】本発明の別の試料ホルダの概略図である。FIG. 3 is a schematic view of another sample holder of the present invention.

【図4】本発明の別の試料ホルダの概略図である。FIG. 4 is a schematic view of another sample holder of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 質量フィルター部 2 一次カラム 3 一次イオン光学軸 4 二次カラム 5 二次イオン光学軸 6 二次イオン用セクタ型質量分析部及び検出器 7 二次イオン引出し電極 8 試料分析室 9 ゲートバルブ 10 予備排気室 11 試料ホルダ 12 XYステージ 13 試料 14 二次イオン引出電圧印加電源 15 一次イオン引出電圧印加電源 16 一次イオン光学軸 17 二次イオン光学軸 18 フロントプレート 19 スプリング 20 バックプレート 21 試料装着部 22 板バネ 23 試料装着部 24 凹部 25 試料位置調整機構 26 角度調整機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mass filter part 2 Primary column 3 Primary ion optical axis 4 Secondary column 5 Secondary ion optical axis 6 Secondary ion sector mass spectrometer and detector 7 Secondary ion extraction electrode 8 Sample analysis room 9 Gate valve 10 Reserve Exhaust chamber 11 Sample holder 12 XY stage 13 Sample 14 Secondary ion extraction voltage application power supply 15 Primary ion extraction voltage application power supply 16 Primary ion optical axis 17 Secondary ion optical axis 18 Front plate 19 Spring 20 Back plate 21 Sample mounting part 22 Plate Spring 23 Sample mounting part 24 Concave part 25 Sample position adjusting mechanism 26 Angle adjusting mechanism

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 斜入射タイプのセクタ型二次イオン質量
分析装置を用いた分析方法において、試料の法線方向を
二次イオン光学軸の方向から一次イオン光学軸の方向に
傾けたことを特徴とするセクタ型二次イオン質量分析方
法。
1. An analysis method using an oblique incidence type sector-type secondary ion mass spectrometer, wherein the normal direction of the sample is inclined from the direction of the secondary ion optical axis to the direction of the primary ion optical axis. Secondary ion mass spectrometry.
【請求項2】 斜入射タイプのセクタ型二次イオン質量
分析装置の試料ホルダにおいて、第1の試料装着部の面
の法線が二次イオン光学軸の方向から一次イオン光学軸
の方向に傾いていることを特徴とする試料ホルダ。
2. A sample holder of an oblique incidence type sector type secondary ion mass spectrometer, wherein a normal of a surface of a first sample mounting portion is inclined from a direction of a secondary ion optical axis to a direction of a primary ion optical axis. A sample holder.
【請求項3】 前記第1の試料装着部の面が一次イオン
光学軸に対して垂直であることを特徴とする請求項2に
記載の試料ホルダ。
3. The sample holder according to claim 2, wherein a surface of the first sample mounting section is perpendicular to a primary ion optical axis.
【請求項4】 前記第1の試料装着部の面に隣接して、
二次イオン光学軸に対して垂直な第2の試料装着部の面
を有することを特徴とする請求項2又は3に記載の試料
ホルダ。
4. Adjacent to the surface of the first sample mounting portion,
The sample holder according to claim 2 or 3, wherein the sample holder has a surface of the second sample mounting portion perpendicular to the secondary ion optical axis.
【請求項5】 前記試料ホルダは、前記第1の試料装着
部の位置調整を行う機構を有することを特徴とする請求
項2乃至4のいずれかに記載の試料ホルダ。
5. The sample holder according to claim 2, wherein the sample holder has a mechanism for adjusting a position of the first sample mounting unit.
【請求項6】 前記試料ホルダは、前記第1の試料装着
部の面の角度を調整する機構を備えたことを特徴とする
請求項2乃至5のいずれかに記載の試料ホルダ。
6. The sample holder according to claim 2, wherein said sample holder includes a mechanism for adjusting an angle of a surface of said first sample mounting portion.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310961A (en) * 2001-04-19 2002-10-23 Fujitsu Ltd Depthwise element distribution measuring method

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