JPH01264161A - Secondary ion mass spectrographic equipment - Google Patents

Secondary ion mass spectrographic equipment

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Publication number
JPH01264161A
JPH01264161A JP63092348A JP9234888A JPH01264161A JP H01264161 A JPH01264161 A JP H01264161A JP 63092348 A JP63092348 A JP 63092348A JP 9234888 A JP9234888 A JP 9234888A JP H01264161 A JPH01264161 A JP H01264161A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
primary
electron beam
ion beam
ion
Prior art date
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Pending
Application number
JP63092348A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Doi
土井 紘
Masatake Kishino
岸野 正剛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP63092348A priority Critical patent/JPH01264161A/en
Publication of JPH01264161A publication Critical patent/JPH01264161A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to carryout identification and detection etc., of a very small amount of impurities resulting from the detection of a secondary ion, while observing a sample with high precision without damaging the sample by radiating a primary electron beam from the same or about the same direction as tie direction from which a primary ion beam is radiated. CONSTITUTION:A charged particle source 3 which is capable of emitting a primary ion beam and a primary electron beam simultaneously or selectively, is provided so that said primary electron beam 5 is radiated onto a sample 2 from the same or about the same direction as the direction from which the primary ion beam 4 is radiated. For example, a negative ion beam and an electron beam are radiated at any time onto the identical part of said sample 2 from the same direction, so that images resulting from the electron beam 5 and the ion beam 4 are mated with each other in a wide region of the sample 2, then the ion beam 4 can be precisely radiated onto a part of the sample 2 to be detected, based upon the image resulting from the electron beam 5 having no sputtering action, etc., on said sample 2. Consequently this makes it possible to carryout identification and detection etc., of a very small amount of impurities resulting from the detection of a secondary ion while observing the sample with high precision without damaging it.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、二次イオン質量分析技術に関し、特に、半導
体集積回路素子の製造プロセスにおける微量不純物元素
の検出によるプロセス評価技術に適用して有効な技術に
関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to secondary ion mass spectrometry technology, and is particularly effective when applied to process evaluation technology by detecting trace impurity elements in the manufacturing process of semiconductor integrated circuit devices. related to technology.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体集積回路素子の製造プロセスにおいては、半導体
集積回路素子の高集積化および微細化などに伴って、p
pmおよびppt程度の極微量の不純物元素の存在が半
導体集積回路素子の性能や歩留りなどに大きく影響する
に至ってふり、微小領域における微量不純物元素の高精
度の検出が必須となっている。
In the manufacturing process of semiconductor integrated circuit devices, p
The presence of extremely small amounts of impurity elements on the order of pm and ppt has come to greatly affect the performance and yield of semiconductor integrated circuit devices, and highly accurate detection of trace impurity elements in minute regions has become essential.

このような要請に呼応すべく近年では、次のような二次
イオン質量分析装置などが用いられるに至っている。
In response to such demands, the following secondary ion mass spectrometers and the like have come into use in recent years.

その概要は、試料の検査部位をイオンビームによって走
査する際に発生する二次電子や二次イオンの検出信号を
イオンビームの走査と同期した陰極線管の輝度変調信号
として用いることにより検査部位の画像を構成して観察
する。そして、この画像に基づいて目的の分析箇所を特
定した後、当該分析箇所にイオンビームを集中的に照射
し、この時、分析箇所から発生する二次イオンを質量分
析器などに導いてイオンの種別および量などを精密に検
知することにより、試料の特定の部位の表面および断面
方向における微量不純物元素の分布などを把握しようと
するものである。
The outline of this method is to use the detection signals of secondary electrons and secondary ions generated when scanning the inspection area of a sample with an ion beam as a brightness modulation signal of a cathode ray tube that is synchronized with the scanning of the ion beam. Construct and observe. After identifying the target analysis location based on this image, the ion beam is intensively irradiated to the analysis location, and the secondary ions generated from the analysis location are guided to a mass spectrometer etc. By precisely detecting the type and amount, it attempts to understand the distribution of trace impurity elements on the surface and in the cross-sectional direction of a specific part of the sample.

なお、二次イオン質量分析装置については、株式会社工
業調査会、昭和59年11月20日発行、「電子材料J
 1984年11月号別冊、P91〜P96に記載され
ている。
Regarding secondary ion mass spectrometers, please refer to "Electronic Materials J.
It is described in the November 1984 special edition, pages 91 to 96.

〔発明が解決“しようとする課題〕[Problem that the invention attempts to solve]

ところが、上記のような従来技術では、分析箇所の特定
などの目的で、二次イオンの質量分析器による検出に先
立って行われるイオンビーム走査によるスパッタリング
作用のために目的の微量不純物元素が失われることは避
けられず、分析作業自体が不可能になるという問題があ
る。
However, with the above-mentioned conventional techniques, trace impurity elements are lost due to the sputtering effect caused by ion beam scanning, which is performed prior to detection of secondary ions by a mass spectrometer, for purposes such as identifying analysis locations. This is unavoidable, and there is a problem in that the analysis work itself becomes impossible.

このため、たとえば、試料に照射されるイオンビームと
は個別に設けられた電子光学系によって試料に電子ビー
ムを照射することにより、走査電子顕@鏡の原理によっ
て目的の分析位置の特定などを行うことが考えられるが
、試料に対するイオンビームと電子ビームの照射方向が
異なるため、試料の全領域にふいて電子ビーム右よびイ
オンビームによる画像を一致させることが難しいととも
に、試料が絶縁物の場合には電子ビームの照射による帯
電によって後のイオンビーム照射による二次イオンの分
析が困難になるなどの新たな問題を生じるものである。
For this reason, for example, by irradiating the sample with an electron beam using an electron optical system that is separate from the ion beam that is irradiated on the sample, the target analysis position can be identified using the principle of a scanning electron microscope. However, since the directions of irradiation of the ion beam and electron beam on the sample are different, it is difficult to match the electron beam image and the ion beam image across the entire sample area, and it is difficult to match the image of the electron beam and the ion beam when the sample is an insulator. This causes new problems such as charging caused by electron beam irradiation, which makes it difficult to analyze secondary ions by subsequent ion beam irradiation.

そこで、本発明の目的は、試料を損なうことな(高精度
に観察しながら二次イオンの検出による!に景不純物の
同定右よび検出などを行うことが可能な二次イオン質量
分析技術を提供することにある。
Therefore, the purpose of the present invention is to provide a secondary ion mass spectrometry technique that can identify and detect impurities without damaging the sample (by detecting secondary ions while observing with high precision). It's about doing.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述右よび添付図面から明らかになるであろう
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本願において開示される発明のらち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。
A brief overview of representative inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、一次イオンビームおよび一次電子ビームを同
時または選択的に放射することが可能な荷電粒子源を設
け、試料に対して一次イオンビームの照射方向と同一ま
たはほぼ等しい方向から一次電子ビームを照射するよう
にしたものである。
That is, a charged particle source capable of simultaneously or selectively emitting a primary ion beam and a primary electron beam is provided, and the sample is irradiated with the primary electron beam from the same or approximately the same direction as the irradiation direction of the primary ion beam. This is how it was done.

〔作用〕[Effect]

上記した手段によれば、たとえば負のイオンビームと電
子ビームとを同一方向から試料の同一部位に随時照射す
ることで、電子ビームおよびイオンビームによる画像を
試料の広い領域で一致させることができ石。
According to the above-mentioned means, for example, by irradiating the same part of the sample from the same direction with a negative ion beam and an electron beam at any time, images produced by the electron beam and ion beam can be made to match over a wide area of the sample. .

これにより、試料にスパッタリング作用などを及ぼすこ
とのない電子ビームによる画像に基づいて特定される当
該試料の検査部位に対してイオンビームを正確に照射す
ることが可能となり、試料を損なうことなく高精度に観
察しながら二次イオンの検出による微量不純物の同定お
よび検出などを行うことができる。
This makes it possible to accurately irradiate the ion beam to the inspection area of the sample, which is identified based on the image of the electron beam without causing any sputtering effects on the sample, with high precision without damaging the sample. It is possible to identify and detect trace impurities by detecting secondary ions while observing them.

〔実施例1〕 第1図は、本発明の一実施例である二次イオン質量分析
装置の要部を示す説明図であり、第2図は、その荷電粒
子源の一例を示す断面図である。
[Example 1] Fig. 1 is an explanatory diagram showing the main parts of a secondary ion mass spectrometer that is an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a sectional view showing an example of the charged particle source. be.

水平面内にふける移動および上下動などが自在な試料台
lの上には、たとえば、所定のパターンAが形成された
半導体ウェハや半導体ベレットなどの試料2が載置され
ている。
A sample 2, such as a semiconductor wafer or a semiconductor pellet on which a predetermined pattern A is formed, is placed on a sample stage l that can freely move in a horizontal plane and move up and down.

試料台lの上方には、試料台1に載置された試料2に対
して所定の角度に軸を傾斜させた荷電粒子源3が設けら
れている。
A charged particle source 3 whose axis is inclined at a predetermined angle with respect to the sample 2 placed on the sample stage 1 is provided above the sample stage 1 .

この荷電粒子3は、たとえば第2図に示されるようなデ
ュオプラズマトロンのような気体放電型イオン銃で構成
されている。
The charged particles 3 are constituted by a gas discharge type ion gun such as a duoplasmatron as shown in FIG. 2, for example.

すなわち、第2図に示されるように荷電粒子源3は、ホ
ローカソード31および中央部軸方向に荷電粒子が通過
する透孔が形成された中間電極32、アノード33.引
き出し電極34などを同軸に配置して構成されており、
中間電極32の周囲には、当該中間電極32とアノード
33とが磁極となって軸方向に磁場を形成する磁石35
が配置されている。
That is, as shown in FIG. 2, the charged particle source 3 includes a hollow cathode 31, an intermediate electrode 32 having a through hole formed in the central axial direction through which charged particles pass, an anode 33. It is constructed by coaxially arranging the extraction electrode 34, etc.
Around the intermediate electrode 32, a magnet 35 is provided, in which the intermediate electrode 32 and the anode 33 serve as magnetic poles to form a magnetic field in the axial direction.
is located.

また、ホローカソード31と中間電極32およびアノー
ド33と引き出し電極34との間には、それぞれ放電電
源36および加速電源37が接続されている。
Further, a discharge power source 36 and an acceleration power source 37 are connected between the hollow cathode 31 and the intermediate electrode 32, and between the anode 33 and the extraction electrode 34, respectively.

ホローカソード31と中間電極32との間には、ガスノ
ズル38からソースガス39が導入されるように構成さ
れている。
A source gas 39 is introduced between the hollow cathode 31 and the intermediate electrode 32 from a gas nozzle 38 .

そして、このソースガス39をアーク放電によってプラ
ズマ化し、さらに磁石35によってアノード33に高密
度に収束させた後、アノード33と引き出し電′極34
との間の電位差によって加速することにより、プラズマ
中の目的のイオン種および電子などが、一次イオンビー
ム4および一次電子ビーム5として外部に取り出される
とともに、ホローカソード31.中間電極32.アノー
ド33、引き出し電極34の相互の軸調整や、アノード
33を中間電極32に対して偏心させることなどにより
、随時、一次イオンビーム4および一次電子ビーム5が
個別にまたは同時に得られるものである。
Then, this source gas 39 is turned into plasma by arc discharge, and is further focused on the anode 33 with high density by the magnet 35, and then the anode 33 and the extraction electrode 34 are
The target ion species and electrons in the plasma are extracted to the outside as the primary ion beam 4 and the primary electron beam 5 by being accelerated by the potential difference between the hollow cathodes 31 . Intermediate electrode 32. The primary ion beam 4 and the primary electron beam 5 can be obtained individually or simultaneously at any time by mutually adjusting the axes of the anode 33 and the extraction electrode 34, or by making the anode 33 eccentric with respect to the intermediate electrode 32.

プラズマが集積し、放電電源36の電力が集中するアノ
ード33の中央部は、たとえば、中央部に透孔が形成さ
れた高耐熱性の金属などからなるアノードボタン33a
で構成されている。
The central part of the anode 33 where plasma accumulates and the power of the discharge power source 36 concentrates is an anode button 33a made of, for example, a highly heat-resistant metal with a through hole formed in the central part.
It consists of

一方、荷電粒子源3から試・料金lに載置された試料2
に至る一次イオンビーム4および一次電子ビーム5の経
路には、静電型の収束レンズ6、スリット7、静電型の
収束レンズ8.走査用偏向器9が順次配設されており、
試料20表面に対して、たとえば数十人〜数百人の大き
さに収束した一次イオンビーム4および一次電子ビーム
5が走査されるように構成されている。
On the other hand, the sample 2 placed on the sample 1 from the charged particle source 3
The paths of the primary ion beam 4 and the primary electron beam 5 leading to the point include an electrostatic converging lens 6, a slit 7, an electrostatic converging lens 8. Scanning deflectors 9 are sequentially arranged,
The surface of the sample 20 is configured to be scanned with a primary ion beam 4 and a primary electron beam 5, which are converged to a size of, for example, several tens to hundreds of beams.

また、収束レンズ6および8の前段には、軸調整レンズ
10および11が配設されており、一次イオンビーム4
および一次電子ビーム5を前述のように収束させる際に
発生する各種収差が除去または低減される構造とされて
いる。
Further, in front of the convergent lenses 6 and 8, axis adjustment lenses 10 and 11 are arranged, and the primary ion beam 4
Furthermore, the structure is such that various aberrations that occur when the primary electron beam 5 is converged as described above are eliminated or reduced.

さらに、この場合、前記軸調整レンズlOおよび11の
前段には、それぞれ、一次イオンビーム4よりも磁場の
影響を受けやすい一次電子ビーム5の各種収差を補正す
る磁場型の電子ビーム補正器12および電子ビーム補正
器13(磁場レンズまたは磁場偏向系)が配置されてい
る。
Furthermore, in this case, a magnetic field-type electron beam corrector 12 and An electron beam corrector 13 (magnetic field lens or magnetic field deflection system) is arranged.

試料台1に載置された試料2の近傍には、当該試料2に
対して一次イオンビーム4または一次電子ビーム5が入
射する際に発生する二次電子5aを検出する二次電子検
出器14が設けられており、一次イオンビーム4または
一次電子ビーム5の試料2に対する走査と同期した図示
しない陰極線管の輝度変調信号として二次電子5aの検
出信号を入力することにより、試料2の一次イオンビー
ム4の入射部位の画像が、たとえば一次イオンビーム4
のみの走査によって発生する二次イオン4aに基づく画
像と等価に観察されるように構成されている。
A secondary electron detector 14 is installed near the sample 2 placed on the sample stage 1 to detect secondary electrons 5a generated when the primary ion beam 4 or the primary electron beam 5 is incident on the sample 2. is provided, and by inputting the detection signal of the secondary electrons 5a as a brightness modulation signal of a cathode ray tube (not shown) synchronized with the scanning of the primary ion beam 4 or the primary electron beam 5 with respect to the sample 2, the primary ions of the sample 2 are detected. The image of the incident site of the beam 4 is, for example, the primary ion beam 4.
It is configured so that it can be observed equivalently to an image based on secondary ions 4a generated by scanning only.

さらに、試料2の近傍には、一次イオンビーム4の入射
によって発生する二次イオン4aを捕捉する二次イオン
引き出しレンズ15.ビーム補正レンズ16.ビーム補
正偏向器17.トロイダル電場または球面電場形成器1
8.絞りを兼ねる補正レンズ19.電磁場形成器20.
散乱粒子除去用電場形成器21.イオンコレクタスリッ
ト22゜二次イオン4aを二次電子に変換して増幅する
二次電子増倍管23.スリット24.検出器25などか
らなる質量分析系Mが設けられており、一次イオンビー
ム4の入射によって試料20目的の検査部位から発生す
る二次イオン4aの種別や量が精密に検出可能にされて
いる。
Furthermore, in the vicinity of the sample 2, a secondary ion extraction lens 15. Beam correction lens 16. Beam correction deflector 17. Toroidal electric field or spherical electric field generator 1
8. Correction lens that also serves as an aperture 19. Electromagnetic field generator 20.
Electric field generator for removing scattered particles 21. Ion collector slit 22° Secondary electron multiplier tube 23 that converts the secondary ions 4a into secondary electrons and amplifies them. Slit 24. A mass spectrometry system M consisting of a detector 25 and the like is provided, and the type and amount of secondary ions 4a generated from the target inspection site of the sample 20 by the incidence of the primary ion beam 4 can be accurately detected.

また、特に図示しないが、上述の各部は、所望の真空度
に排気される真空室内に収容されている。
Further, although not particularly illustrated, each of the above-mentioned parts is housed in a vacuum chamber that is evacuated to a desired degree of vacuum.

以下、本実施例の二次イオン質量分析装置の作用を図面
を引用しながら説明する。
Hereinafter, the operation of the secondary ion mass spectrometer of this embodiment will be explained with reference to the drawings.

まず、荷電粒子源3において、アノードボタン33aを
固定した状態で中間電極32および引き出し電極34を
僅かに偏心させることによって、一次電子ビーム5のみ
が放射され一次イオンビーム4はほとんど放射されない
状態にした後、試料2に照射される一次電子ビーム5か
細く収束するように前述の収束レンズ6.8および軸調
整偏向レンズ10.1Lさらには電子ビーム補正器12
.13などを調整する。
First, in the charged particle source 3, with the anode button 33a fixed, the intermediate electrode 32 and the extraction electrode 34 were slightly eccentric, so that only the primary electron beam 5 was emitted and the primary ion beam 4 was hardly emitted. After that, the above-mentioned converging lens 6.8 and axis adjustment deflection lens 10.1L are used, as well as the electron beam corrector 12, so that the primary electron beam 5 irradiated onto the sample 2 is narrowly converged.
.. Adjust 13 etc.

この状態で、走査用偏向器9を作動させることにより、
損傷や存在する異物などの消失などを拓くことなく一次
電子ビーム5によって試料2の目的の領域を走査し、こ
の時、試料2から発生する二次電子5aの信号を二次電
子検出器14によって計測する。
In this state, by operating the scanning deflector 9,
A target area of the sample 2 is scanned by the primary electron beam 5 without causing any damage or disappearance of existing foreign matter, and at this time, signals of secondary electrons 5a generated from the sample 2 are detected by the secondary electron detector 14. measure.

そして、この二次電子5aの信号を走査用偏向器9と同
期した図示しない陰極線管の輝度変調信号などとして利
用することにより、たとえば第3図に示されるような試
料2の目的の部位の拡大画像2aを構成し、試料2に形
成されているパターン八を観察する。
By using the signal of the secondary electrons 5a as a brightness modulation signal of a cathode ray tube (not shown) synchronized with the scanning deflector 9, for example, the target region of the sample 2 can be enlarged as shown in FIG. Pattern 8, which forms image 2a and is formed on sample 2, is observed.

次に、荷電粒子源3における中間電極32.アノード3
3.引き出し電極34の位置を元の同軸状態に戻し、一
次イオンビーム4と一次電子ビーム5とを同時に試料2
0目的の部位に照射する。
Next, the intermediate electrode 32 in the charged particle source 3. Anode 3
3. The position of the extraction electrode 34 is returned to the original coaxial state, and the primary ion beam 4 and primary electron beam 5 are simultaneously applied to the sample 2.
0 Irradiate the target area.

そして、この時、一次イオンビーム4の入射によって試
料2から発生する二次イオン4aを質量分析系Mに導い
て計測することにより、第5図に示されるように、試料
2の目的の領域に存在する物質の種別などを検出する。
At this time, the secondary ions 4a generated from the sample 2 by the incidence of the primary ion beam 4 are guided to the mass spectrometry system M and measured, so that the secondary ions 4a are delivered to the target region of the sample 2 as shown in FIG. Detects the type of substance present.

さらに、荷電粒子源3を前述のように調整して、再び一
次電子ビーム5のみが試料2に照射される状態にして第
4図に示されるような試料2の同一の部位の拡大画像2
bを観察する。
Further, the charged particle source 3 is adjusted as described above, and the sample 2 is irradiated with only the primary electron beam 5 again, so that an enlarged image 2 of the same part of the sample 2 as shown in FIG. 4 is obtained.
Observe b.

こうして、一次イオンビーム4の照射の前後における試
料2の拡大画像2aおよび2bを比較すると、一次イオ
ンビーム4の入射によってスパッタリングされた部位が
、たとえば黒点21bとして観察され、質量分析による
前述の第5図のデータはパターンへの外縁部のデータで
あることが知られる。
In this way, when the enlarged images 2a and 2b of the sample 2 before and after irradiation with the primary ion beam 4 are compared, the area sputtered by the incidence of the primary ion beam 4 is observed as, for example, a black spot 21b, and the above-mentioned fifth It is known that the data in the figure is the outer edge data to the pattern.

さらに、前述の一連の操作を繰り返すことにより、たと
えば、第6図に示される拡大画像2Cにおいてパターン
Aの中央部に一次イオンビーム4の照射痕である黒点2
1cが観察され、その時の質量分析系Mにおける分析結
果が第7図として得られる。
Furthermore, by repeating the above-mentioned series of operations, for example, in the enlarged image 2C shown in FIG.
1c was observed, and the analysis results in the mass spectrometry system M at that time are obtained as shown in FIG.

ここで、パターンへの外縁部にふける黒点21bでの二
次イオン分析結果である第5図と、パターンAの中央部
に位置する黒点2ICの分析結果である第7図とを比較
すると、黒点21bの部位が黒点21cの部位よりも、
Na、に、Al、Cなどの不純物が多いことが知られる
Here, when comparing FIG. 5, which is the secondary ion analysis result at the sunspot 21b located at the outer edge of the pattern, and FIG. 7, which is the analysis result at the sunspot 2IC located in the center of the pattern A, the sunspot The area of 21b is more than the area of sunspot 21c,
It is known that there are many impurities such as Na, Al, and C.

すなわち、パターンへの中央部ではなんら汚染が認めら
れないが、外縁部ではアルカリ土類金属元素による汚染
があることが知られ、たとえば半導体集積回路素子の製
造プロセスにおける洗浄処理が不十分なためにパターン
へのエツジ部ニ汚染が発生したーことが明らかとなる。
In other words, no contamination is observed in the center of the pattern, but contamination with alkaline earth metal elements is known to occur at the outer edges, for example due to insufficient cleaning treatment in the manufacturing process of semiconductor integrated circuit elements. It becomes clear that edge contamination of the pattern has occurred.

これにより、汚染発生の対策として、試料2を構成する
半導体ウェハなどの製造プロセスにおいて洗浄時間の延
長などの適切な処置が採られる。
As a result, as a countermeasure against the occurrence of contamination, appropriate measures such as extending the cleaning time are taken in the manufacturing process of semiconductor wafers and the like constituting the sample 2.

このように、本実施例にふいては、試料2の目的の部位
の探索や観察が、一次イオンビーム4とほぼ同一の方向
から照射され、当該試料2をスパッタリング作用などに
よって損なうおそれの少ないとともに、二次イオン4a
によって構成される画像と等価な画像を構成する一次電
子ビーム5の走査によって行われるので、たとえば洗浄
処理が不十分なことなどに起因して試料20表面に付着
した極微量の不純物元素などが分析に先立って失われる
ことなく精度良く検出される。
In this way, in this embodiment, the target part of the sample 2 can be searched and observed by irradiating it from almost the same direction as the primary ion beam 4, with less risk of damaging the sample 2 due to sputtering action, etc. , secondary ion 4a
Since this is performed by scanning the primary electron beam 5, which forms an image equivalent to the image formed by is detected with high accuracy without being lost.

また、試料2の同一部位に対して一次イオンビーム4と
一次電子ビーム5とを正確に照射することができるので
、試料2が絶縁性の場合でも、両者の同時に照射するこ
とによる帯電解消現象によって、目的の分析部位の帯電
による電位上昇を防止することができ、二次電子5aの
検出による安定な画像の観察ふよび二次イオン4aの検
出による高精度の分析などを容易に実現することができ
る。
In addition, since the primary ion beam 4 and the primary electron beam 5 can be accurately irradiated to the same part of the sample 2, even if the sample 2 is insulating, the charge cancellation phenomenon caused by simultaneous irradiation with both , it is possible to prevent potential increase due to charging of the target analysis site, and it is possible to easily realize stable image observation by detecting secondary electrons 5a and highly accurate analysis by detecting secondary ions 4a. can.

この結果、たとえば、半導体集積回路素子の微細化およ
び高集積化などに呼応して当該半導体集積回路素子の製
造プロセスの評価に重要となる極微量の不純物元素の検
出を精度良く行うことができ、製造プロセスの適切な評
価による改善を速やかに実施することによって半導体集
積回路素子の製造における生産性を向上させることがで
きる。
As a result, for example, in response to the miniaturization and high integration of semiconductor integrated circuit elements, it is possible to accurately detect minute amounts of impurity elements, which are important for evaluating the manufacturing process of semiconductor integrated circuit elements. By promptly implementing improvements through appropriate evaluation of the manufacturing process, productivity in manufacturing semiconductor integrated circuit devices can be improved.

なお、上記の説明では、質量分析系Mとして、トロイダ
ル電場または球面電場形成器18などを使用する場合に
ついて説明したが、これに限らず、たとえば、第8図に
示されるように、補正レンズ26、四重極質量分析計2
7.二次イオン検出器28などからなる質量分析計Ml
を併設し、二次イオン4aや試料2の種別などに応じて
適宜使い分けるようにしてもよい。
In the above description, the case where a toroidal electric field or a spherical electric field generator 18 is used as the mass spectrometry system M is described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. , quadrupole mass spectrometer 2
7. Mass spectrometer Ml consisting of a secondary ion detector 28, etc.
It is also possible to provide a secondary ion 4a, the type of the sample 2, etc., and use it appropriately.

また、前記の実施例中の説明における質量分析系Mの代
わりに、前記の四重極質量分析計27を備えた質量分析
結果1を設けてもよいことは言うまでもない。
Furthermore, it goes without saying that the mass spectrometry system M provided with the quadrupole mass spectrometer 27 may be provided in place of the mass spectrometry system M in the description of the embodiments.

さらに、荷電粒子1!!3を、一次イオンビーム4およ
び一次電子ビーム5毎に個別に設け、試料2に対する入
射経路が途中から同一になるような構成としてもよい。
Furthermore, charged particles 1! ! 3 may be provided separately for each of the primary ion beam 4 and the primary electron beam 5, and the incident path to the sample 2 may become the same from the middle.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on Examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the Examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor.

以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である半導体集積回路素
子の製造プロセスの評価に用いられる二次イオン質量分
析技術に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、極微量の元素を精度良く検出する
ことが必要とされる技術に広(適用できる。
In the above explanation, the invention made by the present inventor was mainly applied to the secondary ion mass spectrometry technique used for evaluating the manufacturing process of semiconductor integrated circuit elements, which is the field of application that formed the background of the invention. The present invention is not limited to this, and can be applied to a wide variety of techniques that require highly accurate detection of trace amounts of elements.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本戦において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this competition is as follows.

すなわち、一次イオンビームおよび一次電子ビームを同
時または選択的に放射することが可能な荷電粒子源を備
え、試料に対して前記一次イオンビームの照射方向と同
一またはほぼ等しい方向から前記一次電子ビームを照射
するようにしたので、たとえば負のイオンビームと電子
ビームとを同一方向から試料の同一部位に随時照射する
ことで、電子ビームおよびイオンビームによる画像を試
料の広い領域で一致させることができる。
That is, a charged particle source capable of simultaneously or selectively emitting a primary ion beam and a primary electron beam is provided, and the primary electron beam is irradiated onto the sample from the same or approximately the same direction as the irradiation direction of the primary ion beam. For example, by irradiating the same part of the sample from the same direction with a negative ion beam and an electron beam at any time, images produced by the electron beam and ion beam can be made to match over a wide area of the sample.

これにより、試料にスパッタリング作用などを及ぼすこ
とのない電子ビームによる画像に基づいて特定される当
該試料の検査部位に対してイオンビームを正確に照射す
ることが可能となり、試料を損なうことなく高精度に観
察しながら二次イオンの検出による@量不純物の同定お
よび検出などを行うことができる。
This makes it possible to accurately irradiate the ion beam to the inspection area of the sample, which is identified based on the image of the electron beam without causing any sputtering effects on the sample, with high precision without damaging the sample. It is possible to identify and detect impurities by detecting secondary ions while observing them.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例である二次イオン質量分析装
置の′要部を示す説明図、 第2図は荷電粒子源の一例を示す断面図、第3図は試料
の拡大画像の一例を示す図、第4図は同じく試料の拡大
画像の一例を示す図、第5図は試料の質量分析結果の一
例を示す線図、第6図は試料の拡大画像の一例を示す図
、第7図は試料の質量分析結果の一例を示す線図、第8
図は二次イオン質量分析装置の変形例を示す説明図であ
る。 1・・・試料台、2・・・試料、2a、・2b。 2C・・・試料の拡大画像、21b、2IC・・・黒点
、3・・・荷電粒子源、31・・・ホローカソード、3
2・・・中間電極、33・・・アノード、33a・・・
アノードボタン、34・・・引き出し電極、35・・・
磁石、36・・・放電電源、37・・・加速電源、38
・・・ガスノズル、39・・・ソースガス、4・・・一
次イオンビーム、4a・・・二次イオン、5・・・一次
電子ビーム、5a・・・二次電子、6・・・収束レンズ
、7・・・スリット、8・・・収束レンズ、9・・・走
査用偏向器、10.11・・・軸調整レンズ、12.1
3・・・電子ビーム補正器、14・・・二次電子検出器
、15・・・二次イオン引き出しレンズ、16・・・ビ
ーム補正レンズ、17・・・ビーム補正偏向器、18・
・・トロイダル電場または球面電場形成器、19・・・
絞りを兼ねる補正レンズ、20・・・電磁場形成器、2
1・・・散乱粒子除去用電場形成器、21b。 21c・・・黒点、22・・・イオンコレクタスリット
、23・・・二次電子増倍管、24・・・スリット、2
5・・・検出器、26・・・補正レンズ、27・・・四
重極質量分析計、28・・・二次イオン検出器、M、M
l・・・質量分析系、A#・・パターン。 代理人 弁理士  筒 井 大 和 第3図   第4図 第5図 M/e −一つ− 号   第1図 ゝへ、 第2 一 3・・荷電粒子源 4・・・イオンビーム 5・・・電子ビーム 14・・・二次電子検出器 M・・質量分析系 32・・・中間電極 33・・・アノード 3734・・・引き出し電極 39・・・ソースガス 第6図 第7図 M/e−+ 27・・四重極質量分析計
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the main parts of a secondary ion mass spectrometer that is an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view showing an example of a charged particle source, and Fig. 3 is an enlarged image of a sample. A diagram showing an example, FIG. 4 is a diagram showing an example of an enlarged image of the sample, FIG. 5 is a diagram showing an example of the mass spectrometry result of the sample, and FIG. 6 is a diagram showing an example of the enlarged image of the sample. Figure 7 is a diagram showing an example of the mass spectrometry results of a sample;
The figure is an explanatory diagram showing a modification of the secondary ion mass spectrometer. 1... Sample stand, 2... Sample, 2a, 2b. 2C... Enlarged image of sample, 21b, 2IC... Black dot, 3... Charged particle source, 31... Hollow cathode, 3
2... Intermediate electrode, 33... Anode, 33a...
Anode button, 34... Extraction electrode, 35...
Magnet, 36... Discharge power source, 37... Acceleration power source, 38
...Gas nozzle, 39...Source gas, 4...Primary ion beam, 4a...Secondary ion, 5...Primary electron beam, 5a...Secondary electron, 6...Convergent lens , 7... Slit, 8... Converging lens, 9... Scanning deflector, 10.11... Axis adjustment lens, 12.1
3... Electron beam corrector, 14... Secondary electron detector, 15... Secondary ion extraction lens, 16... Beam correction lens, 17... Beam correction deflector, 18.
...Toroidal electric field or spherical electric field generator, 19...
Correction lens that also serves as an aperture, 20... Electromagnetic field generator, 2
1... Electric field generator for removing scattered particles, 21b. 21c...Sunspot, 22...Ion collector slit, 23...Secondary electron multiplier, 24...Slit, 2
5...Detector, 26...Correction lens, 27...Quadrupole mass spectrometer, 28...Secondary ion detector, M, M
l...Mass spectrometry system, A#...Pattern. Agent Patent Attorney Daiwa Tsutsui Figure 3 Figure 4 Figure 5 M/e -One- No. Go to Figure 1 2-13... Charged particle source 4... Ion beam 5... Electron beam 14...Secondary electron detector M...Mass spectrometry system 32...Intermediate electrode 33...Anode 3734...Extraction electrode 39...Source gas Figure 6 Figure 7 M/e- + 27...quadrupole mass spectrometer

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、一次イオンビームおよび一次電子ビームを同時また
は選択的に放射することが可能な荷電粒子源を備え、試
料に対して前記一次イオンビームの照射方向と同一また
はほぼ等しい方向から前記一次電子ビームを照射するよ
うにしたことを特徴とする二次イオン質量分析装置。 2、前記一次電子ビームおよび前記一次イオンビームを
前記試料の同一箇所に同時に照射することにより、前記
試料の帯電を解消するようにした請求項1記載の二次イ
オン質量分析装置。 3、前記試料から放出される二次電子の信号を検出し、
当該二次電子の信号を前記一次電子ビームの走査と同期
する陰極線管の輝度変調信号として用いることにより、
前記試料表面の形状観察および前記一次イオンビームの
照射部位の観察および位置の特定を行うようにした請求
項2記載の二次イオン質量分析装置。 4、前記一次イオンビームおよび前記一次電子ビームの
収束および走査の制御が、同一のレンズ系および偏向系
で行われるようにした請求項1記載の二次イオン質量分
析装置。 5、磁場レンズまたは磁場偏向系により、前記一次電子
ビームの収差補正が行われるようにした請求項4記載の
二次イオン質量分析装置。 6、前記荷電粒子源が気体放電型イオン銃からなること
を特徴とする請求項1記載の二次イオン質量分析装置。
[Claims] 1. A charged particle source capable of emitting a primary ion beam and a primary electron beam simultaneously or selectively, the sample being irradiated with the primary ion beam in the same or almost the same direction as the irradiation direction of the primary ion beam. A secondary ion mass spectrometer, characterized in that the primary electron beam is irradiated from. 2. The secondary ion mass spectrometer according to claim 1, wherein the primary electron beam and the primary ion beam are simultaneously irradiated to the same location on the sample to eliminate electrical charges on the sample. 3. Detecting a signal of secondary electrons emitted from the sample,
By using the signal of the secondary electron as a brightness modulation signal of the cathode ray tube that is synchronized with the scanning of the primary electron beam,
3. The secondary ion mass spectrometer according to claim 2, wherein the shape of the sample surface is observed and the irradiation site of the primary ion beam is observed and the position specified. 4. The secondary ion mass spectrometer according to claim 1, wherein convergence and scanning of the primary ion beam and the primary electron beam are controlled by the same lens system and deflection system. 5. The secondary ion mass spectrometer according to claim 4, wherein aberrations of the primary electron beam are corrected by a magnetic field lens or a magnetic field deflection system. 6. The secondary ion mass spectrometer according to claim 1, wherein the charged particle source comprises a gas discharge ion gun.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1064968A (en) * 1996-07-02 1998-03-06 Samsung Electron Co Ltd Method for analyzing manufacturing process of semiconductor device
JP2009094020A (en) * 2007-10-12 2009-04-30 Topcon Corp Charged particle beam reflecting apparatus and electron microscope

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