JP2963439B2 - 二次イオン質量分析器及び二次イオン質量分析方法 - Google Patents
二次イオン質量分析器及び二次イオン質量分析方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料の表面の所望
の場所に一次イオンビームを入射並びに収束させるため
の一次イオン源と、試料から射出される二次イオンが入
射する二次イオン光学系と、質量分析器と、二次イオン
のための検出器とを具備する、試料を分析するための二
次イオン質量分析器、及び、一次イオン源から射出され
た一次イオンが解析される固体試料上に収束され、この
固体試料から射出された二次イオンが二次イオン光学系
に入射して質量分析器で解析される二次イオン質量分析
方法に関する。
の場所に一次イオンビームを入射並びに収束させるため
の一次イオン源と、試料から射出される二次イオンが入
射する二次イオン光学系と、質量分析器と、二次イオン
のための検出器とを具備する、試料を分析するための二
次イオン質量分析器、及び、一次イオン源から射出され
た一次イオンが解析される固体試料上に収束され、この
固体試料から射出された二次イオンが二次イオン光学系
に入射して質量分析器で解析される二次イオン質量分析
方法に関する。
【０００２】
【従来技術】二次イオン質量分析器を利用する顕著な分
野は、マイクロエレクトロニクスでの不純物がドープさ
れた半導体の表面並びに深さの解析である。半導体試料
の深さにおける特定のドーパントの所定の濃度プロフィ
ールを設定することは、半導体材料から製造される装置
の適当な機能を決定するのに重要である。ドーパントの
プロフィールの感知においては非常に高精度かつ再現性
が固体の解析のためには要求されている。試料の異なる
場所での同じドーパントのプロフィールは、解析におい
て同じ信号特性になる。
野は、マイクロエレクトロニクスでの不純物がドープさ
れた半導体の表面並びに深さの解析である。半導体試料
の深さにおける特定のドーパントの所定の濃度プロフィ
ールを設定することは、半導体材料から製造される装置
の適当な機能を決定するのに重要である。ドーパントの
プロフィールの感知においては非常に高精度かつ再現性
が固体の解析のためには要求されている。試料の異なる
場所での同じドーパントのプロフィールは、解析におい
て同じ信号特性になる。
【０００３】二次イオン質量分析法における解析の原理
並びにこれに関連する装置は、しかし、異なるポテンシ
ャル状態にされる試料の異なる場所を度々必要とする。
特に、半導体試料の縁の領域は、縁で変化する二次イオ
ンのための外部光学系の電界の方向並びに強度によっ
て、内方の領域とは一般に異なる。二次イオン光学系の
透過率が試料台での不規則性となる試料台の移動により
乱されるか、試料の縁が分析中に二次イオン光学系の視
野に入る。しかし、二次イオン光学系と試料との間の全
領域での電界は、外部光学系の入口開口への試料からの
二次イオンの移動を促進させる。
並びにこれに関連する装置は、しかし、異なるポテンシ
ャル状態にされる試料の異なる場所を度々必要とする。
特に、半導体試料の縁の領域は、縁で変化する二次イオ
ンのための外部光学系の電界の方向並びに強度によっ
て、内方の領域とは一般に異なる。二次イオン光学系の
透過率が試料台での不規則性となる試料台の移動により
乱されるか、試料の縁が分析中に二次イオン光学系の視
野に入る。しかし、二次イオン光学系と試料との間の全
領域での電界は、外部光学系の入口開口への試料からの
二次イオンの移動を促進させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この結果、解析される
ドーパントのプロフィールが試料の中心と縁との両場所
で同じであっても、解析は試料の中心で特になされ、均
一にドープされた半導体の縁では異なった結果となる。
ドーパントのプロフィールが試料の中心と縁との両場所
で同じであっても、解析は試料の中心で特になされ、均
一にドープされた半導体の縁では異なった結果となる。
【０００５】従って、本発明の目的は、解析される場所
の幾何学的環境に関係無く試料の解析が可能な二次イオ
ン質量分析器並びに分析方法を提供することである。
の幾何学的環境に関係無く試料の解析が可能な二次イオ
ン質量分析器並びに分析方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的は、一次イオン
と二次イオンとを通す開口を有し、分析される試料の表
面の近くに配設され、この試料の表面に対して横方向に
相対的に変位可能であり、二次イオン光学系の一部を構
成しない平坦なマスクを具備し、このマスクの外ディメ
ンションは、二次イオン光学系の視野よりも大きいこと
を特徴とする二次イオン質量分析器、及び、固体試料の
表面に近接してマスクが配置され、このマスクは一次イ
オンと二次イオンとを通す開口を有し、固体試料の解析
される場所が、試料に関係するようなイオン光学状態を
変化させないで、固体試料を横方向に動かすことにより
配置されたマスクで選定されることを特徴とする質量分
析方法により、達成される。効果的な実施の形態は、従
属請求項に規定されている。
と二次イオンとを通す開口を有し、分析される試料の表
面の近くに配設され、この試料の表面に対して横方向に
相対的に変位可能であり、二次イオン光学系の一部を構
成しない平坦なマスクを具備し、このマスクの外ディメ
ンションは、二次イオン光学系の視野よりも大きいこと
を特徴とする二次イオン質量分析器、及び、固体試料の
表面に近接してマスクが配置され、このマスクは一次イ
オンと二次イオンとを通す開口を有し、固体試料の解析
される場所が、試料に関係するようなイオン光学状態を
変化させないで、固体試料を横方向に動かすことにより
配置されたマスクで選定されることを特徴とする質量分
析方法により、達成される。効果的な実施の形態は、従
属請求項に規定されている。
【０００７】本発明に係わる二次イオン質量分析器にお
いては、開口マスクは、解析される試料とは非常に近接
されるが、離間するようにして配設されている。一次イ
オンと二次イオンとはマスクの開口を通る。解析される
試料の場所は、一時的に配置されるか固定されたマスク
の下で、固体試料を横方向に移動させることにより得ら
れる。即ち、二次イオン光学系が、マスクの開口を通し
て試料もしくは試料上の解析される場所を“見る”こと
ができる。ここで、“見る”とは、二次イオンが二次イ
オン光学系に入射可能であることを称する。試料とマス
クとの間の距離は、非常に短く、即ち、２ｍｍ以下のオ
ーダである。かくして、開口マスクは、虚（バイラチャ
ル）サンプルマスクと呼ばれる。かくしてマスクは、電
界のいかなる歪みも生じないように、イオン光学的に固
体試料の縁の領域の影響をシールドする。従って、試料
の移動において、電位の状態、かくして、二次イオンの
透過率も一定となり、この結果、解析される場所が試料
の縁であろうとも試料のほぼ真ん中であろうとも関係無
く解析ができる。
いては、開口マスクは、解析される試料とは非常に近接
されるが、離間するようにして配設されている。一次イ
オンと二次イオンとはマスクの開口を通る。解析される
試料の場所は、一時的に配置されるか固定されたマスク
の下で、固体試料を横方向に移動させることにより得ら
れる。即ち、二次イオン光学系が、マスクの開口を通し
て試料もしくは試料上の解析される場所を“見る”こと
ができる。ここで、“見る”とは、二次イオンが二次イ
オン光学系に入射可能であることを称する。試料とマス
クとの間の距離は、非常に短く、即ち、２ｍｍ以下のオ
ーダである。かくして、開口マスクは、虚（バイラチャ
ル）サンプルマスクと呼ばれる。かくしてマスクは、電
界のいかなる歪みも生じないように、イオン光学的に固
体試料の縁の領域の影響をシールドする。従って、試料
の移動において、電位の状態、かくして、二次イオンの
透過率も一定となり、この結果、解析される場所が試料
の縁であろうとも試料のほぼ真ん中であろうとも関係無
く解析ができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１（ａ）には、本発明の第１の
実施の形態の断面図が概略的に（本当の寸法ではなく）
示されている。
実施の形態の断面図が概略的に（本当の寸法ではなく）
示されている。
【０００９】例えば、半導体のようなソリッド・スティ
ト体（固体本体）の解析される試料１は、試料台２上に
配置され、支持されている。一次イオン源４からの一次
イオンビーム４Ａが試料の表面に収束されている。そし
て、試料の表面から射出された二次イオンビーム５Ａ
は、概略的に示された二次イオン光学系５により見ら
れ、質量分析器並びにこれに接続された検出器により解
析される。
ト体（固体本体）の解析される試料１は、試料台２上に
配置され、支持されている。一次イオン源４からの一次
イオンビーム４Ａが試料の表面に収束されている。そし
て、試料の表面から射出された二次イオンビーム５Ａ
は、概略的に示された二次イオン光学系５により見ら
れ、質量分析器並びにこれに接続された検出器により解
析される。
【００１０】試料１の上方には、一次イオンビーム４Ａ
と二次イオンビーム５Ａとを通す開口３Ａを備えた開口
マスク３が配置されている。この開口は、好ましくは円
形であり、数ｍｍないし数ｃｍの範囲の直径を有する。
マスク３の外側のディメンションは、二次イオン光学系
の視野よりも大きい。即ち、例えば、試料並びに試料台
の縁の領域、もしくは二次イオン光学系に対する試料台
の幾何学的変化により生じるような時間並びに空間での
電界の分布の変化は、マスクによるシールド効果により
二次イオン光学系の電界に影響を与えない。試料に対す
る二次イオン光学系の視野は、開口３Ａの領域に、本発
明に係わる配置により制限される。
と二次イオンビーム５Ａとを通す開口３Ａを備えた開口
マスク３が配置されている。この開口は、好ましくは円
形であり、数ｍｍないし数ｃｍの範囲の直径を有する。
マスク３の外側のディメンションは、二次イオン光学系
の視野よりも大きい。即ち、例えば、試料並びに試料台
の縁の領域、もしくは二次イオン光学系に対する試料台
の幾何学的変化により生じるような時間並びに空間での
電界の分布の変化は、マスクによるシールド効果により
二次イオン光学系の電界に影響を与えない。試料に対す
る二次イオン光学系の視野は、開口３Ａの領域に、本発
明に係わる配置により制限される。
【００１１】マスク、即ち、特に、マスクの開口は、非
常に僅か、好ましくは、２ｍｍ以下、さらに好ましく
は、１ｍｍ以下で試料から離れるように配置されてい
る。かくして、マスクはサンプルのほとんど一部とな
り、かくして、バーチャルサンプルマスクと称される。
常に僅か、好ましくは、２ｍｍ以下、さらに好ましく
は、１ｍｍ以下で試料から離れるように配置されてい
る。かくして、マスクはサンプルのほとんど一部とな
り、かくして、バーチャルサンプルマスクと称される。
【００１２】交流もしくは直流電源６により、マスクに
は電位が与えられている。このことは、二次イオン光学
系の透過率にとって、かくして、例えば深さプロフィー
ル解析の質にとって有効である。マスクの電位は、試料
の電位と同じでも、また異なっていても良い。モジュー
ル技術への適用のためには、時間に関連した電位がマス
クに与えられ得る。
は電位が与えられている。このことは、二次イオン光学
系の透過率にとって、かくして、例えば深さプロフィー
ル解析の質にとって有効である。マスクの電位は、試料
の電位と同じでも、また異なっていても良い。モジュー
ル技術への適用のためには、時間に関連した電位がマス
クに与えられ得る。
【００１３】マスク３の下で試料１を横方向に移動させ
ることにより、試料の所望の位置が選定される。マスク
３に所定の電圧を印加することにより、特に高い二次イ
オン透過率並びに／もしくは特に低い縁影響が達成され
得る。
ることにより、試料の所望の位置が選定される。マスク
３に所定の電圧を印加することにより、特に高い二次イ
オン透過率並びに／もしくは特に低い縁影響が達成され
得る。
【００１４】図１（ｂ）に、図１（ａ）に示す配置値の
平面図が示されている。固体試料１は、解析される場所
を選定するために、３次元的な位置で固定されたマスク
３に対して横方向に移動される。この試料１は、試料の
表面からの開口までの一定の間隔を確保するように、マ
スク３に対して垂直に調整され得る。
平面図が示されている。固体試料１は、解析される場所
を選定するために、３次元的な位置で固定されたマスク
３に対して横方向に移動される。この試料１は、試料の
表面からの開口までの一定の間隔を確保するように、マ
スク３に対して垂直に調整され得る。
【００１５】この開口マスク３は、図１（ａ）では平坦
なように示されている。しかし、この開口マスク３は、
本発明の本質である二次イオン光学系の視野の制限が、
視野の残りの領域をシールドするようにして開口３Ａの
領域に達成されるのであれば、理論的には、他の所望の
形状をしていても良い。
なように示されている。しかし、この開口マスク３は、
本発明の本質である二次イオン光学系の視野の制限が、
視野の残りの領域をシールドするようにして開口３Ａの
領域に達成されるのであれば、理論的には、他の所望の
形状をしていても良い。
【００１６】図２に、本発明の第２の実施の形態に係わ
るマスクの配設が拡大した断面図で示されている。
るマスクの配設が拡大した断面図で示されている。
【００１７】マスク３の開口３Ａは、好ましくは円形断
面を有する。マスク３の上部において、開口３Ａの直径
はマスク３の上面から解析される試料としてのウエハ１
に向かうのに従って除々に小さくなっていることが理解
できよう。そして、マスク３の下部において、開口３Ａ
は、リング形状の接触装置３Ｂを中に受ける凹部を有す
る。この接触装置３Ｂは、電気的に導電体であり、かく
して、マスク３とウエハ１との連続した電気的接触を果
たす。また、この接触装置３Ｂは、好ましくは、柔らか
い材料で形成されている。この接触装置は、マスク３の
凹部中にしっかりと取着されており、前面で試料の面と
接触している。
面を有する。マスク３の上部において、開口３Ａの直径
はマスク３の上面から解析される試料としてのウエハ１
に向かうのに従って除々に小さくなっていることが理解
できよう。そして、マスク３の下部において、開口３Ａ
は、リング形状の接触装置３Ｂを中に受ける凹部を有す
る。この接触装置３Ｂは、電気的に導電体であり、かく
して、マスク３とウエハ１との連続した電気的接触を果
たす。また、この接触装置３Ｂは、好ましくは、柔らか
い材料で形成されている。この接触装置は、マスク３の
凹部中にしっかりと取着されており、前面で試料の面と
接触している。
【００１８】前記接触装置３Ｂは、マスク３とウエハ１
との間の電位の連続した均衡化を果たす。ウエハ１の電
気的なチャージがかくして防止されている。
との間の電位の連続した均衡化を果たす。ウエハ１の電
気的なチャージがかくして防止されている。
【００１９】勿論、前記接触装置３Ｂは、図２に示すの
とは異なった形状でも良い。
とは異なった形状でも良い。
【図１】図１は、本発明に係わる二次イオン質量分析器
の第１の実施の形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は
平面図である。
の第１の実施の形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は
平面図である。
【図２】図２は、本発明の二次イオン質量分析器の第２
の実施の形態に係わるマスクは位置を示す拡大断面図で
ある。
の実施の形態に係わるマスクは位置を示す拡大断面図で
ある。
１…試料（ウエハ）、３…開口マスク、３Ａ…開口、４
Ａ…一次イオンビーム、５…二次イオン光学系、５Ａ…
二次イオンビーム、６…電源。
Ａ…一次イオンビーム、５…二次イオン光学系、５Ａ…
二次イオンビーム、６…電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−251035（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−184748（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−180361（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭61−58941（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4748325（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 23/225 H01J 37/252 H01J 37/20 H01J 40/00 - 49/48 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (9)
- 【請求項１】 試料（１）の表面の所望の場所に一次イ
オンビーム（４Ａ）を入射並びに収束させるための一次
イオン源（４）と、試料（１）から射出される二次イオ
ンが入射する二次イオン光学系（５）と、質量分析器
と、二次イオンのための検出器とを具備する、試料
（１）を分析するための二次イオン質量分析器におい
て、 前記一次イオンと二次イオンとの両方を通す１つの開口
（３Ａ）を有し、分析される試料（１）の表面に非常に
近接して配設され、この試料の表面に対して横方向に相
対的に変位可能であり、前記二次イオン光学系の一部を
構成しない平坦なマスク（３）をさらに具備し、このマ
スク（３）の外ディメンションは、二次イオン光学系
（５）の視野よりも大きいことを特徴とする二次イオン
質量分析器。 - 【請求項２】 前記マスク（３）と試料（１）との間の
距離は２ｍｍ以下、であることを特徴とする請求項１の
二次イオン質量分析器。 - 【請求項３】 前記マスク（３）と試料（１）との間の
距離は、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２の
二次イオン質量分析器。 - 【請求項４】 前記マスク（３）に電圧を印加するため
の直流もしくは交流電源（６）を具備することを特徴と
する請求項１，２，もしくは３の二次イオン質量分析
器。 - 【請求項５】 前記マスク（３）と試料（１）とを電気
的に接触させるための接触装置（３ｂ）をさらに具備す
ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１の二
次イオン質量分析器。 - 【請求項６】 一次イオン源から射出された一次イオン
が解析される固体試料上に収束され、この固体試料から
射出された二次イオンが二次イオン光学系に入射して質
量分析器で解析される二次イオン質量分析方法におい
て、 前記固体試料の表面に非常に近接して平坦なマスクが配
置され、このマスクは前記一次イオンと二次イオンとの
両方を通す開口を有し、固体試料の解析される場所が、
試料に関係するようなイオン光学状態を変化させない
で、固体試料を横方向に動かすことにより配置されたマ
スクで選定されることを特徴とする質量分析方法。 - 【請求項７】 前記マスク（３）と試料（１）との間の
距離は２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下であることを
特徴とする請求項６の質量分析方法。 - 【請求項８】 前記マスク（３）と試料（１）との間の
距離は、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７の
質量分析方法。 - 【請求項９】 前記マスク（３）には、直流もしくは交
流電圧が印加されることを特徴とする請求項７もしくは
８の質量分析方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19724265.0 | 1997-06-09 | ||
| DE19724265A DE19724265A1 (de) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | Sekundärionen-Massenspektrometer mit Lochmaske |
| US09/076,936 US6078045A (en) | 1997-06-09 | 1998-05-13 | Process for analysis of a sample |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1172451A JPH1172451A (ja) | 1999-03-16 |
| JP2963439B2 true JP2963439B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=26037283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10160608A Expired - Fee Related JP2963439B2 (ja) | 1997-06-09 | 1998-06-09 | 二次イオン質量分析器及び二次イオン質量分析方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6078045A (ja) |
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