JPS6341185B2 - - Google Patents

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JPS6341185B2
JPS6341185B2 JP56170585A JP17058581A JPS6341185B2 JP S6341185 B2 JPS6341185 B2 JP S6341185B2 JP 56170585 A JP56170585 A JP 56170585A JP 17058581 A JP17058581 A JP 17058581A JP S6341185 B2 JPS6341185 B2 JP S6341185B2
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JP
Japan
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ion
ions
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primary
sample
Prior art date
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JP56170585A
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JPS5871541A (ja
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Eiichi Izumi
Hifumi Tamura
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to US06/435,728 priority patent/US4510387A/en
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Publication of JPS6341185B2 publication Critical patent/JPS6341185B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/252Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体や金属の組成を分析するイオン
マイクロアナライザに係り、特に、分析深さの表
示機能を有するイオンマイクロアナライザに関す
るものである。
イオンマイクロアナライザ(以後IMAと記す)
において深さ方向分析の手法として、エレクトロ
ニツクアパーチヤ法とトータルイオンモニタ法と
が用いられる。後者のトータルイオンモニタ法は
一次イオンの変動、表面の凹凸および表面変質層
の補正を行う方法で、分析深さを横軸にとり分析
二次イオン強度を縦軸にとつて、深さ方向の濃度
プロフアイルを描いた時の、縦軸の精度を向上さ
せる技法である。しかし、横軸に示される分析深
さの精度向上については、従来殆んど検討されて
はおらず、分析後のエツチングクレータの深さを
実測して求めるのが現状であつた。
本発明は従来殆んど検討されていなかつた分析
深さの測定精度について検討を加え、分析進行中
に分析深さを表示することができるIMAを提供
することを目的とし、その特徴とするところは、
試料に照射する一次イオンを発生させるイオン源
と、上記試料より放出される二次イオンを質量分
析する質量分析計とを有するIMAにおいて、活
性イオンを発生する上記一次イオン源と、上記試
料より放出される全二次イオン量を経時的に検出
して該二次イオン量の飽和値を求める手段と、上
記一次イオンの照射開始時点から上記飽和値を示
す時点までの時間又は該飽和値のn分の1(nは
2以上の整数、以下同様)を示す時点までの時間
を単位として上記一次イオンの照射開始時点から
の時間を分析深さとして表示する分析深さ表示手
段とを有していることにある。
本発明は以下の検討結果に基づいてなされたも
のである。
第1図は一次イオンの打込み深さと一次イオン
の濃度との関係および分析深さと一次イオン濃
度、二次イオン強度との関係を示す線図である。
第1図Aは一次イオンの濃度分布を示すもので、
横軸、縦軸には、それぞれ、一次イオン打込み深
さ、一次イオン濃度がとつてあり、Rpは試料中
の一次イオンが最大値を示す打込み深さを示し、
ρはその時の標準偏差を示している。第1図Bは
試料の表面がΔxだけスパツタされた時に打打ま
れた一次イオンの深さ方向の分布を示すもので、
横軸、縮軸には、それぞれ、一次イオン打込深
さ、一次イオン濃度がとつてあり、第1図Aの分
布との重なりを示したものである。また、第1図
Cは打込まれた一次イオンの試料中の濃度を示す
もので、横軸、縦軸には、それぞれ、分析深さ、
一次イオン濃度がとつてある。Rpにおける一次
イオン濃度の値がNpであると、その2倍の2Np
で濃度は飽和する。第1図Dは一次イオンとして
酸素イオンを用いた時の全二次イオンItと特定質
量二次イオンIsの深さ方向の分布分析結果を示す
もので、横軸、縦軸に、それぞれ、分析深さ、二
次イオン強度がとつてある。この結果は、第1図
Cに示す一次イオンの濃度、即ち、試料中の酸素
濃度と全く同じ挙動をすることを示している。一
方、第1図Eは一次イオンとしてアルゴンを用い
たときの全二次イオンIt′と特定質量二次イオン
Is′の分布分折の結果を示すもので、横軸、縦軸
は、それぞれ分析深さ、二次イオンがとつてある
が、この場合には同じ試料の場合でも第1図Dの
場合とは全く異なる結果となる。すなわち、酸素
等の活性イオンを一次イオンとして用いた時はア
ルゴン等の非活性イオンを用いた時とは異なるこ
とがわかる。なお、第1図DおよびEに示す極表
面層のピークは試料表面に吸着している酸素によ
るものである。
以上の結果から、酸素等の活性イオンを一次イ
オンとして用いた時は、全二次イオンの二次イオ
ン強度の分布曲線の飽和値2Npを求めれば、その
1/2の値Npとなる分析深さRpを求められること
がわかる。
一方、イオンエネルギとRpとの間には第5図
(Robert G.Wilson等を著者とする「ION
BEAM with Applications to Ion
Implantation」より引用)の関係がある。この
図は元素をパラメータとして示してあり、試料元
素によつてRp値は変化するが、一般にRpは原子
量に反比例しており、この図に示されていない元
素についても実測して求めることができる。
従つて、一次イオン打込み深さRpが判明すれ
ば、一次イオン照射開始時点からRpの値になる
までの時間を単位として一次イオン照射開始時点
からの時間を指標にすれば、この指標によつてエ
ツチング深さ、すなわち、分析深さが表示できる
ことを示している。なお、単位として用いる時間
には、一次イオン照射開始時点から飽和値を示す
時点までの時間又は飽和値のn分の1を示す時点
までの時間を用いることができる。
すなわち、一次イオン照射によつてスパツタさ
れる量は、一次イオン種、エネルギー、入射角、
電流密度等に依存し、試料元素、試料中の不純物
濃度によつても変化することが知られている。こ
の内で電流密度はイオン源の圧力、温度およびイ
オンビーム径によつて複雑に変化し、常に同一条
件に設定することはむずかしい。しかし、一次イ
オンが試料中に打込まれる深さは電流密度に依存
しないので、その他の条件を設定した時には、第
1図による説明より明らかな如く一次イオンの打
込み深さを内部標準として未知試料における分析
深さを知ることができる。
以下、実施例について説明する。
第2図は、一実施例のブロツク図で、1は活性
イオン、例えばO2+イオンを発生するイオン源、
3はイオン源1で生成し加速された活性一次イオ
ン2を集束するレンズ、4は試料、5は試料4よ
り発生する二次イオン、6はエネルギアナライ
ザ、7は質量分析計、8は特定質量二次イオンの
検出器、9は増幅器、10は例えば、陰極線管又
はXYプロツタ等よりなり、質量分析計7による
分析結果を表示する出力機器、11はエネルギア
ナライザ6の後段に設けられ、全二次イオン量を
検出する全イオンモニタ、12は標本化時間信
号、13は全イオンモニタ11の検出信号および
タイマー12の標本化時間信号を記憶させる記憶
回路、14は全二次イオンの飽和値を検出する回
路、15はタイミングパルスを出力機器10へ出
力させるタイマーを示している。
このIMAにおいてはイオン源1で生成し加速
された活性一次イオン2はレンズ3によつて集束
されて試料4を照射する。この時発生する二次イ
オン5はエネルギアナライザ6を介して質量分析
計7で質量分離された特定質量二次イオンは、検
出器8、増幅器9を経て出力機器10へ出力され
る。
これと同時にエネルギアナライザ6を通つた二
次イオンは全イオンモニタ11で検出される。そ
の検出信号およタイマー12の標本化時間信号は
記憶回路13に記憶させる。また、記憶回路13
よりの信号は飽和値検出回路14に送られて全二
次イオンの飽和値が検出され、その半分の値とな
る時間を周期とするタイミングパルスをタイマー
15より出力機器10へ出力させる。
なお、出力機器10には例えば陰極線又はXY
プロツタ等が用いられるが、必要に応じて打込み
深さをデイジタル化して表示することもできる。
第3図は複数元素よりなる多層膜試料の断面図
で、表面よりa,b,cの3つの元素が積層して
いる。第4図は第3図の如く構成されている試料
を第2図の装置を用いて分析した結果を示すもの
で、横軸は打込み深さを示し、縦軸は二次イオン
強度を示している。これによつてa,b,c各層
の厚さを知ることができる。この目盛は全二次イ
オン量の飽和値の1/2の値で目盛つてあるので、
横軸の一目盛は一次イオンのRp値となる。
実験の結果によれば、8KeVのエネルギで02+
イオンをSi中に打込んだ時の打込み深さRpはほ
ぼ100Åである。したがつて、Rpの値で出力を目
盛ると分析深さが直読できるが、一般に深さ方向
の分析は1000〜10000Å程度であるので、100Å程
度の目盛りで十分である。このようにして、分析
中に分析元素の深さを定量的に把握することが可
能となる。
本実施例のIMAは、試料より放出される全二
次イオン量を検出すると共に質量分析計に導入し
て各検出信号の経時的変化量を表示するごとく構
成し、かつ、全二次イオン量の飽和値又は飽和値
のn分の1の値に達する時間を単位として時間毎
に深さ表示することによつて、分析中にイオン分
析深さを把握できる。したがつて、分析深さの精
度を高めて深さ方向の分析精度を向上させるとい
う効果が得られる。
第6図は他の実施例のブロツク図で、第2図と
同一部分には同一符号が付してあり、16は積分
器を示している。この実施例が第2図の実施例と
異なるところは、全二次イオンモニタ11の代り
に積分器16を用いる点で、第2図の実施例にお
いては記憶回路13に全二次イオンモニタ11の
出力を記憶させているが、この実施例では、検出
器8の出力を増幅した後積分して記憶させるよう
になつている。この実施例の場合にも第2図の実
施例と同様の効果が得られる。
本発明のIMAは、従来行われていなかつた分
析中の分析深さを表示して、分析精度を向上させ
るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は一次イオンの打込み深さと濃度分布と
の関係および分析深さと一次イオン濃度、二次イ
オン強度との関係を示す線図、第2図は本発明の
IMAの一実施例のブロツク図、第3図は複数元
素が積層した試料の断面図、第4図は第3図の試
料の深さと二次イオン強度との関係を示す線図、
第5図は打込みイオンエネルギと打込み深さとの
関係を示す線図、第6図は本発明のIMAの他の
実施例のブロツク図である。 1……イオン源、2……一次イオン、4……試
料、5……二次イオン、6……エネルギアナライ
ザ、7……質量分析計、8……検出器、9……増
幅器、10……出力機器、11……全二次イオン
モニタ、12,15……タイマ、13……記憶回
路、14……飽和値検出回路、16……積分器、
Rp……打込み深さ、Δx……スパツタ量、Np…
…Rp深さでの一次イオン濃度、It……全二次イ
オン電流、Is……特定質量の二次イオン電流。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 試料に照射する一次イオンを発生させるイオ
    ン源と、上記試料より放出される二次イオンを質
    量分析する質量分析計とを有するイオンマイクロ
    アナライザにおいて、活性イオンを発生する上記
    一次イオン源と、上記試料より放出される全二次
    イオン量を経時的に検出して該全二次イオン量の
    飽和値を求める手段と、上記一次イオンの照射開
    始時点から上記飽和値を示す時点までの時間又は
    該飽和値のn分の1(nは2以上の整数)を示す
    時点までの時間を単位として、上記一次イオンの
    照射開始時点からの時間を分析深さとして表示す
    る分析深さ表示手段とを有していることを特徴と
    するイオンマイクロアナライザ。 2 上記全二次イオン量の検出が、エネルギアナ
    ライザの出力を検出する全二次イオンモニタによ
    つて行なわれる特許請求の範囲第1項記載のイオ
    ンマイクロアナライザ。 3 上記全二次イオン量の検出が、上記質量分析
    計の検出器の出力を積分する積分器によつて行な
    われる特許請求の範囲第1項記載のイオンマイク
    ロアナライザ。 4 上記分析深さ表示手段が、上記全二次イオン
    量の飽和値を求める手段の出力をタイマーを介し
    て出力機器に入力させる手段である特許請求の範
    囲第1項記載のイオンマイクロアナライザ。
JP56170585A 1981-10-23 1981-10-23 イオンマイクロアナライザ Granted JPS5871541A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56170585A JPS5871541A (ja) 1981-10-23 1981-10-23 イオンマイクロアナライザ
US06/435,728 US4510387A (en) 1981-10-23 1982-10-20 Ion micro-analysis

Applications Claiming Priority (1)

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JP56170585A JPS5871541A (ja) 1981-10-23 1981-10-23 イオンマイクロアナライザ

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JPS5871541A JPS5871541A (ja) 1983-04-28
JPS6341185B2 true JPS6341185B2 (ja) 1988-08-16

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ID=15907558

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JP56170585A Granted JPS5871541A (ja) 1981-10-23 1981-10-23 イオンマイクロアナライザ

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JPS5871541A (ja) 1983-04-28
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