JPS63121738A - 固体物体の組成決定方法 - 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】 投彬豆裏 本発明は、固体物体を一次粒子ビームで走査して二次粒
子を解放させ、それを検知してその解放位置に従って登
録させることによって前記固体物体の組成を決定する方
法に関するものである。

従来荻生 半導体物質、集積回路等の固体物質内の原子又は分子濃
度を検査する為に、−数粒子ビームを該物体の与えられ
た寸法のフィールド上を走査させる。該−次位子が該物
体に衝突すると、例えば原子又は分子等の二次粒子が該
物体から解放される。

該物体からたたきだされる時に、該二次粒子の成る割合
がイオン化される。該イオンは、例えば、四重極貧量フ
ィルタ及びカウンタ付き光倍増管を有する質量選択検知
器において、荷電粒子に応答する選択的検知器において
、検知し且つ解析することが可能である。解放位置に従
ってそのイオン濃度を記録する場合には、該物体内の原
子又は分離濃度を決定することが可能である。

Ｋ、　Ｗｉｔｔｍａａｃｋの「四重極を基礎にした走査
イオンマイクロプローブにおける飛翔時間効果（Ｔｉｍ
ｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｉｎ　Ｑｕ
ａｄｒｕｐｏｌｅ−Ｂａｓｅｄ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉ
ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅｓ）Ｊ、５ＣＡＮＮＩＮＧ
、　Ｖｏｌ、　３．２　（１９８０）、の文献に開示さ
れているイオンビーム走査方法においては、イオンビー
ムは、テレビのブラウン管内の電子ビームの同様な態様
で走査されるべき物体のフィールド上を直線的に案内し
ている。

二次原子又は分子が解放され、特に二次イオンが、−次
イオンビームがテスト試料上に衝突する各点において二
次イオンとして解放される。該試料の、本明細書におい
ては以下「画素」と言及する表面要素上の一次イオンビ
ームの衝突と、検知器における二次粒子の検知との間に
、「オフセット時間」Δτと呼ばれる成る時間が経過す
る。このオフセット時間は、二次イオンの質量、エネル
ギ及び電荷に依存しており、且つ当然統計的分布に従う
ものであって、従ってオフセット時間Δτは平均時間誤
差Δｔに関連している。このことは、検知器によって検
知される二次イオンを成る画素と関連させることが可能
である信頼性は、走査速度における増加と共に減少する
ことを意味している。従って、高い位置分解能を達成す
る為には、−次イオンビームは比較的遅い走査速度でテ
スト試料のフィールド上を案内される。

イオンビーム走査方法として簡略化した知られた既知の
二次イオン質量分光方法は極めて多様性のある方法であ
る。それは、−次イオンビームの衝突位置に従って原子
又は分子濃度を登録することが可能であり、従ってその
空間分布、即ち一次イオンビームの方向に関して横方向
及び上部原子又は分子層を除去することによってテスト
試料の成る深さに関してもその分布を検査することが可
能である。更に、四重極貧量フィルタ（Ｑｕａｄｒｕｐ
ｏｌｅ　ｍａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ）を同調させることに
よって二次イオンの質量に依存して二次イオンを登録さ
せることにより原子又は分子濃度の質量スペクトルを得
ることも可能である。

＝４− イオンビーム走査方法の今日の最も多く使用される場面
は、高い一次イオンビーム密度を使用す　　・ることに
よって走査したフィールド内に「クレータ」を形成し、
それから更に物質の層を各引き続き行なわれる走査によ
って除去する様な物質除去速度の増加の場合である。こ
のことは、テスト試料における原子又は分子の深さ方向
の濃度分布を得ることを可能としている。

拡散又はイオン注入によってドープされている例えば半
導体物質等の非常に多くの検査すべき物体においては、
検査すべき元素の濃度は薄い表面層内において数桁のオ
ーダで変化する。従って。

二次イオンを登録する場合に、クレータの端部において
、成る深さにおいて除去された低い濃度の二次イオンの
測定がより浅い深さから除去された一層高い濃度の二次
イオンによって覆い隠されて結果を歪ませその結果測定
値を信頼性のないものとすることのない様にすることが
重要である。

この様な「クレータ端部効果」を除去することを可能と
する為に、該クレータ内で、通常該クレ−夕の中央に「
窓」を設定し、該窓が一次イオンビームによって走査さ
れる全フィールド表面をカバーし、該窓の端部はクレー
タ端部から十分に遠く離れて離隔されてクレータ端部効
果の影響を実質的に可及的に取り除いている。従って、
該−次イオンビームが該窓内にある間に対応する期間の
間に検知された二次イオンのみが登録される。

直線的に走査する場合、該窓をカバーする各ラインにお
いて一次イオンビームは該窓の端部を二度交差し、即ち
初めは該窓に進入する時ｔ１であり、次いで二度目は該
窓から出る時ｔ３である。

従って、二次イオンの質量、エネルギ、及び電荷に依存
し且つ実際上はかなりの困難性をもってのみ測定するこ
との可能なオフセット時間Δτを考慮に入れるべきであ
る。何故ならば、該窓内に進入する時間ｔ１において、
時間ｔ□−Δτに対応する位置におけるテスト試料から
解放された二次イオンが最初に検知される。同じことが
、更に、該窓から出る場合の時間ｔ３に関してもあては
まる。

オフセット時間Δτは時間誤差Δｔに関連しているので
、時間ｔ□及びｔ３は精度Δｔでもって決定することが
可能であるに過ぎない。従って、−次イオンビームの移
動方向に関しての該窓の開始及び終了における端部は、
画素上の一次イオンビームのドエル期間即ち滞留期間に
関しての時間誤差Δｔが増加すると共に益々「ぼやけ」
が増加する。

クレータの中央に該窓の位置及び形状を維持する為に、
直線的に走査する場合には、比較的低い走査速度とする
ことが必要である。

且−孜 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、窓の位置及び形状が
実質的に増大した走査速度に関して変化しない上述した
タイプの固体物体の組成を決定する方法を提供すること
を目的とする。

ｌ−玖 本発明ｌこ拠れば、固体物体の組成を決定する方法が提
供され、一次粒子ビームが螺旋経路を介して該物体に衝
突すべく案内され、その際に二次粒子が該物体から解放
され、該粒子はその解放位置に依存して検知され且つ登
録される。該一次粒子ビームは、該物体の表面上を案内
されて該螺旋経路に沿って内側に移動され、次いでその
後に同一の又は異なった螺旋経路に沿って外側に移動す
るか又は実質的に直線において直接的に開始点に帰還す
る。

尖凰孤 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。

真空容器（不図示）内にある二次イオン質量分析計を概
略第１図に示しである。−次イオンビームがプラズマイ
オン源１内で発生され、且つ最初に、液浸レンズ２及び
ビーム調節器を具備したウィーン速度フィルタ３を有す
るビーム形成装置を介して通過する。次いで、該ビーム
は三角形プリズム４及び可変物体開口５を通過する。所
望により、該三角形プリズム４はビーム経路を調節する
為に該ビーム経路内において回転させることが可能であ
る。可変物体開口５は、−次イオンビームの直径を調節
する機能を有している。圧カステラプロを通過した後、
−次イオンビームはその元の方向から多少偏向され（こ
の場合は、２″）装置７内に入り、中性粒子を抑圧して
、その際に中性粒子は一次イオンビームの後の経路から
マスクされて取り除かれる。微細合焦即ち焦点合わせの
為にイオンレンズ８を通過した後に、−次イオンビーム
は偏向装置９内に入る。偏向装置９内においては、−次
イオンビームが、互いに直交して作用する２つの電界に
よってその元の方向から偏向され且つテスト試料１０上
の所定の走査パターンに案内される。テスト試料１０上
への一次イオンビームの衝突によってテスト試料１０か
ら叩きだされる二次イオンの一部は、二次イオン光学系
（不図示）を通過した後に四重極質量フィルター１１内
に入る。四重極質量フィルター１１は、所定の電荷／質
量比を持った二次イオンのみが調節可能で選択的に透過
可能である。四重極質量フィルタ１１を通過することを
許容された二次イオンは、例えばチャンネルトロン（Ｃ
ｈａｎｎｅｌｔｒｏｎ）の如き粒子倍増器等のイオン検
知器１２内において検知される。

本発明方法を説明する前に、直線走査を行なう従来の方
法に付いて説明する。第２ａ図は、−次イオンビームに
よて走査されるフィールドを概略示しており、その場合
に、ビームはＣＲＴにおける電子ビームに類似した態様
でフィールド上を直線的に案内されている。１例として
、フィールドを２５６本のラインの解像度で走査し且つ
各ラインは２５６個の走査スポット乃至は「画素」を有
するものと仮定する。テスト試料中の原子又は分子濃度
の分布のプロットにおけるクレータ端部効果を抑圧する
為に、「５０％窓」、即ち走査フィールドの側部の５０
％の側部を持った長さの窓を設定し、１２８本のライン
の各々における１２８個の画素に対応している。例えば
、全フィールドを走査する為に１秒を使用するものと仮
定すると、このことは、−次イオンビームは１／２５６
秒の間、従って、各ラインにおける該窓内において１１
５１２秒、即ち約２ミリ秒、の期間の間、各ライン内に
存在することを意味し、且つ、走査中に、該窓を各１２
８回入ったり出たりする。クレータ端部上への一次イオ
ンビームの衝突と該−次イオンビームの該窓内への進入
との間の時間的ギャップは、１／１０２４秒、即ち約１
ミリ秒である。

クレータ端部効果に関連して上述した如く、テスト試料
の特定の深さにおいて該窓内の一次イオンビームの衝突
によって解放される二次イオンが、より浅い深さからク
レータ端部上での一次イオンビームの衝突によって解放
されたイオンと別に登録することが重要である。

一次イオンビームが螺旋経路、尚本実施例においては特
に矩形経路であるが、に沿って案内されるフィールドを
第３ａ図に示しである。１つの角部（第３ａ図において
は左上の角部）から開始して、−次イオンビームはフィ
ールドの中心へ中断されることのないトラック即ち軌跡
に沿って案内され、該中心から更に再度外側へ向かって
案内され、テスト試料の表面要素、即ち画素、当りのド
エル時間は全ての画素に対して同一である。全テスト試
料フィールドの異なった百分率部分を持つた複数個の窓
が第３ｂ図に示されている。第２ｂ図の例における如く
、解放された二次粒子を登録する為に５０％窓を選択す
るものと仮定する。サイクル時間Ｔが、−次イオンビー
ムがその開始点（第３ａ図の左上角部）からフィールド
の中心へそして再度開始点へ帰還する期間を包含するも
のと仮定する場合、このことは、時間ｔａで開始する完
全な走査サイクルにおいて、−次イオンビームが時間ｔ
□＝３Ｔ／８迄該窓の外側のフィールド内に存在するこ
とを意味する。時間ｔ１において該窓内に進入した後に
、−次イオンビームは、それが時間ｔ２＝Ｔ／２におい
て中心に到達する迄該中心に向かって移動する。時間ｔ
２において、−次イオンビームは逆転し、螺旋経路を通
って帰還する。その際に、該−次イオンビームは、時間
ｔ、＝５Ｔ／８において該窓から外に出て、時間ｔ４＝
Ｔにおいてその開始点に帰還する。

このことは、窓の端部を交差することなしに、ｔａ−ｔ
１＝Ｔ／４の時間の間、−次イオンビームがフィールド
の窓内に存在することを意味している。第２ｂ図に関連
して上に説明した例における如く、誤差を発生させるク
レータ端部効果を防止する為に、クレータ端部上への一
次イオンビームの衝突と窓内への一次イオンビームの進
入との間に１ミリ秒の期間を維持することが必要である
と仮定すると、最小サイクル時間はＴ＝８／３ミリ秒と
なり、もしもフィールドが二度走査される場合には、サ
ンプルフィールドの単一の走査は４／３＝１．３３ミリ
秒の時間となる。このことは。

窓の端部を同一の位置で且つシャープな画定でもって、
走査速度を７５０倍に増加させることが可能であること
を意味している。

螺旋走査方法の更に別の利点は、二次粒子に対する登録
装置に関しての困難性なしに、互いに同心円的に配列さ
れた異なった寸法の窓に対してのテスト試料フィールド
から解放される二次イオンを別個に登録することが可能
であるということである。何故ならば、開始点から中心
への一次イオンビームの移動の間、及びその帰還の間、
各窓に対して１つの進入時間及び１つの脱出時間のみを
考慮にいれれば良いからであり、その際に窓の端部に対
してのシャープな画定性は完全に維持される。

上述した例示的実施例において、−次イオンビームは、
テスト試料フィールドを走査する場合、且つ走査を最初
は内側へ案内し且つ次いで外側へ帰還して案内する間に
、実質的に正方形の螺旋経路を形成している。然し乍ら
、該螺旋走査方法は、異なった態様で実現することも可
能であり、例えば−次イオンビームが実質的に円形、楕
円形、又は矩形の経路を画定するものであっても良い。

更に、走査する場合に、螺旋経路を介して開始点から中
心へ一次イ、オンビームを操縦し且つ次いでその螺旋経
路を介することなしにその開始点へ直接ジャンプして帰
還する様に、−次イオンビームを移動させることも可能
である。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく方法を実施するのに適したタイ
プの二次質量分析計の概略図、第２ａ図は二次イオンビ
ームによって直線的に走査されるテスト試料のフィール
ドの概略平面図、第２ｂ図は第２ａ図の直線的に走査さ
れるフィールドの所定の寸法の窓を示した説明図、第３
ａ図は螺旋的に走査されるフィールドの概略平面図、第
３ｂ図は第３ａ図の螺旋的に走査されるフィールドの所
定の寸法の複数個の窓を示した説明図、である。 （符号の説明） １：プラズマイオン源 ２：液浸レンズ ３：ウィーン速度フィルター ４：三角形プリズム ５：物体開口 ６：圧力ステップ ７：中性粒子抑圧装置 ８：イオンレンズ ９：偏向装置 １０：テスト試料 １１：四重極質量フィルター １２：イオン検知器 特許出願人　　　　アトミカ　テヒニッシェフィジーク
　ゲーエムベー 侶 ＝１６− ｍｌハ　リ− ｒ１ハ　　リＬ 「Ｉ（乙　Ｊｕ 口り、　ＪＬＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体物体の組成を決定する方法において、一次粒子
   ビームを螺旋経路を介して前記物体に衝突すべく案内し
   、その際に前記物体から解放される二次粒子を検知し且
   つその解放位置に従って登録することを特徴とする方法
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記一次粒子ビー
   ムを前記物体の表面上を案内させて前記螺旋経路に沿っ
   て内側に移動させ且つ爾後に同一の又は異なった螺旋経
   路に沿って外側へ移動させることを特徴とする方法。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、前記一
   次粒子ビームは前記螺旋経路の連続する部分において前
   記物体の表面の同心円領域上方を案内させ、且つ前記開
   放された二次粒子は別個に領域によって登録させること
   を特徴とする方法。 ４、特許請求の範囲第１項乃至第３項の内のいずれか１
   項において、前記一次粒子ビームはイオンビームである
   ことを特徴とする方法。 ５、特許請求の範囲第１項乃至第４項の内のいずれか１
   項において、前記二次粒子がイオンであることを特徴と
   する方法。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項の内のいずれか１
   項において、結果を使用して前記物体内の１つ又はそれ
   以上の原子又は分子濃度の深さ方向の濃度分布を得るこ
   とを特徴とする方法。 ７、特許請求の範囲第１項乃至第５項の内のいずれか１
   項において、結果を使用して検知した二次粒子の質量又
   はエネルギスペクトルを得ることを特徴とする方法。 ８、特許請求の範囲第１項乃至第７項の内のいずれか１
   項において、前記螺旋経路の各回旋は実質的に矩形形状
   であることを特徴とする方法。 ９、特許請求の範囲第１項乃至第７項の内のいずれか１
   項において、前記螺旋経路の各回旋は実質的に正方形形
   状であることを特徴とする方法。 １０、特許請求の範囲第１項乃至第７項の内のいずれか
   １項において、前記螺旋経路の各回旋は実質的に円形形
   状であることを特徴とする方法。