JPH0337547A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料の元素分析や表面観察を行う荷電粒子ビ
ーム装置に係り、特に分析精度の向上及び真の表面観察
が可能な荷電粒子ビーム装置に関する。

〔従来の技術〕

従来は試料表面に付着した粉塵等の微小粒子の清浄化方
法として、溶剤による洗浄や圧縮ガススプレィ法等によ
る微小粒子除去が行われていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術による試料表面の清浄化は、通常、装置が
置かれている測定室内で行なわれているので、測定室内
に浮遊する粉塵等の微小粒子が試料表面に付着し易く、
また、その除去は困難であった。この問題は、測定室内
を清浄化すれば避けられるが、実際には試料を試料台へ
保持するのに必要な寸法にするために、試料の切断・研
摩などの加工を施す必要がある。このような加工を行う
と加工によって生じた試料自体からの微小粒子が試料面
に付着するので、単に測定室の清浄化を図るのみでは試
料面への微小粒子の付着を避けることは困難であった。

本発明の目的は、測定前に、試料表面の付着粒子除去用
の吹き付は用ガス中に混入している異物である微粒子を
新かしめ除去しておき、このきれいになったガスを試料
に吹き付けて試料表面を清浄にすることにある。

本発明の他の目的は、装置を特にクリンルームに入れな
くても、クリンルームに入れたと同様な高精度分析がで
きることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、荷電粒子ビーム装置の試料
交換部に試料を装着した状態で、微粒子除去部のフィル
タを通したガスをガス導入管から試料表面に吹きつける
ようにし、且つ吹きつけたガスと試料表面より除去され
た微小粒子が外部に排出されるように試料交換部にガス
排出管を設け− たものである。これにより、試料表面に付着した微小粒
子の除去を行う。すなわち試料交換部を一種のクリンル
ーム化することにある。

さらに、試料表面に吹きつけるガスの種類としては、Ｎ
２．空気ｇ　Ａ　ｒ　Ｉ　Ｎ　Ｂ　１０２などが利用で
きる。またフィルタのメツシュサイズは分析目的に応し
て多少異なるが、少なくとも０．１μｍの微小粒子が除
去できるものを使用したものである。

〔作用〕

本発明によれば荷電粒子ビーム装置の試料交換部には、
その一端にガス導入管と、このガス導入管に連通ずる微
粒子除去部と、他端にガス排出管が接続されており、微
粒子除去部にはガス中の微小粒子を除去するためのフィ
ルタが取り付けられている。このフィルタを通すことに
よりガス中の０．１μｍ以上の微小粒子が除去できる。

この清浄化されたガスを試料に吹き付けることにより試
料表面を清浄にする。吹き付はガスの供給は、般の高圧
ガスボンベおよび圧搾空気源等を微粒子除去部のガス供
給管に接続することにより行われる。

清浄ガスを試料表面に吹きつけることにより、清浄表面
が得られたのちは、先ず、試料交換部のガス排出管をバ
ルブにより閉じ、次に試料交換部が大気圧より高圧力に
なるようにして試料交換部と微小粒子除去部間に設けら
れているガス導入用のバルブを閉じ、最後に試料交換部
の真空排気を行う。以上の操作を行うことにより、粉塵
などの微小粒子の付着がないほぼ完全な清浄試料面が得
られる。

勿論、一般市販のエアーガンなども上述の高圧ガスボン
ベの代替として利用することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例としてＳ　１．、Ｍ　Ｓ、　（
二次イオン質量分析計）を例にとり、第１図にしたがっ
て説明する。第１図に本実施例のＳ　−Ｉ　Ｍ　Ｓ装置
の全体構成を示す。１は一次イオンビーム照射部であり
、主としてイオン源、レンズ系およびビーム偏向系より
構成されている。２は、−次イオンビーム照射部工と測
定部３との間の真空遮断バルブである。４は測定部３と
質量分析部５との間の真空遮断バルブである。６は測定
部３と試料交換部７との間に設けた真空遮断バルブであ
る。８は試料交換部７と微小粒子除去部１０との間に設
けた流量調整機能つきガス導入用バルブである。

１６は微粒子除去部１０にとりつけられたフィルタであ
る。ｌ工はガス排出管１８に設けられた流量調整機能つ
きガス排出用バルブである。１２゜１３、．１４および
１５はそれぞれ一次イオンビーム照射部１．質量分析部
５．測定部３および試料交換部７用の排気用真空ポンプ
を示す。

はじめにＳＩＭＳの動作原理を示す。ＳＩＭＳの原理は
一次イオンビーム照射部１により数ＫｅＶ〜２０ＫｅＶ
のエネルギを有するイオンビームを形威し、試料交換部
７から測定部３に移動して装着されている試料の表面に
イオンビームを照射する。イオンビームの照射を受けた
試料表面からは、二次的に構成原子による二次イオンが
放出される。

これらの二次イオンは質量分析部５に導かれ、質量・電
荷比に分けられ検出され、元素分析が行われる。

試料の装着および試料交換は、試料交換部７においてエ
アーロック方式により実施される。従来の試料装着およ
び試料交換は、大気中粉塵などの微小粒子が付着した状
態で直接行なわれていた。

次に本発明に関わる試料交換部７における付着粒子の除
去動作の詳細を説明する。試料は図示しない試料台に取
り付けた後、試料交換部７に装着する。この状態でガス
排出用バルブ１↓およびガス導入用バルブ８を開き、ガ
ス供給管９から微粒子除去部１０にＮ２などのガスを供
給し、ガス導入用バルブ８によってガス流量を調整して
からガス導入管１７を通して試料表面に清浄なガスを吹
き付ける。この場合、ガス供給管９から供給されたガス
はフィルタ１６により、ガス中に含まれている浮遊粒子
が除去される。このようにして得られた不純物粒子を含
まない清浄ガスは試料表面に吹きつけられ試料表面の付
着粒子が除去される。

除去された付着粒子はガス排出用バルブ１１を通して大
気中に放出される。その結果、試料交換部７は良好な清
浄化が達成される。清浄ガスを停止する際は、最初にガ
ス排出用バルブ１１を止めて試料交換部７を高ガス圧状
態に保ち、その後、ガス導入用バルブ８を閉じ、大気と
の遮断を行う。

この操作により、試料表面に浮遊粉じん等の微粒子が再
び付着しないようにする。次に排気用真空ボンプエ５に
より、試料交換部７の排気を行い、一定の真空度に達し
た後、遮断バルブ６を開け、高真空に保たれている測定
部３と連通される。その後、試料を試料交換部７から測
定部３に移動し、清浄化された試料表面に一次イオンビ
ー１１照射部１からイオンビームを照射し、すでに説明
した方法で試料の分析を実施する。

また、微粒子除去部１０に取り付けられているフィルタ
１６にはニッケルや銅等の金属製鋼が使用され、メツシ
ュサイズは除去する粒子の大きさによって任意に変えら
れるが、通常は０．１μｍ程度の粒子が除去できるよう
なフィルタを使用する。

第２図は微粒子が付着している状態のＧ　ａ　Ａ　ｓ単
結晶中のＳｉの分析結果の一例を示す。試料はＧａＡｓ
単結晶に１８０　Ｋ　ｅ　Ｖで２９Ｓ１＋をイオン注入
したものである。測定は、深さ方向分析モードにより行
った。第２図から８１の深さ方向濃度分布における低濃
度部に異常な広がりが存在し、真の分布（ガウス分布）
から著るしくずれていることがわかる。これは第２図中
に示したように、明らかな浮遊粉塵が試料表面に付着し
たためによるものである。

第３図は本発明装置によりＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶中のＳ
ｉを分析した結果の一例である。なお、試料表面に付着
していた浮遊粉塵と思われる微粒子は、既に述べた微粒
子除去部１０により清浄化されたＮ２を試料表面に吹き
つけて除去した。第３図から明らかなように、第２図の
従来法に示したような低濃度領域における広がりはなく
、真値に近いガウス分布を示しており、極めて精度の高
いＳｉの深さ方向濃度分布が得られている。

また二次元素像の観察においても、試料表面の付着粒子
の除去により、真の表面元素像観察に有効であることが
確認された。

次にＳＥＭ　（走査型電子顕微鏡）における実施例を述
べる。ＳＥＭの場合は、ＳＩＭＳの場合から問題点が容
易に類推できるので詳細は省略するが、従来法の問題点
として、試料表面に微小粒子が付着すると試料の観察部
分がマスクされてしまい、真の試料表面の観察を困難に
する。一実施例として半導体デバイスにおける多層膜構
造の解析において、プロセス中に入った真の欠陥と試料
表面の付着粒子とが明瞭に区別できるようになり、真の
ＩＣの欠陥検査に有効な技法であることが確認できた。

以上のようにＳＩＭＳによるＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶中の
Ｓｉの深さ方向濃度分布の測定結果およびＳＥＭによる
実施例のみを示したが、電子分光法、イオン散乱スペク
トロスコピー、イオン衝撃光放射分光およびイオン励起
Ｘ線分析法などの表面分析法においても、当然なことな
がら同様のことがいえる。すなわち本発明は、上述の分
析、評価装置についてもＳＩＭＳ同様に適用できる。

本実施例では、吹きつけガスとしてＮ２を用いた場合の
みを示したが、他の圧搾空気、Ａｒ。

Ｎｅ、などについても前述した実施例と同様に有効であ
ることが確認できた。

〔発明の効果〕

本発明の効果は、試料の元素または化合物分析評価法に
対するものと、試料表面観察法に関するものの２つに分
けられる。

分析評価法に関しては、次のような効果が得られる。

１）試料の深さ方向分析および深さ方向を含めた三次元
分析において、試料表面に粒子付着がなくなるので一様
にエツチングが進み、分析精度が約１桁以上向上する。

２）元素像観察において、付着粒子によるマスクによる
影響がなくなるので真の元素分布が定量的に得られる。

また、ＳＦＭなどの表面観察法においても、試料表面へ
の浮遊粒塵その他の付着物が取り除かれるので真の表面
ＩＣＩｍが可能となり、半導体デバイス等における多層
構造などのプロセス上の欠陥と付着粒子との区別が明り
ように区別できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である二次イオン質量分析計
の概略構成図、第２図は微粒子が付着している状態のＧ
　ａ　Ａ　ｓ単結晶中のＳｉの深さ方向分析例、第３図
は本発明の一実施例である二次イオン質量分析計による
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ単結晶中のＳｉの深さ方向分析例である
。 １・・−次イオンビーム照射部、２・・・遮断バルブ、
３・・測定部、４・・・遮断バルブ、５・・質量分析部
、６・遮断バルク、７・試料交換部、８・・流量調整機
能付ガス導入用バルブ、９・ガス供給管、１０・・微小
粒子除去部、１・・流量調整機能付ガス排出用バルブ、
１２，１３，１４．１５　　排気用真空ポンプ、１６　
・フィルタ、１７・・ガス導入管、知１ｋ１．￥ン七び
玲 １に駈く上ン↓冷日↓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料交換部で試料を交換し、その交換した試料を測
   定部に移動し、その移動した試料に荷電粒子ビームを照
   射し、それによつて前記試料から発生する情報信号を検
   出する荷電粒子ビーム装置において、前記試料交換部の
   一端に導入ガス中の微小粒子を除去する微小粒子除去部
   と、前記微小粒子除去部と前記試料交換部の間に設けら
   れたガス導入管と、前記試料交換部の他端に設けられた
   ガス排出管とを備え、前記試料交換部に位置した試料に
   清浄なガスを吹き付けることを特徴とする荷電粒子ビー
   ム装置。 ２、請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、前記
   微小粒子除去部はフィルタを備えていることを特徴とす
   る荷電粒子ビーム装置。 ３、請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、前記
   導入ガスが窒素、空気、アルゴン、ネオン、酸素のうち
   のいずれか１つであることを特徴とする荷電粒子ビーム
   装置。