JPH0661188A - 評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体の組成の評価を行う評価装置におい
て、イオンビームによるスパッタリングと、そのスパッ
タリングレートの認知による深さ測定とを同一装置内で
行える評価装置を得る。 【構成】 試料をスパッタするためのイオンビーム源１
と、スパッタにより露出した試料表面にビームを照射す
る一次励起ビーム源５，その二次イオンから試料表面の
組成評価を行う分析器６，検出器７からなる組成評価手
段に加え、イオンビーム照射によりスパッタされた粒子
の組成を検出するスパッタ粒子検出器８と、その検出情
報からスパッタリングレートの認知を行い、そのクレー
タ深さを算出するクレータ深さ算出系９を備えた構成と
する。 【効果】 試料間における深さ測定の誤差を低減でき、
また、多層構造試料の場合の深さ方向分析を容易に行え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はイオンビームにより試
料をスパッタする機能を有し、スパッタにより露出した
試料表面の組成の評価を行う評価装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体試料の組成評価において
は、該半導体に刺激を与えるために電子プローブ、イオ
ンプローブ、フォトンプローブ等が用いられ、これらが
目的物に照射された結果、該目的物から放出される電
子、イオン、光子などの信号を情報担体とし、そこから
該目的物についての情報を引き出すことにより該試料の
組成の評価をおこなっている。

【０００３】図４は従来のイオンビームによるスパッタ
リング機能を有する評価装置の構成図であり、１は試料
をスパッタするためのイオンビーム源、２は真空状態に
保持された試料チャンバ、３は試料チャンバ２内に着脱
自体に設けられた試料ホルダ、４は試料ホルダ３に装着
された試料、５はイオン源１によりスパッタされた試料
表面に照射され、該試料表面よりイオンなどの信号を発
生させるための一次励起ビーム源である。これは、例え
ば、１次イオンを試料に照射して表面からスパッタされ
るイオンのみを質量分離して元素分析を行うＳＩＭＳ
（Secondary IonMass Spectrometry ）のように、イオ
ンビームによりプローブする装置ではイオン源１がこれ
を兼ねることもできる。６は一次励起ビーム源５から照
射されるビームにより、試料４から発生する二次イオン
等の信号を質量分析等するための分析器、７は分析器６
で分析された信号を検出し、これに基づき該試料の組成
を判定するための検出器である。以上において、一次励
起ビーム源５と、分析器６と、検出器７とにより、前記
スパッタにより露出した試料表面の組成の評価を行う試
料組成評価手段を構成している。

【０００４】次に動作について説明する。イオン源１か
ら発生したイオンビームにより試料チャンバ内に装着さ
れた試料４の表面をスパッタする。ここで、図５はスパ
ッタにより生じたクレータ１７を示す図であり、(a) は
その上面図、(b) はその断面図である。次いで、スパッ
タされてあるクレータ深さｄとなって露出した試料面１
４に一次励起ビーム源５から発生した一次励起ビームを
照射し、これにより該試料４から発生した二次イオン等
の信号に対し分析器６により、質量分析などの分析を行
い、その後、その信号強度などを検出器７で検出するこ
とにより、各クレータ深さｄにおける試料の組成評価を
行うものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の、イオンビーム
により試料をスパッタする機能を有し、試料の組成評価
を行う評価装置は以上のように構成されているので、上
記試料の組成評価を行う際に、図５に示すようにスパッ
タされた試料４のクレータ深さｄを測定する際には、該
試料を該評価装置の外へ取り出し、その上で表面粗さ測
定器等によるクレータ深さｄの測定を行うことが必要で
あった。また試料４の数が複数に及ぶ場合には、各試料
をスパッタすることにより該試料に形成されるクレータ
１７の大きさ，深さが均一でないため、図５(b) に示す
ようにスパッタにより形成されるクレータの中心１５
と、一次励起ビーム源５からの一次励起ビームが照射さ
れる深さ測定位置１６との間にずれが生じ、そのずれが
試料間で異なり、該深さの測定に誤差が生ずるという問
題点があった。

【０００６】さらに、多層構造の試料に関しては、各層
の膜厚を測定するたびごとに、試料の分析を止め、試料
を装置外に取り出して深さ測定をしなければならず、各
層の膜厚評価が困難かつ煩雑であるという問題点があっ
た。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、イオンビームによるスパッタリ
ングと、そのスパッタリングレートの測定，ひいてはク
レータ深さの測定を同一装置内で行うことができるとと
もに、該測定における試料間の測定誤差を少なくでき、
さらには多層構造の試料の場合の深さ方向の測定を容易
にすることのできる、イオンビームによるスパッタリン
グ機能を有する評価装置を得ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る評価装置
は、試料をスパッタするためのイオンビームを照射する
手段と、前記スパッタにより露出した試料表面の組成評
価を行う試料組成評価手段と、前記イオンビーム照射に
よりスパッタされた粒子の組成を検出するスパッタ粒子
組成検出手段と、その検出情報から前記スパッタされた
物質のスパッタレートを認知し、クレータ深さを算出す
るクレータ深さ算出手段とを備えたものである。

【０００９】

【作用】この発明における評価装置は、試料をスパッタ
するためのイオンビーム照射手段と、前記スパッタによ
り露出した試料表面の組成評価を行う手段と、前記イオ
ンビーム照射によりスパッタされた粒子の組成を検出す
る手段と、その検出情報から前記スパッタされた物質の
スパッタレートを認知し、クレータ深さを算出するクレ
ータ深さ算出手段とを備えたので、同一装置内で、イオ
ンビームによるスパッタリングにより露出した試料の組
成評価を行うと同時に、そのスパッタリングレートから
スパッタされたクレータの深さの測定を行うことがで
き、深さ測定のために試料を装置外へ取り出す必要がな
くなり、そのため、装置外で深さ測定を行う場合に生じ
ていた試料間の測定誤差を大きく低減することができ
る。

【００１０】また、上記のようにスパッタリングと同時
に、その物質のスパッタリングレートを認知でき、クレ
ータ深さが算出できるので、多層構造の試料において
は、各層の膜厚を測定する度に分析を止めて試料を装置
外に取り出す必要がなくなり、各層の膜厚の測定を同一
装置内で行うことができ、多層膜での深さ方向分析が容
易となる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は本発明の第１の実施例による評価装置を示
す図である。図において、１〜７は図２の従来装置と同
様、１はイオンビーム源、２は試料チャンバ、３は試料
ホルダ、４は試料、５は一次励起ビーム源、６は分析
器、７は検出器であり、一次励起ビーム源５、分析器
６、検出器７により、スパッタにより露出した試料表面
の組成の評価を行う試料組成評価手段を構成している。
８はイオンビーム源１からのスパッタ粒子の組成を検出
するためのスパッタ粒子検出器であり、９はスパッタさ
れた物質の組成情報からスパッタリングレートを認知
し、このスパッタリングレートとスパッタリング時間と
の積からクレータ深さを算出するクレータ深さ算出系で
ある。このクレータ深さ算出系９には予め、ビームの電
流密度に応じたスパッタ物質特有のスパッタリングレー
トが記憶されている。

【００１２】次に動作について説明する。イオンビーム
源１により発生したイオンビームにより、試料チャンバ
２内に装着された試料４の表面をスパッタする。次い
で、スパッタされてあるクレータ深さとなって露出した
試料面に一次励起ビーム源５から発生した一次励起ビー
ムを照射し、これにより試料４から発生した二次イオン
等の信号に対し、分析器６により質量分析などの分析を
行った後、その信号強度などを検出器７で検出すること
により、試料の組成の評価を行う。また、イオンビーム
照射時に試料に対しスパッタされたスパッタ粒子のう
ち、図２に示すようにアパーチャー１８などをかけるこ
とによりクレータ１７の側壁からのスパッタ粒子をカッ
トし、クレータ底から到来するスパッタ粒子のみを取り
出し、その取り出したスパッタ粒子、例えば二次イオン
の原子組成をスパッタ粒子検出器８、例えば質量分析器
にて検出する。検出器８で検出したスパッタ粒子の組成
の情報は、クレータ深さ算出系９に送られ、該算出系９
では該組成情報から予め与えておいた、各組成のスパッ
タ物質の単位時間あたりにスパッタされる深さを示すス
パッタリングレートを認知すると共に、そのスパッタリ
ングレートと、スパッタリングを行ったスパッタリング
時間とからスパッタされたクレータの深さを自動的に算
出する。

【００１３】図３は本発明の第２の実施例による評価装
置を示す図である。図において、１２は中性粒子をイオ
ン化するイオン化部、１０はレーザ、１１はレーザ１０
から発射されるレーザ光である。ここで、１０は電子線
を発生する電子銃としてもよい。上記第１の実施例で
は、イオンビーム照射により発生する二次イオンを、質
量分析器よりなるスパッタ粒子検出器８で検出するよう
にしているが、本第２の実施例ではスパッタにより発生
した中性粒子をイオン化部１２によりイオン化し、その
イオン粒子を質量分析器よりなるスパッタ粒子検出器８
で検出するようにしたものである。

【００１４】このように、上記第１，第２の実施例で
は、スパッタ粒子の組成を検出する検出器８、及び各組
成のスパッタ物質に対するスパッタリングレートを認知
し、クレータ深さを算出するクレータ深さ算出系９を備
えたので、スパッタにより露出した試料表面の組成評価
を行うのと同時に、スパッタされたクレータの深さを測
定することができ、従来のように試料を装置外に取り出
してクレータの深さの測定を行う必要がなくなり、これ
により、試料間でのクレータ深さの測定の誤差を大きく
低減することができる。

【００１５】また、上記第１，第２の実施例による評価
装置においては、多層構造の試料の評価を行うこともで
き、具体的にPoly- Ｓｉ中にＡｓを注入後、ＷＳｉをス
パッタ蒸着し、熱処理を行ったＷＳｉ／Poly- Ｓｉ／Ｓ
ｉ基板構造をとる試料に関するＡｓ深さ方向プロファイ
ル測定を上記第２の実施例における評価装置を用いて行
う場合について説明する。１次励起ビーム源５に電子線
を、分析器６にエネルギー分析器を用い、電子線照射に
より試料から発生するオージェ電子をエネルギー分析器
によりエネルギー分別した後、ある特定のエネルギー、
例えばＡｓ，Ｗ，Ｓｉに相当するエネルギーをもつオー
ジェ電子を検出器７で増幅しその電流値をカウントする
ことでオージェ電子強度として検出する。その後、イオ
ンビーム源１からの１次イオンビームにより試料をスパ
ッタし、スパッタされた粒子のうち中性粒子をイオン化
部１２でイオン化した後、スパッタ粒子検出器８に質量
分析器を用い、質量分別した後検出することによりスパ
ッタされている試料の組成を調べ、この情報をクレータ
深さ算出系９に送ることにより、スパッタの深さの換算
を行う。例えば質量分別して検出したものがＷ，Ｓｉで
あれば、スパッタ粒子の組成はＷＳｉということがわか
り、その情報がクレータ深さ算出系９に送られると、予
め算出系９に記憶させておいたＷＳｉのスパッタリング
レートを認知し、そのスパッタリングレートとスパッタ
時間から自動的にスパッタされた深さが算出される。こ
のようにオージェ電子分光測定とイオンビームスパッタ
リングを交互に行うことにより、測定深さの情報を得な
がら深さ方向プロファイル測定を行うことができる。

【００１６】このように、上記第１，第２の実施例によ
る評価装置を用いて多層構造の試料の評価を行うと、各
層の組成の評価と、クレータ深さの測定とを同一装置内
で連続的に行うことができ、各層の深さ測定を行う度
に、その都度試料を装置外に取り出す必要がなくなる効
果がある。

【００１７】なお上記第１，第２の実施例ではイオンを
質量分析器などの検出器８で検出するようにしたが、こ
れはイオンビームの照射によって励起されたオージェ電
子をエネルギー検出器で検出するようにしてもよい。

【００１８】さらに、原子に対しビームを照射したとき
に発生する特性Ｘ線、可視光、外光のような電磁波はそ
の原子に特有なものであるため、スパッタ粒子自身を検
出する代わりに、Ｘ線検出器により特性Ｘ線を、または
光検出器により可視光あるいは外光を検出し、これから
スパッタされた物質を特定し、そのスパッタリングレー
トを認知し、クレータ深さを算出するようにしてもよ
い。

【００１９】また、上記第１，第２の実施例ではスパッ
タされた試料表面の評価を行うための分析器６及び検出
器７とは別に、スパッタ粒子検出器８を設けるようにし
たが、試料表面の組成を評価するための信号とスパッタ
粒子とが同じである場合、例えばどちらもイオンである
場合は別にスパッタ粒子検出器８を設ける必要はなく、
分析器６，検出器７が、これを兼ねることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る評価装置
によれば、試料をスパッタするためのイオンビームを照
射する手段と、前記スパッタにより露出した試料表面の
組成評価を行う手段と、前記イオンビーム照射によりス
パッタされた粒子の組成を検出する手段と、その検出情
報から前記スパッタされた物質のスパッタレートを認知
し、そのクレータ深さを算出するクレータ深さ算出手段
とを備えたので、同一装置内で試料の評価を行うのと同
時に、該スパッタ物質のスパッタリングレートとスパッ
タリング時間との積からスパッタされたクレータの深さ
を求めることができる。このため、装置外で深さ測定を
行う場合に生じうる試料間での深さ測定の誤差を大きく
低減することができる。さらに本発明によって、多層構
造の試料に対しても、各層ごとにその組成とその深さと
を同時に測定することができ、各層の深さの測定ごとに
試料を装置外に取り出す必要がなくなり、容易に深さ方
向の測定ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による評価装置を示す
構成図である。

【図２】上記第１の実施例において、アパーチャーをか
けることによりクレータ底からのスパッタ粒子を取り出
す方法を示す図である。

【図３】この発明の第２の他の実施例による評価装置を
示す構成図である。

【図４】従来の評価装置を示す構成図である。

【図５】スパッタにより生じたクレータを示す図であ
る。

【符号の説明】

１ イオンビーム源 ２ 試料チャンバ ３ 試料ホルダ ４ 試料 ５ 一次励起ビーム源 ６ 分析器 ７ 検出器 ８ スパッタ粒子検出器 ９ スパッタリングレート認知系 １０ レーザ １１ レーザ光 １２ イオン化部 １３ 試料表面 １４ スパッタにより露出した試料面 １５ クレータの中心 １６ クレータ深さの測定位置 １７ クレータ １８ アパーチャー １９ スパッタ粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 幸範 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社エル・エス・アイ研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料をスパッタする機能を有し、スパッ
   タにより露出した試料表面の組成の評価を行う評価装置
   において、 前記試料をスパッタするためのイオンビームを照射する
   イオンビーム照射手段と、 前記スパッタにより露出した試料表面の組成の評価を行
   う試料組成評価手段と、 前記イオンビーム照射によりスパッタされた粒子の組成
   を検出するスパッタ粒子組成検出手段と、 その検出情報から前記スパッタされた物質のスパッタレ
   ートを認知し、上記露出した試料表面のクレータ深さを
   算出するクレータ深さ算出手段とを備えたことを特徴と
   する評価装置。
2. 【請求項２】 上記試料組成評価手段が上記スパッタ粒
   子組成検出手段を兼ねることを特徴とする請求項１記載
   の評価装置。