JP2544034B2 - 二次イオン質量分析法及び二次イオン質量分析装置 - Google Patents
二次イオン質量分析法及び二次イオン質量分析装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は二次イオン質量分析法及
び二次イオン質量分析装置に係り、特に、サブミクロン
以下の微小領域にて周期律表上の陽性及び陰性のすべて
の元素について高感度な分析を可能とする二次イオン質
量分析法及び二次イオン質量分析装置に関するものであ
る。
び二次イオン質量分析装置に係り、特に、サブミクロン
以下の微小領域にて周期律表上の陽性及び陰性のすべて
の元素について高感度な分析を可能とする二次イオン質
量分析法及び二次イオン質量分析装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の二次イオン質量分析法（以下、Ｓ
ＩＭＳと記す）では、特願昭４９−５８８９号（１９７
４年１月７日出願、登録番号第１１８１１０１号）等に
開示されるように活性ガスとして例えば酸素ガス
（Ｏ2 ）を試料室に導入する方法や、その他に固体材
料、例えばＣｓＩやＣｓＣｌを加熱蒸発させ、Ｃｓを試
料表面に供給する方法が採用されていた。
ＩＭＳと記す）では、特願昭４９−５８８９号（１９７
４年１月７日出願、登録番号第１１８１１０１号）等に
開示されるように活性ガスとして例えば酸素ガス
（Ｏ2 ）を試料室に導入する方法や、その他に固体材
料、例えばＣｓＩやＣｓＣｌを加熱蒸発させ、Ｃｓを試
料表面に供給する方法が採用されていた。
【０００３】また他の従来技術として特開昭６３−２８
２６４１号公報に開示されるＳＩＭＳが存在する。この
ＳＩＭＳでは、分析を開始する前に予め試料に酸素イオ
ン又は酸素を含む化合物イオンを注入するように構成さ
れる。このＳＩＭＳは、試料表面における酸素濃度が低
い、或いは不純物として感度が不十分であるという従来
のＳＩＭＳの欠点を改善している。
２６４１号公報に開示されるＳＩＭＳが存在する。この
ＳＩＭＳでは、分析を開始する前に予め試料に酸素イオ
ン又は酸素を含む化合物イオンを注入するように構成さ
れる。このＳＩＭＳは、試料表面における酸素濃度が低
い、或いは不純物として感度が不十分であるという従来
のＳＩＭＳの欠点を改善している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述の第１のＳＩＭＳ
は、いずれも試料室全体を約１０-3Ｐａ程度の活性元素
で満たさねばならず、この活性元素が室内の汚染や一次
イオンビーム及び二次イオンビームの集束製の劣化の原
因となり、信頼性の高い分析データを得ることができな
かった。
は、いずれも試料室全体を約１０-3Ｐａ程度の活性元素
で満たさねばならず、この活性元素が室内の汚染や一次
イオンビーム及び二次イオンビームの集束製の劣化の原
因となり、信頼性の高い分析データを得ることができな
かった。
【０００５】また前述の第２のＳＩＭＳの場合は、「酸
素イオン又は酸素を含む化合物イオンを注入する」と限
定されているので、陽性元素のみ、すなわち周期律表の
右半分の元素の感度のみを向上し、周期律表の左半分の
陰性元素については、感度を高めることができなかっ
た。すなわち、周期律表の全元素について高感度分析を
行うことができないという不具合があった。更に分析用
イオンビームを発生するイオン源の構成上、極微少領域
での分析が充分にできないという不具合を有すると共
に、構造上不純物混入のおそれがあり、分析精度が低減
するおそれが存在した。
素イオン又は酸素を含む化合物イオンを注入する」と限
定されているので、陽性元素のみ、すなわち周期律表の
右半分の元素の感度のみを向上し、周期律表の左半分の
陰性元素については、感度を高めることができなかっ
た。すなわち、周期律表の全元素について高感度分析を
行うことができないという不具合があった。更に分析用
イオンビームを発生するイオン源の構成上、極微少領域
での分析が充分にできないという不具合を有すると共
に、構造上不純物混入のおそれがあり、分析精度が低減
するおそれが存在した。
【０００６】本発明の目的は、室内の汚染や一次及び二
次イオンビームの収束性の劣化がなく、周期律表におけ
るすべての元素に関し、サブミクロンの微小領域におけ
る高感度分析を容易に行うことができ、常に分析精度の
高い信頼性の高いデータが得られるというＳＩＭＳを提
供することにある。
次イオンビームの収束性の劣化がなく、周期律表におけ
るすべての元素に関し、サブミクロンの微小領域におけ
る高感度分析を容易に行うことができ、常に分析精度の
高い信頼性の高いデータが得られるというＳＩＭＳを提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る二次イオン
質量分析法は、プラズマ型イオン源が生成する陰性元素
のイオンビームと表面電離型イオン源が生成する陽性元
素のイオンビームのうちいずれか一方を選択して試料表
面に注入し、試料表面の仕事関数等の電子構造因子を予
め変化させ、その後に液体金属イオン源から分析用細束
イオンビームを引出し、引出された分析用細束イオンビ
ームの経路を前記プラズマ型イオン源と前記表面電離型
イオン源のそれぞれから出射された各イオンビームの経
路の交差位置の下流側で交差させ、この細束イオンビー
ムを、前記の各イオンビームが注入された試料表面のサ
ブミクロンの微小領域に照射する方法である。前記の二
次イオン質量分析法において、好ましくは、注入用の陰
性元素としてＯ2 + ，Ｏ- ，Ｃｌ- ，Ｎ2 + ，Ｎ+ ，Ｉ
- のうちのいずれか１つを使用し、注入用の陽性元素と
してＣｓ+ ，Ｌｉ+ ，Ｎａ+ ，Ｋ+ ，Ｒｂ+ のうちのい
ずれか１つを使用する。前記の二次イオン質量分析法に
おいて、好ましくは、陰性元素のイオンビーム及び陽性
元素のイオンビームと、分析用のイオンビームとは、同
一のガイド装置により同一経路で任意な同一領域に注入
される。本発明に係る二次イオン質量分析装置は、陰性
元素のイオンビームを生成するプラズマ型イオン源と、
陽性元素のイオンビームを生成する表面電離型イオン源
と、分析用の細束イオンビームを生成するとともに、こ
の細束イオンビームの経路が前記プラズマ型イオン源と
前記表面電離型イオン源のそれぞれから出射された各イ
オンビームの経路の交差位置の下流側で交差するように
配置された液体金属イオン源と、プラズマ型イオン源と
表面電離型イオン源と液体金属イオン源のそれぞれが生
成するイオンビームを同一経路で試料表面に導くガイド
装置とを備え、陰性元素と陽性元素のイオンビームのう
ちいずれか一方を選択して試料表面に増感元素として注
入し、その後に細束イオンビームを、各イオンビームが
注入された試料表面の微小領域に照射するように構成さ
れる。
質量分析法は、プラズマ型イオン源が生成する陰性元素
のイオンビームと表面電離型イオン源が生成する陽性元
素のイオンビームのうちいずれか一方を選択して試料表
面に注入し、試料表面の仕事関数等の電子構造因子を予
め変化させ、その後に液体金属イオン源から分析用細束
イオンビームを引出し、引出された分析用細束イオンビ
ームの経路を前記プラズマ型イオン源と前記表面電離型
イオン源のそれぞれから出射された各イオンビームの経
路の交差位置の下流側で交差させ、この細束イオンビー
ムを、前記の各イオンビームが注入された試料表面のサ
ブミクロンの微小領域に照射する方法である。前記の二
次イオン質量分析法において、好ましくは、注入用の陰
性元素としてＯ2 + ，Ｏ- ，Ｃｌ- ，Ｎ2 + ，Ｎ+ ，Ｉ
- のうちのいずれか１つを使用し、注入用の陽性元素と
してＣｓ+ ，Ｌｉ+ ，Ｎａ+ ，Ｋ+ ，Ｒｂ+ のうちのい
ずれか１つを使用する。前記の二次イオン質量分析法に
おいて、好ましくは、陰性元素のイオンビーム及び陽性
元素のイオンビームと、分析用のイオンビームとは、同
一のガイド装置により同一経路で任意な同一領域に注入
される。本発明に係る二次イオン質量分析装置は、陰性
元素のイオンビームを生成するプラズマ型イオン源と、
陽性元素のイオンビームを生成する表面電離型イオン源
と、分析用の細束イオンビームを生成するとともに、こ
の細束イオンビームの経路が前記プラズマ型イオン源と
前記表面電離型イオン源のそれぞれから出射された各イ
オンビームの経路の交差位置の下流側で交差するように
配置された液体金属イオン源と、プラズマ型イオン源と
表面電離型イオン源と液体金属イオン源のそれぞれが生
成するイオンビームを同一経路で試料表面に導くガイド
装置とを備え、陰性元素と陽性元素のイオンビームのう
ちいずれか一方を選択して試料表面に増感元素として注
入し、その後に細束イオンビームを、各イオンビームが
注入された試料表面の微小領域に照射するように構成さ
れる。
【０００８】
【作用】本発明による二次イオン質量分析法では、陽性
元素を分析する場合には、予めプラズマ型イオン源が生
成するＯ2 + ，Ｏ+ ，Ｉ+ 等を増感元素として試料の表
面に注入し、試料の表面の仕事関数を高くして電子親和
力より高め、正の二次イオンの中性化を回避し、正の二
次イオン化率を高める。そして、その増感作用に基づ
き、液体金属イオン源で生成された細束イオンビームを
用いてサブミクロンの微小領域の陽性元素を高感度で分
析する。また陰性元素を分析する場合には、負の二次イ
オン化率が高い二次イオンを検出するのが一般的であ
り、この場合は、負の二次イオンの生成効率を上げるの
に試料表面の仕事関数を下げ、電子親和力より低くする
必要がある。そこで、分析を行う前に、予め表面電離型
イオン源が生成するＣｓ+ ，Ｌｉ+ ，Ｎａ+ 等を増感元
素として試料の表面に注入する。そして、上記の場合と
同様にして液体金属イオン源の細束イオンビームでサブ
ミクロンの微小領域の陰性元素を高感度で分析する。以
上の如く、プラズマ型イオン源と表面電離型イオン源の
それぞれが生成する増感元素のイオンビームを任意に選
択して分析前に注入する構成で、周期律表の陽性及び陰
性のすべての元素について高感度分析を行うことが可能
となる。更に分析用のイオンビームとして液体金属イオ
ン源を用いることによりサブミクロンの極微少領域の分
析を可能にしている。本発明による二次イオン質量分析
装置では、上記の二次イオン質量分析法を実現する装置
構成を有するものである。
元素を分析する場合には、予めプラズマ型イオン源が生
成するＯ2 + ，Ｏ+ ，Ｉ+ 等を増感元素として試料の表
面に注入し、試料の表面の仕事関数を高くして電子親和
力より高め、正の二次イオンの中性化を回避し、正の二
次イオン化率を高める。そして、その増感作用に基づ
き、液体金属イオン源で生成された細束イオンビームを
用いてサブミクロンの微小領域の陽性元素を高感度で分
析する。また陰性元素を分析する場合には、負の二次イ
オン化率が高い二次イオンを検出するのが一般的であ
り、この場合は、負の二次イオンの生成効率を上げるの
に試料表面の仕事関数を下げ、電子親和力より低くする
必要がある。そこで、分析を行う前に、予め表面電離型
イオン源が生成するＣｓ+ ，Ｌｉ+ ，Ｎａ+ 等を増感元
素として試料の表面に注入する。そして、上記の場合と
同様にして液体金属イオン源の細束イオンビームでサブ
ミクロンの微小領域の陰性元素を高感度で分析する。以
上の如く、プラズマ型イオン源と表面電離型イオン源の
それぞれが生成する増感元素のイオンビームを任意に選
択して分析前に注入する構成で、周期律表の陽性及び陰
性のすべての元素について高感度分析を行うことが可能
となる。更に分析用のイオンビームとして液体金属イオ
ン源を用いることによりサブミクロンの極微少領域の分
析を可能にしている。本発明による二次イオン質量分析
装置では、上記の二次イオン質量分析法を実現する装置
構成を有するものである。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図１及び図２を参
照して説明する。図１は、本発明の二次イオン質量分析
装置の全体構成を示す。この二次イオン質量分析装置
は、イオン源として、デュオプラズマトロンＯ2 イオン
源１と、表面電離型Ｃｓイオン源２と、サイドエントリ
ー型Ｇａ液体金属イオン源（Ｇａ−ＬＭＩＳ）３の３種
類のイオン源を備えている。また一次イオン光学系は、
一次イオン質量分離器４と、質量分離スリット５と、コ
ンデンサレンズ６と、偏向電極７と、対物レンズ８より
構成されている。更に、試料室９は、タンデムターボ１
７及びイオンポンプ１８を備え、これらの排気装置で、
高真空に排気される。二次イオン光学系は、二次イオン
引き出し系１０と、セクタ電場１１と、全二次イオンモ
ニタ（ＴＩＭ）１２と、セクタ磁場１３と、二次イオン
検出器１４とから構成される。
照して説明する。図１は、本発明の二次イオン質量分析
装置の全体構成を示す。この二次イオン質量分析装置
は、イオン源として、デュオプラズマトロンＯ2 イオン
源１と、表面電離型Ｃｓイオン源２と、サイドエントリ
ー型Ｇａ液体金属イオン源（Ｇａ−ＬＭＩＳ）３の３種
類のイオン源を備えている。また一次イオン光学系は、
一次イオン質量分離器４と、質量分離スリット５と、コ
ンデンサレンズ６と、偏向電極７と、対物レンズ８より
構成されている。更に、試料室９は、タンデムターボ１
７及びイオンポンプ１８を備え、これらの排気装置で、
高真空に排気される。二次イオン光学系は、二次イオン
引き出し系１０と、セクタ電場１１と、全二次イオンモ
ニタ（ＴＩＭ）１２と、セクタ磁場１３と、二次イオン
検出器１４とから構成される。
【００１０】上記において、デュオプラズマトロンＯ2
イオン源１は陰性元素（エレクトロネガティブの元素）
イオンのイオンビームを生成し、表面電離型Ｃｓイオン
源２は陽性元素（エレクトロポジティブの元素）イオン
のイオンビームを生成する。デュオプラズマトロンＯ2
イオン源１と表面電離型Ｃｓイオン源２は併設状態で配
置される。またＧａ液体金属イオン源３は、デュオプラ
ズマトロンＯ2 イオン源１と表面電離型Ｃｓイオン源２
のそれぞれから出射された各イオンビームの経路の交差
位置である一次イオン質量分離器４の下流側にて側方に
配置され、分析用の細束イオンビームを生成する。以下
では説明の便宜上、デュオプラズマトロンＯ2 イオン源
１をＯ2 イオン源１と記し、表面電離型Ｃｓイオン源２
をＣｓイオン源２と記す。
イオン源１は陰性元素（エレクトロネガティブの元素）
イオンのイオンビームを生成し、表面電離型Ｃｓイオン
源２は陽性元素（エレクトロポジティブの元素）イオン
のイオンビームを生成する。デュオプラズマトロンＯ2
イオン源１と表面電離型Ｃｓイオン源２は併設状態で配
置される。またＧａ液体金属イオン源３は、デュオプラ
ズマトロンＯ2 イオン源１と表面電離型Ｃｓイオン源２
のそれぞれから出射された各イオンビームの経路の交差
位置である一次イオン質量分離器４の下流側にて側方に
配置され、分析用の細束イオンビームを生成する。以下
では説明の便宜上、デュオプラズマトロンＯ2 イオン源
１をＯ2 イオン源１と記し、表面電離型Ｃｓイオン源２
をＣｓイオン源２と記す。
【００１１】また一次イオン質量分離器４は、Ｏ2 イオ
ン源１とＣｓイオン源２に対して共通に設けられる。ま
た一次イオン光学系は、前記の３つのイオン源１，２，
３に対して共通に使用されるように設けられる。
ン源１とＣｓイオン源２に対して共通に設けられる。ま
た一次イオン光学系は、前記の３つのイオン源１，２，
３に対して共通に使用されるように設けられる。
【００１２】更に図１において１５は一次イオンビー
ム、１６は二次イオン、１９は試料、２０は表示装置の
ＣＲＴである。
ム、１６は二次イオン、１９は試料、２０は表示装置の
ＣＲＴである。
【００１３】次に、上記の二次イオン質量分析装置装置
の動作原理を説明する。Ｏ2 イオン源１、Ｃｓイオン源
２、Ｇａ液体金属イオン源３の３種類のイオン源は、そ
れぞれ、独立に動作するように構成される。図１中、各
イオン源の動作を制御する制御系の構成の図示は省略さ
れている。Ｏ2 イオン源１は、ガス成分元素イオン、例
えばＯ2 + ，Ｏ- ，Ｃｌ- ，Ｎ2 + ，Ｎ+ ，Ｉ- ，Ａｒ
+ 等の陰性元素のイオンビームを生成する。これに対し
て、Ｃｓイオン源２は、イオン化電圧の低いアルカリ金
属、例えばＣｓ+ ，Ｌｉ+ ，Ｎａ+ ，Ｋ+ ，Ｒｂ+ 等の
陽性元素のイオンビームを生成する。Ｇａ液体金属イオ
ン源３は、低融点及び低蒸気圧の金属、例えばＧａ+ ，
Ｌｉ+ ，Ｉｎ+ 等の細束イオンビームを生成する。上記
の各イオン源１，２，３より放出された一次イオンビー
ム１５はコンデンサレンズ６と対物レンズ８で収束さ
れ、試料１９の表面を照射する。コンデンサレンズ６と
対物レンズ８等の一次イオン光学系は、各イオン源で生
成されるイオンビーム１５を試料の表面に導く共通のガ
イド装置となる。ここでは、各イオン源１，２，３のそ
れぞれから放射されるイオンビームを総称的にイオンビ
ーム１５として示している。
の動作原理を説明する。Ｏ2 イオン源１、Ｃｓイオン源
２、Ｇａ液体金属イオン源３の３種類のイオン源は、そ
れぞれ、独立に動作するように構成される。図１中、各
イオン源の動作を制御する制御系の構成の図示は省略さ
れている。Ｏ2 イオン源１は、ガス成分元素イオン、例
えばＯ2 + ，Ｏ- ，Ｃｌ- ，Ｎ2 + ，Ｎ+ ，Ｉ- ，Ａｒ
+ 等の陰性元素のイオンビームを生成する。これに対し
て、Ｃｓイオン源２は、イオン化電圧の低いアルカリ金
属、例えばＣｓ+ ，Ｌｉ+ ，Ｎａ+ ，Ｋ+ ，Ｒｂ+ 等の
陽性元素のイオンビームを生成する。Ｇａ液体金属イオ
ン源３は、低融点及び低蒸気圧の金属、例えばＧａ+ ，
Ｌｉ+ ，Ｉｎ+ 等の細束イオンビームを生成する。上記
の各イオン源１，２，３より放出された一次イオンビー
ム１５はコンデンサレンズ６と対物レンズ８で収束さ
れ、試料１９の表面を照射する。コンデンサレンズ６と
対物レンズ８等の一次イオン光学系は、各イオン源で生
成されるイオンビーム１５を試料の表面に導く共通のガ
イド装置となる。ここでは、各イオン源１，２，３のそ
れぞれから放射されるイオンビームを総称的にイオンビ
ーム１５として示している。
【００１４】偏向電極７は一次イオンビーム１５の偏向
走査に使用される。一次イオンビーム１５の照射により
試料１９の表面から放出された二次イオン１６はセクタ
電場１１で偏向とエネルギ分離が行われ、その中心部は
ＴＩＭ１２のスリットを通りセクタ磁場１３に導かれ、
質量分離後、検出される。一方、ＴＩＭ１２のスリット
孔周辺に流入した二次イオン１６は、全二次イオン電流
としてＴＩＭ１２で検出され、その出力はＣＲＴ２０の
輝度変調信号となり、全二次イオン像（ＴＩＭ像）とし
て観察される。またセクタ磁場１３を通過した二次イオ
ン１６は特定イオンとしても検出され、この場合もＣＲ
Ｔ２０の輝度変調信号として特定元素像を形成する。
走査に使用される。一次イオンビーム１５の照射により
試料１９の表面から放出された二次イオン１６はセクタ
電場１１で偏向とエネルギ分離が行われ、その中心部は
ＴＩＭ１２のスリットを通りセクタ磁場１３に導かれ、
質量分離後、検出される。一方、ＴＩＭ１２のスリット
孔周辺に流入した二次イオン１６は、全二次イオン電流
としてＴＩＭ１２で検出され、その出力はＣＲＴ２０の
輝度変調信号となり、全二次イオン像（ＴＩＭ像）とし
て観察される。またセクタ磁場１３を通過した二次イオ
ン１６は特定イオンとしても検出され、この場合もＣＲ
Ｔ２０の輝度変調信号として特定元素像を形成する。
【００１５】上記システムで形成されるイオン像の分析
感度及び像質は、一義的には、二次イオン放出率、すな
わち二次イオン化率に依存する。本発明による二次イオ
ン質量分析装置では、上記構成に基づき、二次イオン化
率の向上した次の２つの二次イオン質量分析法を行うこ
とができる。
感度及び像質は、一義的には、二次イオン放出率、すな
わち二次イオン化率に依存する。本発明による二次イオ
ン質量分析装置では、上記構成に基づき、二次イオン化
率の向上した次の２つの二次イオン質量分析法を行うこ
とができる。
【００１６】先ず、陰性元素のイオン像の高感度分析と
像質改善について説明する。ＧａＡｓウェハー上のＩＣ
パターンの元素のイオン像観察に、本発明による二次イ
オン質量分析法を適用した例を説明する。試料はＡｕ配
線をしたＩＣパターンであり、ＧａＡｓとＡｕとの間の
オーミックコンタクトを取る目的で、Ａｕ中にＧｅやＮ
ｉ等の不純物が含まれている。ＩＣパターンはサブミク
ロンの寸法で製作されており、極微少領域の観察にとっ
て細束イオンビームを生成するＧａ液体金属イオン源３
を使用することが必須の条件である。しかしこの場合、
Ｇａ+ イオンビームの属性として、分析対象であるＡ
ｕ，Ａｓ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｎｉのうち、Ｇａ以外は二次イ
オン化率が著しく低く、良好なイオン像が得られないこ
とが分かっている。
像質改善について説明する。ＧａＡｓウェハー上のＩＣ
パターンの元素のイオン像観察に、本発明による二次イ
オン質量分析法を適用した例を説明する。試料はＡｕ配
線をしたＩＣパターンであり、ＧａＡｓとＡｕとの間の
オーミックコンタクトを取る目的で、Ａｕ中にＧｅやＮ
ｉ等の不純物が含まれている。ＩＣパターンはサブミク
ロンの寸法で製作されており、極微少領域の観察にとっ
て細束イオンビームを生成するＧａ液体金属イオン源３
を使用することが必須の条件である。しかしこの場合、
Ｇａ+ イオンビームの属性として、分析対象であるＡ
ｕ，Ａｓ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｎｉのうち、Ｇａ以外は二次イ
オン化率が著しく低く、良好なイオン像が得られないこ
とが分かっている。
【００１７】そこで図１に示した二次イオン質量分析装
置の構成に基づき、最初にＣｓイオン源２から引き出し
たＣｓ+ イオンビームで試料１９の表面の分析領域を走
査してＣｓを試料の表面に注入する。これにより試料１
９の表面は、前記作用の項で述べた通り、分析前に、二
次イオン化率が向上するように仕事関数等の電子構造因
子を変化させられる。次に、Ｃｓ+ イオンビームを遮断
し、Ｇａ液体金属イオン源３からの細束のＧａ+ イオン
ビームで試料１９の表面を走査する。これにより、サブ
ミクロンの微少領域について、前述の各元素の二次イオ
ン像を高感度で観察する。
置の構成に基づき、最初にＣｓイオン源２から引き出し
たＣｓ+ イオンビームで試料１９の表面の分析領域を走
査してＣｓを試料の表面に注入する。これにより試料１
９の表面は、前記作用の項で述べた通り、分析前に、二
次イオン化率が向上するように仕事関数等の電子構造因
子を変化させられる。次に、Ｃｓ+ イオンビームを遮断
し、Ｇａ液体金属イオン源３からの細束のＧａ+ イオン
ビームで試料１９の表面を走査する。これにより、サブ
ミクロンの微少領域について、前述の各元素の二次イオ
ン像を高感度で観察する。
【００１８】図２に元素像の一例としてＡｕのイオン像
を示す。図２（ａ）はＣｓイオン注入前のＡｕのイオン
像であり、図２（ｂ）はＣｓイオン注入後のＡｕのイオ
ン像である。白い部分がＡｕ分布を示しており、本発明
による分析法を適用した図２（ｂ）ではＡｕの配線パタ
ーンが明瞭なコントラストとして観察される。更に、両
者のＡｕイオン像のコントラストの定量的評価として、
ＳＩＭＳにおけるＡｕイオン信号強度の測定結果より、
従来技法の図２（ａ）に対して、本発明のよる分析法を
採用した図２（ｂ）は、約１００倍の明るさがあること
が実証された。上記の実施例ではＡｕのみの実験結果を
説明したが、このような顕著な効果は、Ａｓ及びＧｅの
イオン像でも観察された。
を示す。図２（ａ）はＣｓイオン注入前のＡｕのイオン
像であり、図２（ｂ）はＣｓイオン注入後のＡｕのイオ
ン像である。白い部分がＡｕ分布を示しており、本発明
による分析法を適用した図２（ｂ）ではＡｕの配線パタ
ーンが明瞭なコントラストとして観察される。更に、両
者のＡｕイオン像のコントラストの定量的評価として、
ＳＩＭＳにおけるＡｕイオン信号強度の測定結果より、
従来技法の図２（ａ）に対して、本発明のよる分析法を
採用した図２（ｂ）は、約１００倍の明るさがあること
が実証された。上記の実施例ではＡｕのみの実験結果を
説明したが、このような顕著な効果は、Ａｓ及びＧｅの
イオン像でも観察された。
【００１９】上記実施例により、ＧａＡｓウェハー上の
Ａｕ配線パターンに増感元素であるＣｓを前処理として
試料１９の表面にイオン注入することで、Ｇａ液体金属
イオン源で従来鮮明に観察できなかったＡｕのイオン像
が、鮮明に観察でき、更にイオン像の分解能が数μｍか
ら０．１μｍ以下に向上するという効果がある。
Ａｕ配線パターンに増感元素であるＣｓを前処理として
試料１９の表面にイオン注入することで、Ｇａ液体金属
イオン源で従来鮮明に観察できなかったＡｕのイオン像
が、鮮明に観察でき、更にイオン像の分解能が数μｍか
ら０．１μｍ以下に向上するという効果がある。
【００２０】前述した陰性元素のイオン像の高感度分析
と像質改善の場合と同様に、本発明に係る二次イオン質
量分析法を適用して陽性元素のイオン像の高感度分析と
像質改善を行うことができる。この場合には、Ｏ2 イオ
ン源１から生成した、例えばＯ2 + イオンビームを試料
１９の表面に増感元素として注入し、その後に前記実施
例の場合と同様にＧａ液体金属イオン源３から放射され
る細束イオンビームを試料表面の微少領域に照射する。
こうして、陽性元素についても検討した結果、陰性元素
の場合と同じく、陽性元素のイオン像の高感度分析及び
像質改善について同様な効果が得られた。
と像質改善の場合と同様に、本発明に係る二次イオン質
量分析法を適用して陽性元素のイオン像の高感度分析と
像質改善を行うことができる。この場合には、Ｏ2 イオ
ン源１から生成した、例えばＯ2 + イオンビームを試料
１９の表面に増感元素として注入し、その後に前記実施
例の場合と同様にＧａ液体金属イオン源３から放射され
る細束イオンビームを試料表面の微少領域に照射する。
こうして、陽性元素についても検討した結果、陰性元素
の場合と同じく、陽性元素のイオン像の高感度分析及び
像質改善について同様な効果が得られた。
【００２１】本発明に係る二次イオン質量分析法では、
前処理として、Ｏ2イオン源１又はＣｓイオン源２のう
ちいずれかが放射するイオンビームを選択して試料の表
面に注入することにより、陽性元素及び陰性元素の両方
について高感度の分析を行うことが可能となる。すなわ
ち、周期律表におけるすべての元素の高感度分析が可能
となる。Ｏ2 イオン源１の生成するイオンビームとＣｓ
イオン源２の生成するイオンビームのうちいずれかを選
択するための切替動作は、分析対象に応じて、操作者に
より任意に、又は機械的に自動的に行われる。
前処理として、Ｏ2イオン源１又はＣｓイオン源２のう
ちいずれかが放射するイオンビームを選択して試料の表
面に注入することにより、陽性元素及び陰性元素の両方
について高感度の分析を行うことが可能となる。すなわ
ち、周期律表におけるすべての元素の高感度分析が可能
となる。Ｏ2 イオン源１の生成するイオンビームとＣｓ
イオン源２の生成するイオンビームのうちいずれかを選
択するための切替動作は、分析対象に応じて、操作者に
より任意に、又は機械的に自動的に行われる。
【００２２】また一次イオン質量分離器４を設けたた
め、不純物を除いて特定のイオン種のみを注入でき、こ
れによって、分析精度を顕著に向上させることができ
る。
め、不純物を除いて特定のイオン種のみを注入でき、こ
れによって、分析精度を顕著に向上させることができ
る。
【００２３】更に、３つのイオン源１，２，３に対して
共通の一次イオン光学系を設け、これによって同一の経
路を通過するように構成されているため、試料表面おけ
る照射箇所が同一のとなり、特に増感元素を注入する箇
所の位置決めを容易に行うことができる。従って、二次
イオン質量分析法における測定時間を顕著に短縮するこ
とができる。
共通の一次イオン光学系を設け、これによって同一の経
路を通過するように構成されているため、試料表面おけ
る照射箇所が同一のとなり、特に増感元素を注入する箇
所の位置決めを容易に行うことができる。従って、二次
イオン質量分析法における測定時間を顕著に短縮するこ
とができる。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、プラズマ型イオン源と表面電離型イオン源を設
け、分析前に陰性元素及び陽性元素の増感元素を試料表
面にイオン注入することができるので、陽性及び陰性の
全元素について、従来、検出感度が低くイオン像観察が
不可能である場合にも、約１００倍の高感度でイオン像
の観察ができる。また分析用のイオンビームとしてＧａ
液体金属イオン源の生成するイオンビームを用いるの
で、サブミクロンの微少領域の分析を行うことができ
る。更に分析の高感度化により、分析用イオンビームの
細束化が可能になり、像分解能を数μｍから０．１μｍ
以下に向上できる。
よれば、プラズマ型イオン源と表面電離型イオン源を設
け、分析前に陰性元素及び陽性元素の増感元素を試料表
面にイオン注入することができるので、陽性及び陰性の
全元素について、従来、検出感度が低くイオン像観察が
不可能である場合にも、約１００倍の高感度でイオン像
の観察ができる。また分析用のイオンビームとしてＧａ
液体金属イオン源の生成するイオンビームを用いるの
で、サブミクロンの微少領域の分析を行うことができ
る。更に分析の高感度化により、分析用イオンビームの
細束化が可能になり、像分解能を数μｍから０．１μｍ
以下に向上できる。
【００２５】また不純物が混入することがなく、分析精
度を高めることができ、更に一次イオン光学系を共通と
することにより、増感元素の注入箇所の決定を容易化
し、測定時間を短縮することができる。
度を高めることができ、更に一次イオン光学系を共通と
することにより、増感元素の注入箇所の決定を容易化
し、測定時間を短縮することができる。
【図１】本発明に係る二次イオン質量分析装置の概略図
である。
である。
【図２】ＧａＡｓウェハー上のＡｕ配線パターンのＡｕ
イオン像を示す図であり、（ａ）は試料表面にＣｓをイ
オン注入する前のＡｕのイオン像、（ｂ）は試料表面に
Ｃｓをイオン注入した後のＡｕのイオン像を示す図であ
る。
イオン像を示す図であり、（ａ）は試料表面にＣｓをイ
オン注入する前のＡｕのイオン像、（ｂ）は試料表面に
Ｃｓをイオン注入した後のＡｕのイオン像を示す図であ
る。
１ デュオプラズマトロンＯ2 イオン源 ２ 表面電離型Ｃｓイオン源 ３ Ｇａ液体金属イオン源 ４ 一次イオン質量分離器 ５ 質量分離スリット ６ コンデンサレンズ ７ 偏向電極 ８ 対物レンズ ９ 試料室 １０ 二次イオン引き出し系 １５ 一次イオンビーム １６ 二次イオン １９ 試料 ２０ ＣＲＴ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 住谷 弘幸 茨城県勝田市市毛882番地 日立計測エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 稲村 明美 茨城県勝田市市毛882番地 日立計測エ ンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−38440（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−94140（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−16160（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−94159（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】 二次イオン質量分析法において、プラズ
マ型イオン源が生成する陰性元素のイオンビームと表面
電離型イオン源が生成する陽性元素のイオンビームのう
ちいずれか一方を選択して試料表面に増感元素として注
入し、その後に液体金属イオン源から分析用細束イオン
ビームを引出し、引出された分析用細束イオンビームの
経路を前記プラズマ型イオン源と前記表面電離型イオン
源のそれぞれから出射された各イオンビームの経路の交
差位置の下流側で交差させ、この細束イオンビームを、
前記の各イオンビームが注入された前記試料表面の微小
領域に照射することを特徴とする二次イオン質量分析
法。 - 【請求項２】 請求項１記載の二次イオン質量分析法に
おいて、注入用の前記陰性元素としてＯ2 + ，Ｏ- ，Ｃ
ｌ- ，Ｎ2 + ，Ｎ+ ，Ｉ- のうちのいずれか１つを使用
し、前記陽性元素としてＣｓ+ ，Ｌｉ+ ，Ｎａ+ ，Ｋ
+ ，Ｒｂ+ のうちのいずれか１つを使用することを特徴
とした二次イオン質量分析法。 - 【請求項３】 請求項１記載の二次イオン質量分析法に
おいて、陰性元素の前記イオンビーム及び陽性元素の前
記イオンビームと、分析用の前記細束イオンビームと
は、同一経路を通って任意な同一領域に注入されること
を特徴とする二次イオン質量分析法。 - 【請求項４】 陰性元素のイオンビームを生成するプラ
ズマ型イオン源と、陽性元素のイオンビームを生成する
表面電離型イオン源と、分析用の細束イオンビームを生
成するとともに、この細束イオンビームの経路が前記プ
ラズマ型イオン源と前記表面電離型イオン源のそれぞれ
から出射された各イオンビームの経路の交差位置の下流
側で交差するように配置された液体金属イオン源と、前
記プラズマ型イオン源と前記表面電離型イオン源と前記
液体金属イオン源のそれぞれが生成するイオンビームを
同一経路で試料表面に導くガイド装置とを備え、前記陰
性元素と前記陽性元素のイオンビームのうちいずれか一
方を選択して試料表面に増感元素として注入し、その後
に前記細束イオンビームを、前記各イオンビームが注入
された前記試料表面の微小領域に照射するように構成し
たことを特徴とする二次イオン質量分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3200289A JP2544034B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 二次イオン質量分析法及び二次イオン質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3200289A JP2544034B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 二次イオン質量分析法及び二次イオン質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545309A JPH0545309A (ja) | 1993-02-23 |
| JP2544034B2 true JP2544034B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=16421841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3200289A Expired - Lifetime JP2544034B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 二次イオン質量分析法及び二次イオン質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2544034B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4864336B2 (ja) * | 2005-03-18 | 2012-02-01 | 富士通株式会社 | 深さ方向元素分布測定方法 |
| JP4726003B2 (ja) * | 2006-03-24 | 2011-07-20 | 富士通株式会社 | 深さ方向元素分析方法 |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP3200289A patent/JP2544034B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0545309A (ja) | 1993-02-23 |
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