JP5807442B2 - Secondary ion mass spectrometry method - Google Patents

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Description

本発明は、二次イオン質量分析方法に関する。   The present invention relates to a secondary ion mass spectrometry method.

二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)は、試料表面に一次イオンビームを照射し、試料表面から放出される二次イオンの質量分析をする元素分析法であり、試料表面の元素濃度を二次イオン強度として検出する。この二次イオン質量分析法では、一次イオンビームの照射により試料表面がミリングされて照射時間の経過とともに削除されるため、試料表面の深さ方向の元素濃度分布を知ることができる。   Secondary ion mass spectrometry (SIMS) is an elemental analysis method in which a sample surface is irradiated with a primary ion beam to perform mass analysis of secondary ions emitted from the sample surface. The concentration is detected as secondary ion intensity. In this secondary ion mass spectrometry, the sample surface is milled by the irradiation of the primary ion beam and is deleted as the irradiation time elapses, so that the element concentration distribution in the depth direction of the sample surface can be known.

一次イオンビームに照射された試料表面は、ミリングされて平坦な底面を有する凹部が形成される。深さ方向の元素濃度の分析は、この凹部底面から放出される二次イオンを検出することでなされる。しかし、一次イオンビームを急峻なビームに収束することは難しく、ビームのイオン強度分布は拡散している。その結果、凹部の周縁部はなだらかな傾斜面に形成される。この傾斜面には深さの異なる層が露出するので、これら深さが異なる層から放出される二次イオンが、凹部底面から放出される二次イオンと混じって観測され、深さ方向の分素濃度分布を不鮮明にするエッジ効果を生ずる。このようなエッジ効果は、不純物分布の深さ方向の分解能を劣化させる。   The sample surface irradiated with the primary ion beam is milled to form a recess having a flat bottom surface. The analysis of the element concentration in the depth direction is performed by detecting secondary ions released from the bottom of the recess. However, it is difficult to converge the primary ion beam into a steep beam, and the ion intensity distribution of the beam is diffused. As a result, the peripheral edge of the recess is formed on a gentle inclined surface. Since layers with different depths are exposed on this inclined surface, secondary ions emitted from the layers with different depths are observed mixed with secondary ions emitted from the bottom of the recess, and are separated in the depth direction. An edge effect that blurs the elementary density distribution is produced. Such an edge effect deteriorates the resolution in the depth direction of the impurity distribution.

かかるエッジ効果を回避する方法として、一次イオンビームを試料表面に設定された走査線に沿って走査し、一次イオンビームが凹部の中央部を走査する時に放射される二次イオンを選択的に検出する方法が知られている。例えば、一次イオンビームが凹部中央部を走査する時間に同期して、引き出し電極と試料間にパルス電圧を印加し、この時間のみ二次イオンを質量分析器に取り込むエレクトリックゲート法がある。この方法では、一次イオンビームが凹部周縁部を照射する間は二次イオンを検出しないので、凹部周縁部から放出される二次イオンの混入が回避され、エッジ効果を防止することができる。   As a method of avoiding the edge effect, the primary ion beam is scanned along the scanning line set on the sample surface, and the secondary ions emitted when the primary ion beam scans the central portion of the recess are selectively detected. How to do is known. For example, there is an electric gate method in which a pulse voltage is applied between the extraction electrode and the sample in synchronization with the time when the primary ion beam scans the center of the recess, and the secondary ions are taken into the mass analyzer only during this time. In this method, since the secondary ions are not detected while the primary ion beam irradiates the peripheral edge of the recess, mixing of secondary ions emitted from the peripheral edge of the recess is avoided, and the edge effect can be prevented.

さらに、エッジ効果を回避する方法として、凹部周縁部に予め溝を形成し、凹部中央部をメサ状に残すメサ法が使用される。このメサ法では、一次イオンビームが凹部中央部から凹部周縁部にはみ出て走査しても、深い溝が形成された凹部周縁部からの二次イオンの放出は抑制されるので、エッジ効果は抑制される。   Further, as a method for avoiding the edge effect, a mesa method is used in which a groove is formed in advance in the periphery of the recess and the center of the recess is left in a mesa shape. In this mesa method, even when the primary ion beam protrudes from the center of the recess to the periphery of the recess and scans, secondary ions are suppressed from being released from the periphery of the recess where the deep groove is formed. Is done.

特開2008−232838号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2008-232828 特開2010−054456号公報JP 2010-045456 A 特開2008−215847号公報JP 2008-215847 A

上述した二次イオン質量分析法では、感度を向上するために、一次イオンビームとして反応性の高い原子のイオンビーム、例えばセシウム又はリチウム等のアルカリ金属イオンのビームあるいは酸素イオンのビームがしばしば用いられる。   In the secondary ion mass spectrometry described above, in order to improve sensitivity, an ion beam of a highly reactive atom, for example, a beam of alkali metal ions such as cesium or lithium or a beam of oxygen ions is often used as the primary ion beam. .

しかし、これら反応性の高い原子は、試料の組成原子と容易に反応して、試料表面に試料の組成原子との化合物を形成する。化合物が形成されると試料の仕事関数が変化して試料表面から放出される二次イオン強度が変動する。このため、二次イオンの検出感度が大きく変動し、元素濃度分布の精密な測定が困難になる。とくに、アルカリ金属イオンは広い組成範囲の化合物を形成するから、化合物組成に応じて仕事関数も大きく変わり、検出される二次イオン量の変動幅も大きくなる。なお、酸素イオンを一次イオンとして用いた場合、化合物の酸素組成比はほぼ一定に、例えばシリコンの酸化物ではSiO2の組成比に保たれるので、このような組成比の変動に起因する二次イオンの検出感度の変化は小さく通常の測定では問題にならない。   However, these highly reactive atoms easily react with the sample composition atoms to form a compound with the sample composition atoms on the sample surface. When the compound is formed, the work function of the sample changes and the intensity of secondary ions released from the sample surface changes. For this reason, the detection sensitivity of the secondary ions varies greatly, making it difficult to accurately measure the element concentration distribution. In particular, since alkali metal ions form compounds in a wide composition range, the work function varies greatly depending on the compound composition, and the fluctuation range of the detected secondary ion amount also increases. Note that when oxygen ions are used as primary ions, the oxygen composition ratio of the compound is almost constant, for example, in the case of silicon oxide, the composition ratio of SiO 2 is maintained. Changes in the detection sensitivity of ions are small and do not cause a problem in normal measurement.

かかる化合物は、一次イオンの照射領域、即ち凹部の内部の他、照射領域の外側、とくに凹部周縁部に多く形成される。このうち、一次イオンビームにより走査される凹部底面では、一次イオンビームから供給される一次イオン量と試料表面から放出される一次イオン量とが平衡して、化合物の組成は一定の組成比に保持される。従って、凹部底面の化合物の生成は、検出感度の変動に影響しない。   A large amount of such a compound is formed in the primary ion irradiation region, that is, the inside of the recess, and the outside of the irradiation region, particularly in the periphery of the recess. Of these, at the bottom of the recess scanned by the primary ion beam, the amount of primary ions supplied from the primary ion beam and the amount of primary ions emitted from the sample surface are balanced, and the composition of the compound is maintained at a constant composition ratio. Is done. Therefore, the formation of the compound on the bottom surface of the recess does not affect the variation in detection sensitivity.

しかし、凹部の周縁部外側に形成される化合物は、一次イオンビームによる走査がなされないため一次イオンが累積し、化合物の一次イオンの組成比は時間とともに上昇する。この化合物の生成量および組成変化を定量的に把握することは難しく、その結果、二次イオンの検出感度が不安定になる。   However, since the compound formed outside the peripheral edge of the recess is not scanned with the primary ion beam, primary ions accumulate, and the composition ratio of the primary ions of the compound increases with time. It is difficult to quantitatively grasp the production amount and composition change of this compound, and as a result, the detection sensitivity of secondary ions becomes unstable.

メサ法においては、エッチングにより一次イオンの照射領域周辺に溝が形成されるため、エッジ効果の抑制と同時に、照射領域の周縁部外側への一次イオン化合物の形成を防止することができる。これは、一次イオン原子が、溝を超えて拡散することが妨げられるからである。   In the mesa method, a groove is formed around the primary ion irradiation region by etching, so that it is possible to prevent the formation of the primary ion compound outside the peripheral portion of the irradiation region while suppressing the edge effect. This is because the primary ion atoms are prevented from diffusing beyond the groove.

しかし、メサ法における溝を一次イオンビームを用いて形成したのでは、溝の形成の際に、溝の外側、即ち凹部の形成が予定される領域の周縁部外側へ一次イオンが飛散し、一次イオン化合物が形成されてしまう。かかる化合物の形成を防ぐため、溝は一次イオンビームを用いないエッチング法、例えば化学的エッチングまたは不活性ガスのイオンビームを用いたイオンミリングにより形成される。   However, when the groove in the mesa method is formed using the primary ion beam, when forming the groove, the primary ions are scattered outside the groove, that is, outside the peripheral edge of the region where the recess is to be formed. An ionic compound is formed. In order to prevent the formation of such a compound, the groove is formed by an etching method not using a primary ion beam, for example, chemical etching or ion milling using an ion beam of an inert gas.

このため、二次イオン質量分析装置に試料を搬入する以前に、化学的エッチング等を用いて試料に予め溝を形成しておく必要がある。または、二次イオン質量分析装置に試料を搬入した後、不活性ガスのイオンビームによるエッチングを行う必要がある。しかし、ホトリソグラフィ等を用いる化学的エッチングにより予め溝を形成するのは、試料の取り扱いが面倒なものになる。また、不活性ガスのイオンビームによるエッチングでは、二次イオン質量分析装置にさらに加工用のイオンビームガンを設けねばならず、装置が複雑かつ高価なものになる。   For this reason, before carrying a sample in a secondary ion mass spectrometer, it is necessary to form a groove in the sample in advance using chemical etching or the like. Alternatively, after carrying a sample into the secondary ion mass spectrometer, it is necessary to perform etching using an inert gas ion beam. However, forming the grooves in advance by chemical etching using photolithography or the like makes the handling of the sample troublesome. Further, in etching using an inert gas ion beam, a secondary ion mass spectrometer must be further provided with a processing ion beam gun, which makes the apparatus complicated and expensive.

本発明は、アルカリ金属を一次イオンビームとして用いる二次イオン質量分析方法において、試料に予め溝を形成したりあるいは溝加工用のイオンビームガンを用いることなく、一次イオンビームの走査領域の外側に形成される一次イオン原子の化合物の生成を防止して、精密な深さ方向の元素濃度の分析をすることができる二次イオン質量分析方法を提供することを目的とする。   The present invention relates to a secondary ion mass spectrometry method using an alkali metal as a primary ion beam, without forming a groove in a sample in advance or using an ion beam gun for groove processing outside the primary ion beam scanning region. It is an object of the present invention to provide a secondary ion mass spectrometry method capable of preventing the formation of a primary ion atom compound and analyzing the element concentration in a precise depth direction.

上記課題を解決するための本発明は、その一観点によれば、アルカリ金属イオンの一次イオンビームを、試料の表面に設定された走査線に沿って前記試料表面を走査し、前記試料表面から放出される二次イオンの質量分析を行う二次イオン質量分析方法において、スパイラル状の前記走査線に沿って1回以上巻回され、かつ前記スパイラルの最外周を含む第1の走査線分上を前記一次イオンビームが走査するときに、二次イオン引出し電極に対する前記試料の電位が正電位になるように、前記引出し電極および前記試料の電位を制御する工程と、前記第1の走査線分より前記スパイラルの内側に位置し、かつ前記スパイラルの最内端に至る第2の走査線分上を前記一次イオンビームが走査するときに、二次イオン引出し電極に対する前記試料の電位が負電位になるように、前記引出し電極および前記試料の電位を制御する工程と、を有することを特徴とする二次イオン質量分析方法として提供される。   According to one aspect of the present invention for solving the above problems, a primary ion beam of alkali metal ions is scanned along the scanning line set on the surface of the sample, and the sample surface is scanned. In a secondary ion mass spectrometric method for performing mass analysis of emitted secondary ions, a first scan line segment wound at least once along the spiral scan line and including the outermost periphery of the spiral Controlling the potential of the extraction electrode and the sample so that the potential of the sample with respect to the secondary ion extraction electrode becomes a positive potential when the primary ion beam is scanned, and the first scanning line segment When the primary ion beam scans the second scanning line segment that is located more inside the spiral and reaches the innermost end of the spiral, the sample with respect to the secondary ion extraction electrode As potential is a negative potential, it is provided as secondary ion mass spectrometry method characterized by having the steps of controlling the potential of the extraction electrode and the sample.

本発明によれば、アルカリ金属を一次イオンビームとして用いる二次イオン質量分析方法において、試料に予め溝を形成しあるいは溝加工用のイオンビームガンを用いることなく、一次イオンビームの走査領域の外側への一次イオン原子の化合物の生成を防止することができるので、精密な深さ方向の元素濃度の分析をすることができる二次イオン質量分析方法が提供される。   According to the present invention, in a secondary ion mass spectrometry method using an alkali metal as a primary ion beam, a groove is formed in advance in a sample or an ion beam gun for groove processing is not used, and the outside of the scanning region of the primary ion beam. Therefore, a secondary ion mass spectrometric method capable of precisely analyzing the element concentration in the depth direction is provided.

本発明の第1実施形態で用いた二次イオン質量分析装置の断面図Sectional drawing of the secondary ion mass spectrometer used in 1st Embodiment of this invention 一次イオンビームの電流密度分布図Primary ion beam current density distribution 一次イオンビームにより加工された試料断面図Sample cross section processed by primary ion beam 本発明の第1実施形態の一次イオンビームの走査方法を表す平面図The top view showing the scanning method of the primary ion beam of 1st Embodiment of this invention 本発明の第1実施形態の試料の断面図Sectional drawing of the sample of 1st Embodiment of this invention 二次イオンの質量分析結果を表す図Diagram showing the results of mass analysis of secondary ions 一次イオンの質量分析結果を表す図Diagram showing the results of mass analysis of primary ions 試料電位と一次イオンおよび二次イオンの検出量との関係を表す図Diagram showing the relationship between sample potential and the detected amount of primary and secondary ions 本発明の第1実施形態の試料上面のレーザー顕微鏡像Laser microscope image of the upper surface of the sample according to the first embodiment of the present invention 比較例の試料上面のレーザ顕微鏡像Laser microscope image of the upper surface of the comparative sample 本発明の第1実施形態の試料上面のオージェ分析結果を表す図The figure showing the Auger analysis result of the sample upper surface of 1st Embodiment of this invention 比較例の試料上面のオージェ分析結果を表す図The figure which shows the Auger analysis result of the sample upper surface of the comparative example 他の走査方法を表す図Diagram showing another scanning method 本発明の第2実施形態の一次イオンビームの走査方法を表す図The figure showing the scanning method of the primary ion beam of 2nd Embodiment of this invention.

本発明の第1の実施形態は、一次イオンビームがスパイラル状の走査線の外周部分を巻回する間に試料に正電位を印加し、スパイラルの内側部分を巻回する間に試料に負電位を印加する二次イオン質量分析方法に関する。   In the first embodiment of the present invention, a positive potential is applied to the sample while the primary ion beam is wound around the outer peripheral portion of the spiral scanning line, and a negative potential is applied to the sample while the inner portion of the spiral is wound. The present invention relates to a secondary ion mass spectrometric method in which is applied.

図1は本発明の第1実施形態で用いた二次イオン質量分析装置の断面図であり、二次イオン質量分析装置の主要な機器構成を表している。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a secondary ion mass spectrometer used in the first embodiment of the present invention, and shows the main equipment configuration of the secondary ion mass spectrometer.

図1を参照して、本実施形態で使用した二次イオン質量分析装置100は、排気口1aから真空排気される真空チャンバ1内に、試料10を載置し保持する試料保持台5、一次イオンビーム7を発生するイオンガン2、試料10上面から放出される二次イオン9を取り込み質量分析する質量分析器3、およびコントローラ30を備える。   Referring to FIG. 1, a secondary ion mass spectrometer 100 used in the present embodiment includes a sample holder 5 for placing and holding a sample 10 in a vacuum chamber 1 evacuated from an exhaust port 1a, and a primary. An ion gun 2 for generating an ion beam 7, a mass analyzer 3 for capturing and analyzing secondary ions 9 emitted from the upper surface of the sample 10, and a controller 30 are provided.

真空チャンバ1内には、さらに、試料10と質量分析器3との間に、開口6aを有する引き出し電極6が設けられる。引き出し電極6と試料保持台5とには、電源4からそれぞれ所与の電位V1、V2が供給される。試料10上面から放出されるイオンは、引き出し電極6と試料保持台5に印加された電位差(電圧)に応じて加速または反発される。加速されたイオンは、開口6aを通り質量分析器3の入射口3aから質量分析器3に取り込まれる。   In the vacuum chamber 1, an extraction electrode 6 having an opening 6 a is further provided between the sample 10 and the mass analyzer 3. Given potentials V1 and V2 are respectively supplied from the power source 4 to the extraction electrode 6 and the sample holder 5. Ions emitted from the upper surface of the sample 10 are accelerated or repelled in accordance with a potential difference (voltage) applied to the extraction electrode 6 and the sample holder 5. The accelerated ions are taken into the mass analyzer 3 from the entrance 3a of the mass analyzer 3 through the opening 6a.

イオンガン2は、アルカリ金属、例えばセシウム又はリチウムをイオン化し、集束された一次イオンビーム7を生成する。この一次イオンビーム7は、試料保持台5上に載置された試料10上面に照射され、試料10の上面を走査するように偏向操作がなされる。   The ion gun 2 ionizes an alkali metal such as cesium or lithium to generate a focused primary ion beam 7. The primary ion beam 7 is irradiated on the upper surface of the sample 10 placed on the sample holding table 5, and a deflection operation is performed so as to scan the upper surface of the sample 10.

コントローラ30は、一次イオンビーム7を予め設定された走査線に沿って走査するように一次イオンビーム7の偏向方向および偏向量を制御する。同時に、一次イオンビーム7の走査に同期して、質量分析器3および電源4の動作を制御する。   The controller 30 controls the deflection direction and the deflection amount of the primary ion beam 7 so as to scan the primary ion beam 7 along a preset scanning line. At the same time, the operations of the mass analyzer 3 and the power source 4 are controlled in synchronization with the scanning of the primary ion beam 7.

図2は、一次イオンビームの電流密度分布図であり、イオンガン2により生成された一次イオンビーム7の試料10上面におけるビーム断面方向の電流密度分布を表している。図2の横軸はビーム中心軸からの距離xを、縦軸はビームの電流密度Iを表している。   FIG. 2 is a current density distribution diagram of the primary ion beam, and represents a current density distribution in the beam cross-sectional direction on the upper surface of the sample 10 of the primary ion beam 7 generated by the ion gun 2. The horizontal axis in FIG. 2 represents the distance x from the beam center axis, and the vertical axis represents the current density I of the beam.

一次イオンビーム7は、試料10上面に集束される。図2を参照して、一次イオンビーム7は、試料上面においてガウス分布様の電流密度分布を有する。かかる一次イオンビーム7の直径Wは、例えば50μm〜100μm程度に集束される。   The primary ion beam 7 is focused on the upper surface of the sample 10. Referring to FIG. 2, the primary ion beam 7 has a Gaussian distribution-like current density distribution on the upper surface of the sample. The diameter W of the primary ion beam 7 is focused to about 50 μm to 100 μm, for example.

本発明の第1実施形態を説明する前に、従来の二次イオン質量分析方法の問題点について説明する。   Before describing the first embodiment of the present invention, problems of the conventional secondary ion mass spectrometry method will be described.

図3は、一次イオンビームにより加工された試料断面図であり、ガウス分布様の電流密度分布を有する一次イオンビーム7によりミリング加工された試料110の表面形状を表している。なお、図3(a)は一次イオンビーム7を紙面左右方向に試料110上面内で走査した後の断面を、図3(b)は一次イオンビーム7を用いて一次イオンビーム7の照射領域110a(一次イオンビーム7により走査される領域。)の周囲に溝103を形成した試料110の断面を表している。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the sample processed by the primary ion beam, and shows the surface shape of the sample 110 milled by the primary ion beam 7 having a current density distribution like a Gaussian distribution. 3A shows a cross-section after scanning the primary ion beam 7 in the left-right direction on the sample 110 within the upper surface of the sample 110, and FIG. 3B shows the irradiation region 110a of the primary ion beam 7 using the primary ion beam 7. A cross section of a sample 110 in which a groove 103 is formed around (a region scanned by the primary ion beam 7) is shown.

図3(a)を参照して、一次イオンビーム7を試料110上面で紙面の左右方向に走査すると、試料110上面に直線溝状の凹部101が形成される。この凹部101の左右両端101aは、一次イオンビーム7の電流密度分布に対応する緩やかな湾曲面に形成される。この凹部101両端101aの湾曲面からは、試料10上面からの深さが異なる層に含まれる元素が放出されるため、二次イオン質量分析における深さ方向の分解能が劣化する。   Referring to FIG. 3A, when the primary ion beam 7 is scanned on the upper surface of the sample 110 in the left-right direction on the paper surface, a concave portion 101 having a linear groove shape is formed on the upper surface of the sample 110. The left and right ends 101a of the recess 101 are formed on a gently curved surface corresponding to the current density distribution of the primary ion beam 7. Since the elements contained in layers having different depths from the upper surface of the sample 10 are released from the curved surfaces of both ends 101a of the recess 101, the resolution in the depth direction in the secondary ion mass spectrometry is deteriorated.

また、一次イオンビーム7としてアルカリ金属イオンビームを用いる場合、一次イオンビーム7により照射される照射領域110aに接してその外側に表出する試料110上面(非照射領域110b)上には、照射領域110aから反跳またはスパッタされて飛散する一次イオンが付着し、一次イオンの化合物が形成される。   Further, when an alkali metal ion beam is used as the primary ion beam 7, an irradiation region is formed on the upper surface (non-irradiation region 110 b) of the sample 110 that is in contact with the irradiation region 110 a irradiated by the primary ion beam 7 and is exposed to the outside. Primary ions that recoil or spatter from 110a adhere to form a compound of primary ions.

一方メサ法では、図3(b)を参照して、試料10上面の一次イオンビーム7に照射される照射領域110aの周囲に、予め溝103を形成し、照射領域110aをメサ102に加工する。このメサ法では、一次イオンビーム7は、溝103の内側に形成されたメサ102の上面を走査する。このため、図3(a)を参照して説明した凹部両端101aの湾曲面からの二次イオンの放出が防止され、深さ方向の分解能の劣化が防止される。   On the other hand, in the mesa method, referring to FIG. 3B, the groove 103 is formed in advance around the irradiation region 110a irradiated with the primary ion beam 7 on the upper surface of the sample 10, and the irradiation region 110a is processed into the mesa 102. . In this mesa method, the primary ion beam 7 scans the upper surface of the mesa 102 formed inside the groove 103. Therefore, secondary ions are prevented from being released from the curved surfaces of the concave ends 101a described with reference to FIG. 3A, and the resolution in the depth direction is prevented from deteriorating.

このメサ法では、一次イオンビーム7としてアルカリ金属イオンビームを用いた場合でも、幅の広い溝103が照射領域110aと非照射領域110bとの間に介在するため、照射領域110aからの一次イオンの飛散が抑制され、非照射領域110b上への一次イオン化合物の形成が防止される。   In this mesa method, even when an alkali metal ion beam is used as the primary ion beam 7, the wide groove 103 is interposed between the irradiation region 110a and the non-irradiation region 110b. Scattering is suppressed and formation of a primary ion compound on the non-irradiated region 110b is prevented.

しかし、溝103を形成するためにアルカリ金属イオンビームを用いた場合、図3(b)を参照して、溝103の形成の際、溝103の外側の試料110上面(非照射領域110b)に、アルカリ金属化合物が付着し堆積してしまう。   However, when an alkali metal ion beam is used to form the groove 103, referring to FIG. 3B, when the groove 103 is formed, the upper surface of the sample 110 outside the groove 103 (non-irradiation region 110b) is formed. Alkali metal compounds adhere and accumulate.

これら堆積したアルカリ金属化合物の組成は照射時間の経過とともに変動し、試料110表面の仕事関数を変化させる。その結果、試料110表面(上面)から放出される二次イオンの放出量(イオン化率)が変動して、精密な定量分析が妨げられる。本発明は照射領域の外側への、かかるアルカリ金属化合物の堆積を防止し、精密な定量分析を実現するために考案された。   The composition of these deposited alkali metal compounds varies with the lapse of irradiation time, and changes the work function of the surface of the sample 110. As a result, the emission amount (ionization rate) of secondary ions emitted from the surface (upper surface) of the sample 110 fluctuates, preventing accurate quantitative analysis. The present invention has been devised in order to prevent the deposition of such alkali metal compounds on the outside of the irradiated region and realize a precise quantitative analysis.

図4は本発明の第1実施形態の一次イオンビームの走査方法を表す平面図であり、試料面内の走査線の形状を表している。   FIG. 4 is a plan view showing the scanning method of the primary ion beam according to the first embodiment of the present invention, and shows the shape of the scanning line in the sample surface.

図4を参照して、本発明の第1実施形態では、予め試料10の上面に走査線21が設定される。この走査線21は、コントローラ30のシーケンスとして仮想的に想定された線であり、試料10表面に実際に描かれたものではない。具体的には、この走査線21の設定は、一次イオンビーム7がこの走査線21に沿って試料10面内を走査するように、コントローラ30が一次イオンビーム7の偏向を操作することでなされる。なお、一次イオンビーム7の中心がこの走査線21上をなぞり走査するように設定される。従って、一次イオンビーム7の走査では、一次イオンビーム7の中心がこの走査線21上を走査線21に沿って移動する。   Referring to FIG. 4, in the first embodiment of the present invention, scanning line 21 is set in advance on the upper surface of sample 10. This scanning line 21 is a line virtually assumed as a sequence of the controller 30, and is not actually drawn on the surface of the sample 10. Specifically, the setting of the scanning line 21 is performed by the controller 30 operating the deflection of the primary ion beam 7 so that the primary ion beam 7 scans the surface of the sample 10 along the scanning line 21. The The center of the primary ion beam 7 is set so as to scan along the scanning line 21. Therefore, in the scanning of the primary ion beam 7, the center of the primary ion beam 7 moves along the scanning line 21 on the scanning line 21.

走査線21は、試料10上面にスパイラル状に設定される。この走査線21は、スパイラルの最外周の一端をなす点P1から、スパイラルの中心側の一端をなす点P4の間を、外周から内周に渦巻き様に巻き込むように設定される。スパイラルの形状は、後述するように一次イオンビーム7により走査された照射領域が平坦にミリング加工される形状であればよく、とくに形状は制限されない。例えば、図4に示すように、走査線21が直角に屈折されて形成された矩形様のスパイラルとすることができる。また、走査線21が蚊とり線香様に円形に形成されたスパイラルでも、さらに多角形でも差し支えない。   The scanning line 21 is set in a spiral shape on the upper surface of the sample 10. The scanning line 21 is set so as to be spirally wound from the outer periphery to the inner periphery between the point P1 forming one end of the outermost periphery of the spiral and the point P4 forming one end on the center side of the spiral. The shape of the spiral is not particularly limited as long as the irradiation region scanned by the primary ion beam 7 is flatly milled as will be described later. For example, as shown in FIG. 4, the scanning line 21 may be a rectangular spiral formed by being bent at a right angle. Further, the scanning line 21 may be a spiral formed in a circular shape like a mosquito coil or a polygon.

走査線21は、隣接する走査線21が一定の間隔を有する平行線となるように設定することが望ましい。例えは、図4の紙面内を縦又は横に延在する走査線21は、縦横それぞれの部分が平行線となるように設定される。このように平行線にすることで、後述するように、一次イオンビーム7により走査される試料10の表面が平坦にミリング加工され、二次イオン質量分析の深さ方向の分解能の劣化が少なくなる。   The scanning lines 21 are desirably set so that the adjacent scanning lines 21 are parallel lines having a constant interval. For example, the scanning lines 21 extending in the vertical or horizontal direction in FIG. 4 are set so that the vertical and horizontal portions are parallel lines. By using parallel lines in this way, as will be described later, the surface of the sample 10 scanned by the primary ion beam 7 is flatly milled, and the degradation in resolution in the depth direction of secondary ion mass spectrometry is reduced. .

図4を参照して、本第1実施形態の走査線21は、点P1から図4の紙面右方向に延在し、スパイラルの右辺で直角に紙面下方に屈折する。さらに、スパイラルの下辺で直角に屈折して左方に延在方向を変えた後、スパイラルの左辺で直角に上方に屈折する。そして、点P1から右方に延在する走査線21に当接する手前で、直角に右方に屈折して右方に延在する。以下、点P4に至るまで、同様の直角の屈折と直線状の延在を繰り返し、矩形様のスパイラルを形成する。なお、図4にはほぼ7回巻回された走査線21が図示されているが、巻回数はスパイラルの外形の大きさおよび隣接する走査線21間の距離により定まり、これらが異なると巻回数も異なる。   Referring to FIG. 4, the scanning line 21 of the first embodiment extends from the point P1 to the right side of the drawing sheet of FIG. 4, and is refracted downward on the drawing sheet at a right angle on the right side of the spiral. Further, after being refracted at a right angle at the lower side of the spiral and changing the extending direction to the left, it is refracted at a right angle at the left side of the spiral. Then, before coming in contact with the scanning line 21 extending rightward from the point P1, the light is refracted rightward at right angles and extends rightward. Thereafter, until reaching the point P4, the same right angle refraction and linear extension are repeated to form a rectangular spiral. 4 shows the scanning line 21 wound approximately seven times, the number of turns is determined by the size of the spiral and the distance between the adjacent scanning lines 21, and if these are different, the number of turns is determined. Is also different.

スパイラル状の走査線21の外形は、例えば辺長が数十μm〜数百μmの正方形に設定することができる。この走査線21が設定された領域は、一次イオンビーム7により照射される照射領域10aを画定する。   The outer shape of the spiral scanning line 21 can be set to a square having a side length of several tens to several hundreds of μm, for example. The region where the scanning line 21 is set defines an irradiation region 10 a irradiated with the primary ion beam 7.

図5は本発明の第1実施形態の試料の断面図であり、図4のA−A’断面を表している。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the sample according to the first embodiment of the present invention, showing the A-A ′ cross section of FIG. 4.

図4および図5を参照して、一次イオンビーム7により照射され走査された試料10の上面には、走査線21に沿って互いに平行する溝22−1〜22−7が形成される。なお溝22−1は、スパイラル状の走査線21の最外周(1回目の巻回線)を構成する走査線21−1に対応する溝を表し、溝22−2は、2回目の巻回線を構成する走査線21−2に対応する溝を表している。以下同様に、溝22−n(nは正の整数)は、n回目の巻回線を構成する走査線21−nに対応する溝を表す。   Referring to FIGS. 4 and 5, grooves 22-1 to 22-7 that are parallel to each other along scanning line 21 are formed on the upper surface of sample 10 irradiated and scanned with primary ion beam 7. The groove 22-1 represents a groove corresponding to the scanning line 21-1 constituting the outermost periphery (first winding line) of the spiral scanning line 21, and the groove 22-2 represents the second winding line. The groove | channel corresponding to the scanning line 21-2 to comprise is represented. Similarly, the groove 22-n (n is a positive integer) represents a groove corresponding to the scanning line 21-n constituting the n-th winding line.

スパイラルの1回目〜7回目の巻回線に相当する走査線21−1〜21−7は、互いに一次イオンビーム7の一部が重畳する間隔で、平行に設けられる。この間隔は、一次イオンビーム7の照射により形成される凹部22の底面が平坦になるように、一次イオンビーム7の電流密度分布およびビーム径に合わせて、適切に定められる。例えば、半値幅Wが50μmの一次イオンビーム7を用いた場合、走査線21−1〜21−7の間隔を30μm〜60μm間隔とすることが好ましい。このように一次イオンビーム7の一部が重畳するように走査することで、照射領域10aに形成される凹部22の底面を平坦にすることができる。   The scanning lines 21-1 to 21-7 corresponding to the first to seventh winding lines of the spiral are provided in parallel at intervals at which parts of the primary ion beam 7 overlap each other. This interval is appropriately determined according to the current density distribution and beam diameter of the primary ion beam 7 so that the bottom surface of the recess 22 formed by irradiation with the primary ion beam 7 becomes flat. For example, when the primary ion beam 7 having a half width W of 50 μm is used, the interval between the scanning lines 21-1 to 21-7 is preferably set to an interval of 30 μm to 60 μm. Thus, by scanning so that a part of primary ion beam 7 overlaps, the bottom face of the recessed part 22 formed in the irradiation area | region 10a can be made flat.

即ち、溝22−1〜22−7のそれぞれは、一次イオンビーム7の電流密度分布に応じた碗状の断面形状に形成される。しかし、1回目(最外周)の巻回線に相当する走査線21−1を除き、他の走査線21−2〜21−7の位置に形成される溝22−2〜22−7は、互いに隣接する溝22−2〜22−7の側面の一部が互いに重なるように形成される。このため、溝22−2〜22−7が連なりその底面は平坦になる。このように、照射領域10aには、溝22−2〜22−7が連なって形成された底面が平坦な凹部22が形成される。   That is, each of the grooves 22-1 to 22-7 is formed in a bowl-shaped cross-sectional shape corresponding to the current density distribution of the primary ion beam 7. However, except for the scanning line 21-1, which corresponds to the first (outermost) winding line, the grooves 22-2 to 22-7 formed at the positions of the other scanning lines 21-2 to 21-7 are mutually connected. It forms so that a part of side surface of adjacent groove | channels 22-2-22-7 may mutually overlap. For this reason, the grooves 22-2 to 22-7 are connected and the bottom surface thereof is flat. Thus, the recessed part 22 with the flat bottom face formed by the groove | channels 22-2 to 22-7 continuing in the irradiation area | region 10a is formed.

なお、最外周の走査線21−1に対応する溝22−1は、照射領域10aに形成される凹部22の外周縁を画定し、一次イオンビーム7の電流密度分布に起因する緩やかな斜面(湾曲面)に形成される。また、照射領域10aの外側は、一次イオンビーム7が照射されることがない非照射領域10bとして、当初の試料10上面がそのまま残される。   The groove 22-1 corresponding to the outermost scanning line 21-1 defines the outer peripheral edge of the recess 22 formed in the irradiation region 10a, and is a gentle slope (due to the current density distribution of the primary ion beam 7). (Curved surface). Further, the upper surface of the original sample 10 is left as it is as the non-irradiation region 10b where the primary ion beam 7 is not irradiated outside the irradiation region 10a.

次に、本第1実施形態における、一次イオンビームの走査方法と試料電位との関係を説明する。   Next, the relationship between the scanning method of the primary ion beam and the sample potential in the first embodiment will be described.

再び図4を参照して、一次イオンビーム7は、スパイラルの最外周の一端、点P1からスパイラルの中心側の一端、点P4に至る走査線21に沿って試料10上面を走査する。このとき、始点を点P1として、スパイラルの外周からスパイラル中心に向けて走査してもよく、逆にスパイラルの中心の一端、点P4を始点として、スパイラルの中心からスパイラルの外周の一端、点P1に向けて走査してよい。また、走査は、繰り返し行われる。即ち、始点を点P1とするときは、走査の終点は点P4となり、走査終了後、一次イオンビーム7は点P4から点P1に戻され、点P1から次の走査が開始される。始点を点P4、終点を点P1とするときは、走査終了後、一次イオンビーム7は点P1から点4に戻され、点P4から次の走査が開始される。   Referring to FIG. 4 again, the primary ion beam 7 scans the upper surface of the sample 10 along the scanning line 21 extending from one end of the outermost periphery of the spiral, one end on the center side of the spiral to the point P4. At this time, scanning may be performed from the outer periphery of the spiral toward the center of the spiral with the starting point as the point P1, and conversely, with one end of the center of the spiral, the point P4, as the starting point, one end of the outer periphery of the spiral with the point P1. You may scan towards The scanning is repeated. That is, when the starting point is point P1, the end point of scanning is point P4. After the scanning is completed, the primary ion beam 7 is returned from point P4 to point P1, and the next scanning is started from point P1. When the start point is point P4 and the end point is point P1, after the end of scanning, the primary ion beam 7 is returned from point P1 to point 4, and the next scanning is started from point P4.

本第1実施形態では、上述した走査線21は、第1〜第3の走査線分21a〜21cからなる3つの線分に区分される。第1の走査線分21aは、図4中に走査線21の一部として太い実線で描かれている線分を参照して、走査線21に沿って1回以上巻回され、かつ前記スパイラルの最外周を含む線分からなる。即ち、走査線21の最外周上の一端、点P1から、スパイラル状の走査線21に沿って1回以上巻回された走査線21上の点P2に至る線分である。   In the first embodiment, the above-described scanning line 21 is divided into three line segments including first to third scanning line segments 21a to 21c. The first scanning line segment 21a is wound one or more times along the scanning line 21 with reference to a line segment drawn as a thick solid line as a part of the scanning line 21 in FIG. It consists of a line segment including the outermost periphery. That is, the line segment extends from one end on the outermost periphery of the scanning line 21, the point P 1, to the point P 2 on the scanning line 21 wound one or more times along the spiral scanning line 21.

第2の走査線分21bは、図4中に走査線21の一部として太い破線で描かれている線分を参照して、スパイラルの中心側の一端、即ち走査線21の中央側の端点である点P4から、点P2と点P4との間にある走査線21上の点P3に至る線分である。この点P3は、第2の走査線分21b上を走査する一次イオンビーム7が、試料10上面に観測すべき領域として設定された観測領域10c内を余す所なく照射し得る位置に設定される。言い換えれば、観測領域10cは、第2の走査線分21bにより画定される。   The second scanning line segment 21b refers to a line segment drawn with a thick broken line as a part of the scanning line 21 in FIG. 4, and is one end on the center side of the spiral, that is, an end point on the center side of the scanning line 21. This is a line segment from the point P4, which extends to the point P3 on the scanning line 21 between the points P2 and P4. This point P3 is set to a position where the primary ion beam 7 that scans on the second scanning line segment 21b can irradiate the entire observation region 10c that is set as the region to be observed on the upper surface of the sample 10 without any excess. . In other words, the observation region 10c is defined by the second scanning line segment 21b.

第3の走査線分21cは、図4中に走査線21の一部として細い実線で描かれている線分を参照して、点P2から走査線21に沿って点P3に至る線分である。   The third scanning line segment 21c is a line segment extending from the point P2 to the point P3 along the scanning line 21 with reference to a thin line drawn as a part of the scanning line 21 in FIG. is there.

本第1実施形態の二次イオン質量分析方法では、一次イオンビーム7が第1の走査線分21a上を走査している間、試料10に、引き出し電極6を基準電位とする正電位(一定電位)が印加される。具体的には、図1を参照して、コントローラ30が、引き出し電極6と試料保持台5間に電圧を供給する電源4を操作して、試料保持台5の電位が引き出し電極6の電位より正電位になるように制御する。この電源4の電圧制御は、一次イオンビーム7の走査の制御と同期してなされる。この試料10に印加される正電位は、一次イオンビーム7が第1の走査線分21a上を走査する間は一定の電位に保持される。なお、試料10は通常、試料保持台5と同電位に保持される。説明を簡潔にするため、以下、本明細書では、試料10の電位を試料保持台5の電位と同じとして説明する。   In the secondary ion mass spectrometry method of the first embodiment, while the primary ion beam 7 scans the first scanning line segment 21a, the sample 10 has a positive potential (constant constant) with the extraction electrode 6 as a reference potential. Potential) is applied. Specifically, referring to FIG. 1, the controller 30 operates the power supply 4 that supplies a voltage between the extraction electrode 6 and the sample holding base 5, so that the potential of the sample holding base 5 is greater than the potential of the extraction electrode 6. Control to be positive potential. The voltage control of the power source 4 is performed in synchronization with the scanning control of the primary ion beam 7. The positive potential applied to the sample 10 is maintained at a constant potential while the primary ion beam 7 scans the first scanning line segment 21a. The sample 10 is usually held at the same potential as the sample holder 5. For the sake of brevity, hereinafter, the description will be made assuming that the potential of the sample 10 is the same as the potential of the sample holder 5.

また、一次イオンビーム7が第2の走査線分21b上を走査している間、試料10に、引き出し電極6を基準電位とする負電位(一定電位)が印加される。即ち、図1を参照して、電源4により引き出し電極6と試料保持台5間に印加される電圧を、試料保持台5の電位が引き出し電極6の電位より負電位になるように制御する。この試料10に印加される負電位は、一次イオンビーム7が第2の走査線分21b上を走査する間は一定の電位に保持される。   Further, while the primary ion beam 7 scans the second scanning line segment 21b, a negative potential (constant potential) with the extraction electrode 6 as a reference potential is applied to the sample 10. That is, referring to FIG. 1, the voltage applied between the extraction electrode 6 and the sample holder 5 by the power source 4 is controlled so that the potential of the sample holder 5 is more negative than the potential of the extraction electrode 6. The negative potential applied to the sample 10 is maintained at a constant potential while the primary ion beam 7 scans the second scanning line segment 21b.

さらに、一次イオンビーム7が第3の走査線分21c上を走査している間、試料10には、任意の電位を印加することができる。例えば、試料保持台5を接地電位とすることもできる。また、第1または第2の走査線分21a,21b上の走査時に印加される正または負の電位、あるいはその間の電位とすることもできる。   Furthermore, an arbitrary potential can be applied to the sample 10 while the primary ion beam 7 is scanning on the third scanning line segment 21c. For example, the sample holder 5 can be set to the ground potential. It can also be a positive or negative potential applied during scanning on the first or second scanning line segment 21a, 21b, or a potential therebetween.

再度図1を参照して、本第1実施形態の二次イオン質量分析方法では、試料10上面から放出される二次イオン9は、質量分析器3に入射され、質量分析がなされる。この質量分析器3は、少なくとも一次イオンビーム7が第2の走査線分21b上を走査している間は、二次イオン9の検出および計数動作を継続するようにコントローラ30により制御される。   Referring to FIG. 1 again, in the secondary ion mass spectrometry method of the first embodiment, the secondary ions 9 emitted from the upper surface of the sample 10 are incident on the mass analyzer 3 for mass analysis. The mass analyzer 3 is controlled by the controller 30 so as to continue the detection and counting operation of the secondary ions 9 at least while the primary ion beam 7 scans the second scanning line segment 21b.

なお、第1および第2の走査線分21a、21b上を走査する間は、二次イオン9の検出および計数動を必要に応じて中断することも継続することもできる。一次イオンビーム7が観測領域10c以外を走査する間、二次イオン9の検出および計数動作を中断することで、観測領域10c以外の領域から放出される二次イオン9の混入を回避することができる。また、検出器および計数器の無用な飽和が回避され、検出感度の低下を回避することができる。この検出および計数動作の停止は、例えば質量分析器3の検出器、例えばファラデーカップ、エレクトロンマルチプライヤあるいはチャンネルトロンへの印加電圧を低下することでなされる。   During the scanning on the first and second scanning line segments 21a and 21b, detection and counting of the secondary ions 9 can be interrupted or continued as necessary. While the primary ion beam 7 scans other than the observation region 10c, the detection and counting operation of the secondary ions 9 is interrupted, thereby avoiding the mixing of the secondary ions 9 emitted from the region other than the observation region 10c. it can. In addition, unnecessary saturation of the detector and the counter is avoided, and a decrease in detection sensitivity can be avoided. This detection and counting operation is stopped by, for example, reducing the voltage applied to the detector of the mass analyzer 3, such as a Faraday cup, an electron multiplier, or a channeltron.

次に、本第1実施形態の二次イオン質量分析方法における試料10の電位と試料10上面のへの一次イオン化合物の付着との関係を説明する。   Next, the relationship between the potential of the sample 10 and the adhesion of the primary ion compound to the upper surface of the sample 10 in the secondary ion mass spectrometry method of the first embodiment will be described.

図6は二次イオンの質量分析結果を表す図であり、Si基板を試料10とする二次イオン質量分析において検出された30Si- イオンのイオン強度の時間変化を表している。図7は一次イオンの質量分析結果を表す図であり、Si基板を試料10とする二次イオン質量分析において検出された一次イオンビーム7の構成元素である133 Cs+ のイオン強度の時間変化を表している。なお、図6および図7とも、一次イオンビーム7として4keVに加速されたセシウムイオンビームを試料10上面に入射角20°(試料10上面となす角)で入射し、試料10上面からほぼ垂直に放射された30Si- イオンおよび133 Cs+ イオンを計測した結果である。また、図6および図7とも試料10の電位をパラメータとした。 FIG. 6 is a diagram showing the result of mass analysis of secondary ions, and shows the change over time in the ion intensity of 30 Si ions detected in secondary ion mass spectrometry using the Si substrate as the sample 10. FIG. 7 is a diagram showing the result of mass analysis of primary ions. The time variation of the ion intensity of 133 Cs + that is a constituent element of the primary ion beam 7 detected in the secondary ion mass spectrometry using the Si substrate as the sample 10 is shown. Represents. 6 and 7, a cesium ion beam accelerated to 4 keV as the primary ion beam 7 is incident on the upper surface of the sample 10 at an incident angle of 20 ° (angle formed with the upper surface of the sample 10), and is almost perpendicular to the upper surface of the sample 10. It is the result of measuring the emitted 30 Si ions and 133 Cs + ions. 6 and 7, the potential of the sample 10 was used as a parameter.

図6を参照して、試料10上面から放出される30Si- イオンのイオン強度は、一次イオン照射量とともに変化し、一次イオン照射量が4×1015イオン/cm2 を超えるとほぼ一定値に安定する。ここで、一次イオン照射量は、照射時間を照射量に換算した値である。二次イオン、即ち30Si- イオンのイオン強度は、試料10の電位により変化する。なお、30Si- イオンのイオン強度の測定は、試料10の電位を、引き出し電極6を基準として0V〜+30Vの間の異なる電位に保持した状態でなされた。 Referring to FIG. 6, the ionic strength of 30 Si ions emitted from the upper surface of sample 10 varies with the primary ion irradiation amount, and is almost constant when the primary ion irradiation amount exceeds 4 × 10 15 ions / cm 2. To stabilize. Here, the primary ion irradiation dose is a value obtained by converting the irradiation time into the irradiation dose. The ionic strength of secondary ions, that is, 30 Si ions varies depending on the potential of the sample 10. Note that the measurement of the ionic strength of 30 Si ions was performed in a state where the potential of the sample 10 was maintained at a different potential between 0 V and +30 V with the extraction electrode 6 as a reference.

図7を参照して、試料10上面から放出される133 Cs+ のイオン強度も、一次イオン照射量とともに変化し、 一次イオン照射量が4×1015イオン/cm2 を超えると一定値に安定する。この133 Cs+ のイオン強度も、試料10の電位により変化する。ここで、図7に示す133 Cs+ イオンのイオン強度の測定は、試料10の電位を、引き出し電極6の電位を基準として+2V〜−25Vの間の異なる電位に保持した状態でなされた。 Referring to FIG. 7, the ion intensity of 133 Cs + emitted from the upper surface of sample 10 also changes with the primary ion irradiation amount, and is stable at a constant value when the primary ion irradiation amount exceeds 4 × 10 15 ions / cm 2. To do. The ionic strength of 133 Cs + also changes depending on the potential of the sample 10. Here, the measurement of the ionic strength of 133 Cs + ions shown in FIG. 7 was performed in a state where the potential of the sample 10 was held at different potentials between +2 V and −25 V with respect to the potential of the extraction electrode 6.

図8は試料電位と一次イオンおよび二次イオンの検出量との関係を表す図であり、図6および図7中の一次イオン照射量が6×1015イオン/cm2 のときに検出された30Si- イオンおよび133 Cs+ イオンのイオン強度を表している。なお、試料10電位は、引き出し電極6の電位を0Vとしたときの試料保持台5の電位を表している。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the sample potential and the detected amounts of primary ions and secondary ions, and was detected when the primary ion irradiation amount in FIGS. 6 and 7 was 6 × 10 15 ions / cm 2 . It represents the ionic strength of 30 Si ions and 133 Cs + ions. The potential of the sample 10 represents the potential of the sample holder 5 when the potential of the extraction electrode 6 is 0V.

図8中の曲線Aを参照して、試料10上面にセシウムイオンビームからなる一次イオンビーム7を照射したとき、質量分析器3により検出される133 Cs+ イオン強度は、試料10電位を+25Vから電位を下げる(負電位方向に変化する。)につれて増加し、試料10電位が+6Vで極大となる。さらに試料10電位を下げると、133 Cs+ イオン強度は減少し、+2Vでは極大値の1/4程度まで減少する。 Referring to curve A in FIG. 8, when the upper surface of the sample 10 is irradiated with the primary ion beam 7 made of a cesium ion beam, the 133 Cs + ion intensity detected by the mass analyzer 3 is the potential of the sample 10 from + 25V. The potential increases as the potential is lowered (changes in the negative potential direction), and the potential of the sample 10 becomes maximum at + 6V. When the potential of the sample 10 is further lowered, the 133 Cs + ion intensity decreases, and at +2 V, it decreases to about ¼ of the maximum value.

試料10はSi基板であり、セシウムは含まれていない。従って、この質量分析器3により検出される133 Cs+ イオンは全て、一次イオンビーム7の照射によりSi基板(試料10)上面に供給されたセシウム原子に由来している。なお、一次イオンビーム7は、Si基板(試料10)上面にセシウム原子を供給すると同時に、Si基板上面からセシウム原子を放出する。検出されたセシウムイオンは、Si基板上面で反跳した一次イオンおよびSi基板上面からスパッタされ放出されたセシウムイオンである。 The sample 10 is a Si substrate and does not contain cesium. Accordingly, all 133 Cs + ions detected by the mass analyzer 3 are derived from cesium atoms supplied to the upper surface of the Si substrate (sample 10) by irradiation with the primary ion beam 7. The primary ion beam 7 supplies cesium atoms to the upper surface of the Si substrate (sample 10) and simultaneously releases cesium atoms from the upper surface of the Si substrate. The detected cesium ions are primary ions recoiled on the upper surface of the Si substrate and cesium ions sputtered and emitted from the upper surface of the Si substrate.

試料10を正電位に保持したとき、質量分析器3によりセシウムイオンが多く検出されるという図8の結果は、試料10電位を正電位にすることで、試料10上面から放出された正電荷を有する一次イオン(一次イオンビーム7の構成イオン)を引き出し電極6側に引きつけることを意味する。これは、試料10上面から放出された一次イオンの試料10上面への再付着が抑制されることを示唆する。本第1実施形態では、一次イオンビーム7が走査線21の外周部分をなす第1の走査線分21a上を照射するとき、試料10の電位が正電位に保持される。このため、照射領域10の外側近傍の非照射領域10b上への、セシウムの飛散および付着が抑制される。   When the sample 10 is held at a positive potential, the mass analyzer 3 detects a large amount of cesium ions. The result shown in FIG. 8 is that the positive charge released from the upper surface of the sample 10 is obtained by setting the potential of the sample 10 to a positive potential. This means that the primary ions (the constituent ions of the primary ion beam 7) are attracted to the extraction electrode 6 side. This suggests that reattachment of primary ions released from the upper surface of the sample 10 to the upper surface of the sample 10 is suppressed. In the first embodiment, when the primary ion beam 7 irradiates the first scanning line segment 21a that forms the outer periphery of the scanning line 21, the potential of the sample 10 is held at a positive potential. For this reason, scattering and adhesion of cesium on the non-irradiated region 10b near the outside of the irradiated region 10 are suppressed.

図8中の曲線Aを参照して、非照射領域10bへのセシウムの飛散を防止するには、試料10電位を、検出されるセシウムイオン強度が極大となる電位の近傍、例えば+6V±1Vとすることが好ましい。これにより、試料10上面から反跳又は放出されたセシウムイオンの多くが、試料10上面に再付着することが妨げられ、非照射領域10b上へのセシウム化合物の形成が効果的に抑制される。さらに、試料10電位を、検出されるイオン強度が極大値のほぼ1/5以内にとどまる電位、例えば+3V〜+10Vとすることで、十分なセシウム化合物の再付着防止効果が得られた。   Referring to curve A in FIG. 8, in order to prevent cesium scattering to the non-irradiated region 10b, the potential of the sample 10 is set near the potential at which the detected cesium ion intensity is maximum, for example, + 6V ± 1V. It is preferable to do. Thereby, many of the cesium ions recoiled or released from the upper surface of the sample 10 are prevented from reattaching to the upper surface of the sample 10, and the formation of the cesium compound on the non-irradiated region 10b is effectively suppressed. Furthermore, by setting the potential of the sample 10 to a potential at which the detected ion intensity stays within approximately 1/5 of the maximum value, for example, +3 V to +10 V, a sufficient effect of preventing reattachment of the cesium compound was obtained.

他方、図8中の曲線Bを参照して、試料10上面にセシウムイオンビームからなる一次イオンビーム7を照射したとき、質量分析器3により検出される30Si- イオン強度は、試料10電位を−30Vから電位を上げる(正電位方向に変化する。)につれて増加し、試料10電位が+3Vで極大となる。さらに試料10電位を下げると、30Si- イオン強度は減少し、0Vでは極大値の1/3程度まで減少する。 On the other hand, referring to the curve B in FIG. 8, when the upper surface of the sample 10 is irradiated with the primary ion beam 7 made of a cesium ion beam, the 30 Si ion intensity detected by the mass analyzer 3 is the potential of the sample 10. It increases as the potential is increased from −30V (changes in the positive potential direction), and the potential of the sample 10 becomes maximum at + 3V. When the potential of the sample 10 is further lowered, the 30 Si - ion intensity decreases, and at 0 V, it decreases to about 1/3 of the maximum value.

従って、二次イオン質量分析の感度を高めるには、検出対象とされる二次イオンの30Si- イオンの強度が極大となる電位の近傍、例えば−3V±1Vに試料10電位を保持することが好ましい。さらに、試料10電位が−3V〜−10Vの範囲で、高感度に30Si- イオンの検出がなされた。 Therefore, in order to increase the sensitivity of the secondary ion mass spectrometry, the potential of the sample 10 is kept near the potential at which the intensity of the 30 Si ion of the secondary ion to be detected becomes a maximum, for example, −3V ± 1V. Is preferred. Furthermore, to the extent of the sample 10 potential -3V-10V, 30 Si with high sensitivity - ion detection was made.

半導体装置を含む電子デバイス分野では、Si、As、P、等の負電荷を有する二次イオンとして観測される原子の深さ方向の濃度分布の測定がしばしば行われる。これらの原子は、試料10電位が−3V〜−10Vの範囲に検出感度(検出されるイオン強度)の極大を有する。従って、一次イオンビーム7が第2の走査線分21b上を走査するときの試料10電位を−3V〜−10Vとすることで、電子デバイス分野で測定が必要とされる原子(負の二次イオンとして観測される原子)の多くを高感度で検出することができる。   In the field of electronic devices including semiconductor devices, the concentration distribution in the depth direction of atoms observed as secondary ions having negative charges such as Si, As, P, etc. is often measured. These atoms have a maximum detection sensitivity (detected ion intensity) in the range where the potential of the sample 10 is −3 V to −10 V. Accordingly, by setting the potential of the sample 10 when the primary ion beam 7 scans the second scanning line segment 21b to −3V to −10V, atoms (negative secondary) that require measurement in the electronic device field are required. Many of the atoms observed as ions) can be detected with high sensitivity.

図9は本発明の第1実施形態の試料上面のレーザー顕微鏡像であり、二次イオン質量分析終了後の試料上面に付着したセシウムイオン化合物の分布を表している。図10は比較例の試料上面のレーザ顕微鏡像であり、比較例における二次イオン質量分析終了後の試料上面に付着したセシウム化合物の分布を表している。図中に白抜きの破線で照射領域10aを示し、その外側は非照射領域10bを示している。なお、比較例の二次イオン質量分析は、試料10電位を−3Vに保持したことを除き、他は、一次イオンビーム7、走査線21および試料10の材質を含め第1実施形態と同一条件下でなされた。   FIG. 9 is a laser microscope image of the upper surface of the sample according to the first embodiment of the present invention, and shows the distribution of the cesium ion compound attached to the upper surface of the sample after completion of secondary ion mass spectrometry. FIG. 10 is a laser microscope image of the upper surface of the sample of the comparative example, and shows the distribution of the cesium compound attached to the upper surface of the sample after the completion of secondary ion mass spectrometry in the comparative example. In the drawing, the irradiation area 10a is indicated by a white broken line, and the non-irradiation area 10b is indicated on the outside thereof. The secondary ion mass spectrometry of the comparative example is the same as that of the first embodiment except for the material of the primary ion beam 7, the scanning line 21, and the sample 10 except that the potential of the sample 10 is kept at −3V. It was made below.

図9を参照して、本発明の第1実施形態の試料10では、照射領域10a上および照射領域10aの外側に延在する非照射領域10b上にセシウム化合物は観測されなかった。これに比べて、図10を参照して、比較例では、照射領域10a内にはセシウム化合物は観測されなかったものの、照射領域10aの外周を取り巻くように非照射領域10b上に付着したセシウム化合物が観測された。   Referring to FIG. 9, in sample 10 of the first embodiment of the present invention, no cesium compound was observed on irradiation region 10a and non-irradiation region 10b extending outside irradiation region 10a. In comparison, referring to FIG. 10, in the comparative example, the cesium compound was not observed in the irradiated region 10a, but adhered to the non-irradiated region 10b so as to surround the outer periphery of the irradiated region 10a. Was observed.

図11は本発明の第1実施形態の試料上面のオージェ分析結果を表す図であり、図11(b)は照射領域10aと非照射領域10bとの境界近傍のオージェ像を、図11(a)は図11(b)中に矢印で示す境界に垂直な直線L1〜L3に沿って測定されたオージェ電子強度を表している。図12は比較例の試料上面のオージェ分析結果を表す図であり、図12(b)は照射領域10aと非照射領域10bとの境界近傍のオージェ像を、図12(a)は図12(b)中に矢印で示す境界に垂直な直線L1〜L3に沿って観測されたオージェ電子強度を表している。   FIG. 11 is a diagram showing an Auger analysis result on the upper surface of the sample according to the first embodiment of the present invention. FIG. 11B shows an Auger image in the vicinity of the boundary between the irradiated region 10a and the non-irradiated region 10b. ) Represents the Auger electron intensity measured along the straight lines L1 to L3 perpendicular to the boundary indicated by the arrow in FIG. FIG. 12 is a diagram showing an Auger analysis result on the upper surface of the sample of the comparative example. FIG. 12B is an Auger image near the boundary between the irradiated region 10a and the non-irradiated region 10b, and FIG. b) The Auger electron intensity observed along the straight lines L1 to L3 perpendicular to the boundary indicated by the arrows in FIG.

図11(a)を参照して、本第1実施形態の試料10では、セシウム化合物として検出されるオージェ電子強度は、照射領域10a内でほぼ一定の値をなし、非照射領域10bでは急激に減少している。   Referring to FIG. 11A, in the sample 10 of the first embodiment, the Auger electron intensity detected as a cesium compound has a substantially constant value in the irradiated region 10a, and abruptly in the non-irradiated region 10b. is decreasing.

この非照射領域10bでの減少は、本第1実施形態では非照射領域10b上にセシウム化合物がほとんど形成されないことを示している。一方、照射領域10a内で一定値をとることは、照射領域10a内では一次イオンビーム7により供給されるセシウムと、試料上面から放出されるセシウムとが平衡状態になり、一定組成の化合物が形成されていることを示している。   This decrease in the non-irradiated region 10b indicates that almost no cesium compound is formed on the non-irradiated region 10b in the first embodiment. On the other hand, taking a constant value in the irradiation region 10a means that in the irradiation region 10a, the cesium supplied by the primary ion beam 7 and the cesium released from the upper surface of the sample are in an equilibrium state to form a compound having a constant composition. It has been shown.

図12(a)を参照して、比較例の試料10では、セシウム化合物として検出されるオージェ電子強度は、照射領域10a内では第1実施形態と同様の一定値をとる一方で、非照射領域10bで急激に増加する。   Referring to FIG. 12A, in the sample 10 of the comparative example, the Auger electron intensity detected as the cesium compound takes a constant value similar to that in the first embodiment in the irradiation region 10a, while the non-irradiation region. It increases rapidly at 10b.

この事実は、照射領域10a内では第1実施形態と同様に、平衡状態の一定組成の化合物が形成されるのに対して、非照射領域10bにはセシウムを高濃度に含むセシウム化合物が形成されたことを明らかにしている。   This fact is similar to the first embodiment in that the compound having a constant composition is formed in the irradiated region 10a, whereas the non-irradiated region 10b is formed with a cesium compound containing a high concentration of cesium. It is made clear.

上述したように、本第1実施形態では走査線21の外周部分である第1の走査線分21a上を一次イオンビーム7が走査する間、試料10電位を正電位に保持することで、非照射領域10b上へのセシウム化合物の形成が抑制されている。このため、試料10上面へ付着するセシウム化合物に起因する仕事関数の変動が少なく、測定中の二次イオン化率の変化が小さいので、精密な二次イオン質量分析が実現される。なお、照射領域10a内のセシウム濃度は従来の二次イオン質量分析方法と同様に、一定値に保持される。このため、仕事関数は一定にたもたれるので、分析精度へ及ぼす悪影響は小さい。   As described above, in the first embodiment, while the primary ion beam 7 scans the first scanning line segment 21a that is the outer peripheral portion of the scanning line 21, the potential of the sample 10 is maintained at a positive potential. Formation of the cesium compound on the irradiation region 10b is suppressed. For this reason, since the work function variation caused by the cesium compound adhering to the upper surface of the sample 10 is small and the change in the secondary ionization rate during measurement is small, accurate secondary ion mass spectrometry is realized. Note that the cesium concentration in the irradiation region 10a is maintained at a constant value as in the conventional secondary ion mass spectrometry method. For this reason, since the work function is kept constant, the adverse effect on the analysis accuracy is small.

さらに本第1実施形態では、第1の走査線分21a上を走査する間、試料10電位が正電位に保持されることで、この間の負の二次イオンの検出が抑制される。このため、照射領域10aに形成される凹部22周縁の傾斜面から放出される二次イオンの検出は抑制され、エッジ効果による深さ方向の分解能の劣化が回避される。とくに、第2の走査線分21b上の走査時のみ試料10電位を負電位とすることで、観測領域10c内から放出される負の二次イオンを選択的に検出することができる。この場合、第1の走査線分21aおよび第3の走査線分21cが延在する観測領域10cと照射領域10aを合わせた広い幅の領域から放出される二次イオンの検出が抑制される。このため、エッジ効果はより効果的に抑制される。   Further, in the first embodiment, the potential of the sample 10 is held at a positive potential while scanning on the first scanning line segment 21a, so that detection of negative secondary ions during this period is suppressed. For this reason, detection of secondary ions emitted from the inclined surface of the periphery of the concave portion 22 formed in the irradiation region 10a is suppressed, and deterioration of resolution in the depth direction due to the edge effect is avoided. In particular, negative secondary ions emitted from within the observation region 10c can be selectively detected by setting the sample 10 potential to a negative potential only during scanning on the second scanning line segment 21b. In this case, detection of secondary ions emitted from a wide region including the observation region 10c and the irradiation region 10a in which the first scanning line segment 21a and the third scanning line segment 21c extend is suppressed. For this reason, the edge effect is more effectively suppressed.

なお、試料10電位が正電位に保持される走査領域、例えば第1の走査線分21aが延在する領域の幅が広いほど、その内側の領域から放出される一次イオンの非照射領域21b上への飛散、付着を効果的に抑止することができる。従って、一次イオン化合物の形成防止の観点からは、第1の走査線分21aの巻回数を多くすることが好ましい。しかし、第1の走査線分21aの巻回数が多いと、広い観測領域10cをとることができないので、必要に応じて適切に巻回数を設定しなければならない。   Note that the wider the width of the scanning region where the potential of the sample 10 is held at a positive potential, for example, the region where the first scanning line segment 21a extends, the higher the non-irradiation region 21b of the primary ions emitted from the inner region. Scattering and adhesion to the can be effectively suppressed. Therefore, from the viewpoint of preventing the formation of the primary ion compound, it is preferable to increase the number of turns of the first scanning line segment 21a. However, if the number of turns of the first scanning line segment 21a is large, a wide observation region 10c cannot be obtained. Therefore, the number of turns must be appropriately set as necessary.

同様の一次イオンの飛散抑制の効果は、第3の走査線分21cを走査する間、試料10電位を正電位に保持することでも達成できる。この場合、後述する第2実施形態と同様の実施形態となる。   The same effect of suppressing scattering of primary ions can be achieved by holding the potential of the sample 10 at a positive potential while scanning the third scanning line segment 21c. In this case, the second embodiment will be described later.

図4を参照して、本第1実施形態では、走査線21をスパイラル状に設定した。この走査線21をラスタスキャンとすることも考えられる。しかし、照射領域10aをラスタスキャンして本第1実施形態のように照射領域10aの周辺部の走査時に試料10電位を正電位とするには、各スキャンごとに走査線の両端部で試料10電位が正電位になるようにスキャンと同期して電源4を制御しなければならず、制御が複雑になるので好ましくない。   Referring to FIG. 4, in the first embodiment, the scanning line 21 is set in a spiral shape. It is also conceivable that the scanning line 21 is a raster scan. However, in order to make the sample 10 potential positive during raster scanning of the irradiation region 10a and scanning the periphery of the irradiation region 10a as in the first embodiment, the sample 10 is detected at both ends of the scanning line for each scan. The power supply 4 must be controlled in synchronization with the scan so that the potential becomes a positive potential, which is not preferable because the control becomes complicated.

また、照射領域10a内の中央部分、即ち第2および第3の走査線分21b、21cが延在する領域のみをラスタスキャンすることも考えられる。   It is also conceivable to raster scan only the central portion in the irradiation area 10a, that is, the area where the second and third scanning line segments 21b and 21c extend.

図13は他の走査方法を表す図であり、図13(a)は照射領域10の中央部分をラスタスキャンする走査線を、図13(b)は図13(b)は図13(a)のA−A’断面の試料10の形状を表している。   FIG. 13 is a diagram showing another scanning method. FIG. 13A shows a scanning line for raster scanning the central portion of the irradiation region 10, FIG. 13B shows a scanning line in FIG. 13B, and FIG. The shape of the sample 10 of AA 'cross section of is shown.

図13(a)を参照して、この他の走査方法では、スパイラルの外周部分を構成する点P1からP2に至る第1の走査線分21aを、第1実施形態の第1の走査線分21aと同じとした。そして、点P2から点P4に至る領域をラスタスキャンすると仮定した。   Referring to FIG. 13A, in this other scanning method, the first scanning line segment 21a extending from the points P1 to P2 constituting the outer peripheral portion of the spiral is replaced with the first scanning line segment of the first embodiment. Same as 21a. Then, it is assumed that the area from point P2 to point P4 is raster scanned.

図13(b)を参照して、この場合、第1の走査線分21a上の一次イオンビーム7の走査により形成される溝22−1、22−2に、ラスタスキャンにより形成される溝22xが垂直に当接する。従って、溝22xが溝22−1、22−2の手前で終端すると、凹部22の底面に突起23が形成される。また、溝22−1、22−2に重なって終端すると、凹部22の底面に窪みが形成される。かかる突起23および窪みは凹部22底面の平坦度を損ない、分析精度の劣化の要因となるので好ましくない。これら突起23および窪みの形成を防ぐには、ラスタスキャンにより形成される溝22xの両端位置を精密に制御しなければならず、一次イオンビーム7の走査の制御が難しい。従って、走査線21はスパイラル状に設定されることが望ましい。   Referring to FIG. 13B, in this case, grooves 22x and 22-2 formed by scanning the primary ion beam 7 on the first scanning line segment 21a are formed into grooves 22x formed by raster scanning. Abut vertically. Therefore, when the groove 22x terminates in front of the grooves 22-1 and 22-2, a protrusion 23 is formed on the bottom surface of the recess 22. When the grooves 22-1 and 22-2 are overlapped and terminated, a recess is formed on the bottom surface of the recess 22. Such protrusions 23 and depressions are not preferable because they impair the flatness of the bottom surface of the recesses 22 and cause deterioration in analysis accuracy. In order to prevent the formation of the protrusions 23 and the depressions, it is necessary to precisely control the positions of both ends of the groove 22x formed by the raster scan, and it is difficult to control the scanning of the primary ion beam 7. Therefore, the scanning line 21 is desirably set in a spiral shape.

本発明の第2実施形態は、走査線が第1の走査線と第2の走査線から構成される二次イオン質量分析方法に関する。   The second embodiment of the present invention relates to a secondary ion mass spectrometry method in which a scanning line includes a first scanning line and a second scanning line.

図14は本発明の第2実施形態の一次イオンビームの走査方法を表す図であり、試料面内の走査線の形状を表している。   FIG. 14 is a diagram showing a scanning method of a primary ion beam according to the second embodiment of the present invention, and shows the shape of the scanning line in the sample surface.

図14を参照して、本第2実施形態の走査線21は、図4に示す第1実施形態の走査線21と同一形状を有する。しかし、走査線21が第1の走査線分21aと第2の走査線分21bから構成される点で第1実施形態と異なる。   Referring to FIG. 14, the scanning line 21 of the second embodiment has the same shape as the scanning line 21 of the first embodiment shown in FIG. However, the first embodiment differs from the first embodiment in that the scanning line 21 includes a first scanning line segment 21a and a second scanning line segment 21b.

第2実施形態では、第1の走査線分21aは、点P1から、スパイラルの最外周、即ちスパイラルの外周を1回巻回した点P2に至る走査線21として構成される。なお、この第1の走査線分21aを、図4に示す第1実施形態と同様に複数回巻回する第1の走査線分21aとすることもできる。   In the second embodiment, the first scanning line segment 21a is configured as the scanning line 21 extending from the point P1 to the outermost periphery of the spiral, that is, the point P2 obtained by winding the outer periphery of the spiral once. The first scanning line segment 21a may be the first scanning line segment 21a wound a plurality of times as in the first embodiment shown in FIG.

第2実施形態では、第1の走査線分21aに続けて、第2の走査線分21bが直接接続される。即ち、第1実施形態における第3の走査線分21cが除かれている。即ち、第1の走査線分21aの端の点P2と、第2の走査線分21bの端の点P3とが一致する。その結果、照射領域10aの外周と観測領域10cの外周との間(以下、「観測領域外縁部10d」という。)を、第1の走査線分21aが観測領域10cの外周外側を一周するように設定される。。   In the second embodiment, the second scanning line segment 21b is directly connected to the first scanning line segment 21a. That is, the third scanning line segment 21c in the first embodiment is excluded. That is, the end point P2 of the first scanning line segment 21a coincides with the end point P3 of the second scanning line segment 21b. As a result, between the outer periphery of the irradiation region 10a and the outer periphery of the observation region 10c (hereinafter referred to as “observation region outer edge portion 10d”), the first scanning line segment 21a makes a round around the outer periphery of the observation region 10c. Set to .

試料10電位は、第1実施形態と同様、一次イオンビーム7が第1の走査線分21a上を走査している間は引き出し電極6に対して正電位に保持され、一次イオンビーム7が第2の走査線分21b上を走査している間は負電位に保持される。   Similar to the first embodiment, the potential of the sample 10 is maintained at a positive potential with respect to the extraction electrode 6 while the primary ion beam 7 scans the first scanning line segment 21a, and the primary ion beam 7 is While scanning the second scanning line segment 21b, the negative potential is maintained.

従って、二次イオン質量分析は、第2の走査線分21bが延在する観測領域10c内でなされる。他方、第1の走査線分21aが延在する観測領域外縁部10d内では、二次イオン質量分析はなされず、一次イオンの試料10上面への飛散と付着が抑制される。   Therefore, the secondary ion mass spectrometry is performed in the observation region 10c where the second scanning line segment 21b extends. On the other hand, in the observation region outer edge 10d where the first scanning line segment 21a extends, secondary ion mass spectrometry is not performed, and scattering and adhesion of primary ions to the upper surface of the sample 10 are suppressed.

本第実施形態では、試料10電位を2つの電位に制御すれば足りるので、第1実施形態に比べてコントローラ30の設定が簡易である。また、第3の走査線分21cを設けないので、観測領域10cを広く設定することができる。   In the present embodiment, it is sufficient to control the potential of the sample 10 to two potentials, so that the setting of the controller 30 is simpler than in the first embodiment. Further, since the third scanning line segment 21c is not provided, the observation region 10c can be set wide.

本発明を負の二次イオンを検出する二次イオン質量分析方法に適用することで、試料表面への一次イオン化合物の付着を少なく精密な元素濃度の分析がなされ、かつ深さ方向の分解能が高い二次イオン質量分析方法が実現される。   By applying the present invention to a secondary ion mass spectrometry method for detecting negative secondary ions, the analysis of a precise element concentration with less adhesion of primary ion compounds to the sample surface can be performed, and the resolution in the depth direction can be improved. A high secondary ion mass spectrometry method is realized.

1 真空チャンバ
2 イオンガン
3 質量分析器
4 電源
5 試料保持台
6 引き出し電極
6a 開口
7 一次イオンビーム
8 一次イオン
9 二次イオン
10、110 試料
10a、110a 照射領域
10b、110b 非照射領域
10c 観測領域
10d 観測領域外縁部
21 走査線
21a 第1の走査線分
21b 第2の走査線分
21c 第3の走査線分
22、101 凹部
22−1〜22−7、22x 溝
23 突起
30 コントローラ
100 二次イオン質量分析装置
102 メサ
103 溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Ion gun 3 Mass analyzer 4 Power supply 5 Sample holding stand 6 Extraction electrode 6a Opening 7 Primary ion beam 8 Primary ion 9 Secondary ion 10, 110 Sample 10a, 110a Irradiation area 10b, 110b Non-irradiation area 10c Observation area 10d Observation region outer edge 21 Scan line 21a First scan line segment 21b Second scan line segment 21c Third scan line segment 22, 101 Recess 22-1 to 22-7, 22x Groove 23 Projection 30 Controller 100 Secondary ion Mass spectrometer 102 Mesa 103 Groove

Claims (5)

アルカリ金属イオンの一次イオンビームを、試料の表面に設定された走査線に沿って前記試料表面を走査し、前記試料表面から放出される負電荷を有する二次イオンの質量分析を行う二次イオン質量分析方法において、
スパイラル状の前記走査線に沿って1回以上巻回され、かつ前記スパイラルの最外周を含む第1の走査線分上を前記一次イオンビームが走査するときに、二次イオン引出し電極に対する前記試料の電位が正電位になるように、前記引出し電極および前記試料の電位を制御する工程と、
前記第1の走査線分より前記スパイラルの内側に位置し、かつ前記スパイラルの最内端に至る第2の走査線分上を前記一次イオンビームが走査するときに、二次イオン引出し電極に対する前記試料の電位が負電位になるように、前記引出し電極および前記試料の電位を制御する工程と、
を有することを特徴とする二次イオン質量分析方法。
A secondary ion that scans the surface of the sample with a primary ion beam of an alkali metal ion along a scanning line set on the surface of the sample, and performs mass analysis of secondary ions having a negative charge emitted from the surface of the sample. In the mass spectrometry method,
The sample with respect to a secondary ion extraction electrode when the primary ion beam scans a first scanning line segment that is wound at least once along the spiral scanning line and includes the outermost periphery of the spiral. Controlling the potential of the extraction electrode and the sample so that the potential of
When the primary ion beam scans on the second scanning line segment that is located inside the spiral from the first scanning line segment and reaches the innermost end of the spiral, the secondary ion extraction electrode Controlling the extraction electrode and the potential of the sample such that the potential of the sample becomes a negative potential;
A secondary ion mass spectrometry method comprising:
前記第1の走査線分は、前記スパイラルの最外周であることを特徴とする請求項1記載の二次イオン質量分析方法。   The secondary ion mass spectrometry method according to claim 1, wherein the first scanning line segment is an outermost circumference of the spiral. 前記一次イオンビームが前記第1の走査線分を走査する間、前記試料表面から放出される二次イオンの検出又は計数動作を停止することを特徴とする請求項1または2記載の二次イオン質量分析方法。 The secondary ion according to claim 1 or 2, wherein the detection or counting operation of secondary ions emitted from the sample surface is stopped while the primary ion beam scans the first scanning line segment. Mass spectrometry method. 前記一次イオンビームが、Cs+ イオンビームであることを特徴とする請求項1、2又は3記載の二次イオン質量分析方法。   4. The secondary ion mass spectrometry method according to claim 1, wherein the primary ion beam is a Cs + ion beam. 前記負電位が、−3V〜−10Vであり、
前記正電位が、+3V〜+10Vであることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の二次イオン質量分析方法。
The negative potential is −3 V to −10 V;
The secondary ion mass spectrometry method according to any one of claims 1 to 4, wherein the positive potential is + 3V to + 10V.
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JPH03138844A (en) * 1989-10-25 1991-06-13 Hitachi Ltd Ion micro-analyzer
JP2877590B2 (en) * 1991-11-01 1999-03-31 キヤノン株式会社 Method for neutralizing charge on insulator sample and secondary ion mass spectrometer
JP2008232838A (en) * 2007-03-20 2008-10-02 Fujitsu Ltd Depth-directional element concentration analytical method
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