JP2006260807A - 元素測定装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 3DAPにおいて、試料11の元素の電界蒸発をアシストするための吸着ガスをチャンバー1内に導入する吸着ガス導入機構6が設けられる。吸着ガスとしては、試料11の元素に吸着し易い(吸着率の高い)ガス種、例えば窒素ガスが選ばれる。
【選択図】 図4
Description
本発明者は、各材料の均一な電界蒸発を得るべく、試料への吸着率の高いガス(吸着ガス)を用いて、この吸着ガスをチャンバー内に導入した状態で試料に電界を印加する構成に想到した。本発明の構成によれば、試料を構成する材料間で電界蒸発エネルギーが異なるにも係わらず、試料が破損等することなく試料を構成する各材料の原子を元素離脱させることができることが確認された。
ここでは、試料の破損等の主原因が試料に印加される電界に起因して試料に加わる応力であると推測する。
図1に示すように、試料を針状構造体101の先端部分とした場合、針状構造体101への電界の印加により試料には応力が加わる。電界は尖鋭部位に集中し、電界の印加に起因する応力は電界の強さの2乗に比例するため、応力は電界の集中する試料先端部で最も大きくなる。ここで、試料が電界蒸発エネルギーの異なる複数材料の多層構造であり、電界蒸発エネルギーの高い材料(材料a)が前方(先端方向)に、電界蒸発エネルギーの低い材料(材料b)が材料aの後方に設けられている場合について考察する。電界蒸発が進み、材料aが試料の最先端部に露出したとき(或いは材料aが当初から試料の最先端部に設けられているとき)、材料aには電界が集中して大きな応力が加わるものの、材料aの電界蒸発エネルギーが高いために電界蒸発が生じ難い。このように、電界蒸発が遅滞した状態で最先端部の材料aに大きな応力が加わり、この応力が主原因となって材料bや材料aと材料bとの界面近傍等にダメージが生じ、試料の破損等が発生すると考える。
ここでは、試料の破損等の主原因が、試料を構成する各材料間で電界蒸発エネルギーが異なることに起因して試料表面の元素離脱が各材料で不均一となることにあると推測する。
図1と同様に、試料を針状構造体101の先端部分とした場合、針状構造体101への電界の印加により、電界蒸発エネルギーの低い材料から先に電界蒸発が発生する。これにより、各材料における元素の離脱の割合が不均一となり、試料表面が凹凸状となって、試料の破損等が発生すると考える。
以下、本発明を適用した具体的な諸実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(元素測定装置の構成)
図4は、第1の実施形態による元素測定装置(3DAP)の概略構成を示す模式図である。
この元素測定装置は、内部に試料11が配置されるチャンバー1と、試料11に電界を印加するための電源2と、チャンバー1内で試料11と対向するように設置されており、試料から離脱した元素を検出する元素検出手段である位置敏感型検出器3と、チャンバー1内において試料11との間で高い直流バイアス電圧が印加される引出電極4と、チャンバー1内を所望の真空状態とするための真空ポンプ等を含む排気機構5と、チャンバー1内に吸着ガスを導入する吸着ガス導入機構6と、電源2及び位置敏感型検出器3と接続されたタイマー7とを備えて構成されている。
吸着率=(1/2)αF2 α:分極率,F:電界強度(試料表面で最大)
で決定される。従って、分極率の大きいガス種を選ぶことが好ましい。ここでは、分極率が0.2(10-40J-1C2m2)より大きいガス種とする。具体的に、この条件を満たすガス種としては、H2,N2,CO2,CO,HF,HCl,HBr,HI,H2O,NH3,CCl4,CHCl3,CH2Cl2,CH3Cl,CH4,CH3OH,CH3CH2OH,C6H6,C6H5CH3,o−C6H4(CH3)2,He,Ar等のうちから選ばれた少なくとも1種が好適である。
以下、図4の3DAPを用いた試料11の具体的な元素測定方法について、図5を用いて説明する。
先ず、チャンバー1内に位置敏感型検出器3の元素検知面と先端が対向するように、試料11を先端部分に有する複数の針状構造体を備えた被測定部材20を設置する。この状態で、真空機構5の作動により、チャンバー1を所定の真空度に調節する(ステップS1)。ここでは、いわゆる超高真空状態、例えば2×10-8Pa程度の圧力状態とする。
上述した本実施形態の元素測定方法によれば、元素測定を実行した際の試料11に破損等が生じることがなく、各層の元素離脱がスムーズに行われるという良好な結果が得られた。この事実は、上述のメカニズムA,Bによりそれぞれ以下のように説明できる。
試料11のように、最上層に電界蒸発エネルギーの比較的高いTa層、その下層に電界蒸発エネルギーの比較的低いNi層が設けられている場合、元素測定時における電界の印加により、電界の集中するTa層に吸着ガス分子が特に吸着し、この吸着によりTa層の電界蒸発エネルギーが低下し、Ta層の元素離脱が促進される。このとき、電界蒸発エネルギーの低下に伴いTa層の応力が緩和されるため、試料11に破損等が生じることはない。従って、試料11では、図6のように良好な状態に元素離脱が行われた痕跡を示す。
ここでは比較のため、吸着ガスの導入を行わない従来の3DAPを用いて元素測定を実行した際の試料11の状態を図7として、更に図6に図7を重ね合わせた様子を図8として示す。図7,8では、試料11の表層の一部が電界蒸発した状態を表しており、破線が本実施形態、一点鎖線が従来例をそれぞれ示す。
(元素測定装置の構成)
図9は、第2の実施形態による元素測定装置(3DAP)の概略構成を示す模式図である。
本実施形態の3DAPは、図4に示した第1の実施形態の3DAPの構成に加え、試料11にレーザ光を照射するためのレーザ機構10を備えて構成されている。なお、図4の構成部材等と同一のものについては同符号を付し、詳細な説明を省略する。
なお、レーザ機構10の代わりに、電子線照射機構を設置し、エネルギービームとして電子線を試料11に照射するようにしても良い。
以下、図9の3DAPを用いた試料11の具体的な元素測定方法について、図10を用いて説明する。
先ず、チャンバー1内に位置敏感型検出器3の元素検知面と先端が対向するように、試料11を先端部分に有する複数の針状構造体を備えた被測定部材20を設置する。この状態で、真空機構5の作動により、チャンバー1を所定の真空度に調節する(ステップS11)。ここでは、いわゆる超真空状態、例えば2×10-8Pa程度の圧力状態とする。
内部に前記試料が配置されるチャンバーと、
前記試料に前記電界を印加するための電源と、
前記チャンバー内で前記試料と対向するように設置されており、前記試料から離脱した前記元素を検出する元素検出手段と、
前記チャンバー内に吸着ガスを導入するガス導入手段と
を含み、
前記ガス導入手段により前記チャンバー内に吸着ガスを導入した状態で、前記電源により前記試料に前記電界を印加し、離脱した前記元素と当該元素に吸着した前記吸着ガスとの複合体を前記元素検出手段により検出し、前記測定を行うことを特徴とする元素測定装置。
前記チャンバー内に吸着ガスを導入した状態で、前記試料に所定の電界を印加するステップと、
前記電界の印加により前記試料から離脱した前記元素と、当該元素に吸着した前記吸着ガスとの複合体を前記元素検出手段により検出し、前記元素の位置及び結合状態を測定するステップと
を含むことを特徴とする元素測定方法。
元素検出手段が設置され、前記元素検出手段と対向するように3次元構造物である試料が配置されたチャンバー内に、吸着ガスを導入するステップと、
前記チャンバー内に吸着ガスを導入した状態で、前記試料に所定の電界を印加するステップと、
前記電界の印加により前記試料から離脱した前記元素と、当該元素に吸着した前記吸着ガスとの複合体を前記元素検出手段により検出し、前記元素の位置及び結合状態を測定するステップと
を含む元素測定方法を実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
元素検出手段が設置され、前記元素検出手段と対向するように3次元構造物である試料が配置されたチャンバー内に、吸着ガスを導入するステップと、
前記チャンバー内に吸着ガスを導入した状態で、前記試料に所定の電界を印加するステップと、
前記電界の印加により前記試料から離脱した前記元素と、当該元素に吸着した前記吸着ガスとの複合体を前記元素検出手段により検出し、前記元素の位置及び結合状態を測定するステップと
を含む元素測定方法を実行させるためのプログラム。
2 電源
3 位置敏感型検出器
4 引出電極
5 排気機構
6 吸着ガス導入機構
7,12 タイマー
10 レーザ機構
11 試料
20 被測定部材
101 針状構造体
102 吸着ガス分子
103 原子
104 複合イオン
Claims (5)
- 3次元構造物である試料に電界を印加し、前記電界による前記試料からの元素の離脱現象を利用して、離脱した前記元素の位置及び飛行時間を測定する元素測定装置であって、
内部に前記試料が配置されるチャンバーと、
前記試料に前記電界を印加するための電源と、
前記チャンバー内で前記試料と対向するように設置されており、前記試料から離脱した前記元素を検出する元素検出手段と、
前記チャンバー内に吸着ガスを導入するガス導入手段と
を含み、
前記ガス導入手段により前記チャンバー内に吸着ガスを導入した状態で、前記電源により前記試料に前記電界を印加し、離脱した前記元素と当該元素に吸着した前記吸着ガスとの複合体を前記元素検出手段により検出し、前記測定を行うことを特徴とする元素測定装置。 - 前記吸着ガスは、分極率が0.2(10-40J-1C2m2)より大きいガス種であることを特徴とする請求項1に記載の元素測定装置。
- 前記電源による前記電界の印加と同期して、前記試料にエネルギービームを照射する照射手段を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の元素測定装置。
- 元素検出手段が設置され、前記元素検出手段と対向するように3次元構造物である試料が配置されたチャンバー内に、吸着ガスを導入するステップと、
前記チャンバー内に吸着ガスを導入した状態で、前記試料に所定の電界を印加するステップと、
前記電界の印加により前記試料から離脱した前記元素と、当該元素に吸着した前記吸着ガスとの複合体を前記元素検出手段により検出し、前記元素の位置及び結合状態を測定するステップと
を含むことを特徴とする元素測定方法。 - 前記試料に前記電界を印加するステップにおいて、前記電界の印加と同期するように、前記試料にエネルギービームを照射することを特徴とする請求項4に記載の元素測定方法。
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JP2005073158A JP2006260807A (ja) | 2005-03-15 | 2005-03-15 | 元素測定装置及び方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2068343A1 (en) | 2007-11-13 | 2009-06-10 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Charged particle source with automated tip formation |
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2005
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