KR20090025596A - Secondary ion mass spectrometry - Google Patents

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이한신
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Abstract

A secondary ion mass spectrometry is provided to improve emission yield of secondary ion emitted in a sample by including etching gun for a sample in which a beam of atom is incident. A secondary ion mass spectrometry comprises an etching gun for a sample and an analysis gun for a surface. The etching gun(19) for a sample etches the surface of a sample(11) as beam is incident in the surface of the sample. The analysis gun(21) for a surface analyzes the emitting secondary ion as primary ion beam is incident in the surface of the sample. The etching gun for a sample is composed of a gun making the beam of the atom, in which electronegativity is greater than the oxygen atom, incident or a gun making the beam of the atom, in which ionization energy is smaller than the cesium atom, incident.

Description

이차 이온 질량 분석기{Secondary ion mass spectrometry} Secondary ion mass spectrometry

본 발명은 이차 이온 질량 분석기(Secondary ion mass spectrometry: SIMS)에 관한 것이다.The present invention relates to secondary ion mass spectrometry (SIMS).

이차 이온 질량 분석기는 고속의 일차 이온빔을 고체 표면에 입사하고, 시편 표면으로부터 스퍼터되고 방출되는 이차 이온을 검출하여 표면을 구성하는 원소의 정보를 얻는 것을 목적으로 하는 표면 분석 장치이다. 이차 이온 질량 분석기는 시편 표면 부근에 존재하는 원소를 고감도에 검출할 수 있다는 특징으로부터 반도체 산업을 비롯하여 넓게 이용되고 있다.The secondary ion mass spectrometer is a surface analysis device for the purpose of obtaining a high-speed primary ion beam on a solid surface, detecting secondary ions sputtered and emitted from the specimen surface, and obtaining information on elements constituting the surface. Secondary ion mass spectrometers are widely used in the semiconductor industry because of their ability to detect elements in the vicinity of the specimen surface with high sensitivity.

그러나, 이차 이온 질량 분석기는 검출 한계가 X-레이(ray)나 전자를 이용하는 XRD(X-ray Diffraction), XPS(X-ray Photoelectron spectroscopy), AES(Auger Electron spectroscopy)등에 비해 검출 감도가 띄어난 장점이 있다. 그러나, 이차 이온 질량 분석기는 이차 이온을 검출하는 단계에서 시편이 단일종이면 문제가 없으나, 다수의 물질층이 적층되어 있을 경우 물질층들 사이의 경계 영역에서 발생하는 매트릭스(Matrix) 효과에 의하여 시료 표면의 원소 검출의 감도가 떨어지게 된다. 다시 말해, 이차 이온 질량 분석기에서 해당 시편으로부터 스퍼터되는 입자의 이온화율이 해당 시료의 표면의 조성, 화학 상태, 및 구조에 예민하게 좌우되는 매트릭스 효과에 의하여 시료 표면의 원소 검출의 감도가 떨어지게 된다.However, secondary ion mass spectrometers have higher detection sensitivity than X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and auger electron spectroscopy (AES). There is an advantage. However, the secondary ion mass spectrometer does not have a problem if the specimen is a single species in the step of detecting secondary ions, but when a plurality of material layers are stacked, the sample is caused by the matrix effect generated in the boundary region between the material layers. The sensitivity of element detection on the surface is reduced. In other words, in the secondary ion mass spectrometer, the sensitivity of the element detection on the surface of the sample is lowered due to the matrix effect in which the ionization rate of particles sputtered from the specimen is sensitive to the composition, chemical state, and structure of the surface of the sample.

예들 들어, 이차 이온 질량 분석기를 이용하여 반도체 소자 제조시 이용되는 마스크 기판 표면을 분석할 경우, 크롬-실리콘층-실리콘 산화층 계면에 존재하는 이온을 분석해야 한다. 그런데, 일반적인 이차 이온 질량 분석기를 이용할 경우 앞서 설명한 매트릭스 효과에 의하여 검출되는 이온들의 정보가 정확하지 않게 된다. For example, when analyzing a surface of a mask substrate used in manufacturing a semiconductor device using a secondary ion mass spectrometer, it is necessary to analyze ions present at the chromium-silicon layer-silicon oxide layer interface. However, when using a general secondary ion mass spectrometer, information of ions detected by the matrix effect described above is not accurate.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 시료로부터 방출되는 이차 이온의 방출량(yield)을 크게 향상시켜 매트릭스 효과를 상쇄할 수 있는 이차 이온 질량 분석기를 제공하는 데 있다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a secondary ion mass spectrometer that can significantly cancel the matrix effect by greatly improving the amount of secondary ions emitted from a sample.

상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예에 의하면, 시편의 표면에 빔을 입사시켜 시편의 표면을 식각하는 시편 깍기용 건과, 시편의 표면에 일차 이온빔을 입사시켜 방출하는 이차 이온을 분석하는 표면 분석용 건을 포함하는 이차 이온 질량 분석기를 제공한다. 시편 깍기용 건은 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자의 빔을 입사시킬 수 있는 건으로 구성되거나, 세슘 원자보다 이온화에너지가 더 작은 원자의 빔을 입사시킬 수 있는 건으로 구성될 수 있다. In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, the specimen cutting gun for etching the surface of the specimen by injecting a beam to the surface of the specimen, and the secondary ions emitted by injecting a primary ion beam on the surface of the specimen Provided is a secondary ion mass spectrometer comprising a gun for surface analysis to analyze. The test piece cutting gun may be configured as a gun capable of injecting a beam of atoms having a higher electronegativity than an oxygen atom, or a gun capable of injecting a beam of atoms having a smaller ionization energy than cesium atoms.

산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자는 플루오르(F)로 구성할 수 있다. 세슘 원자보다 이온화 에너지가 더 작은 원자는 플랑슘(Fr)으로 구성할 수 있다. 이차 이온 질량 분석기는 비행 시간형 이차 이온 질량 분석기일 수 있다. 표면 분석용 건은 갈륨 이온(Ga+)건 또는 비스무스 이온(Bi+)건일 수 있다.An atom having a higher electronegativity than an oxygen atom may be composed of fluorine (F). Atoms with less ionization energy than cesium atoms can be composed of fluorescein (Fr). The secondary ion mass spectrometer may be a time-of-flight secondary ion mass spectrometer. The surface analysis gun may be a gallium ion (Ga + ) gun or a bismuth ion (Bi +) gun.

상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 예에 의하면, 시편의 표면에 빔을 입사시켜 상기 시편의 표면을 식각하는 시편 깍기용 건과, 상기 시편의 표면에 일차 이온빔을 입사시켜 방출하는 이차 이온을 분석하는 표면 분석용 건을 포함하는 이차 이온 질량 분석기를 제공한다. 시편 깍기용 건은 산소 분자를 구성하는 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자나 상기 산소 분자를 구성하는 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자를 포함하는 분자의 빔을 입사시켜 양이온을 잘 생성시킬 수 있는 건으로 구성되거나, 세슘보다 이온화에너지가 더 작은 원자의 빔을 입사시켜 음이온을 잘 생성시킬 수 있는 건으로 구성될 수 있다.In order to achieve the above object, according to another example of the present invention, a specimen cutting gun for etching a surface of the specimen by injecting a beam to the surface of the specimen, and a secondary ion incident by emitting a primary ion beam on the surface of the specimen It provides a secondary ion mass spectrometer comprising a surface analysis gun for analyzing ions. The shearing gun can generate a positive ion by injecting a beam of a molecule containing an atom having a higher electronegativity than an oxygen atom constituting the oxygen molecule or an atom having a electronegativity higher than the oxygen atom constituting the oxygen molecule. It may be composed of a gun that is capable of generating a negative ion by injecting a beam of atoms having a smaller ionization energy than cesium.

산소 분자를 구성하는 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자는 플루오르(F)이고, 상기 산소 분자를 구성하는 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자를 포함하는 분자는 F2 또는 F2 +일 수 있다. 세슘 원자보다 이온화에너지가 더 작은 원자는 플랑슘(Fr)일 수 있다.Electronegativity is greater atoms than oxygen atoms in the molecular oxygen may be a fluorine (F), and molecules containing a large atomic electronegativity than oxygen atoms constituting the oxygen molecule F 2 or F 2 + . Atoms that have less ionization energy than cesium atoms may be Planium (Fr).

본 발명의 이차 이온 질량 분석기는 시편깍기용 건(19)을 필요에 따라 선택적으로 전기 음성도가 큰 원자나 분자, 즉 플로오르 원자나 분자 또는 플루오르 이온을 이용하거나, 이온화에너지자 더 작은 원자인 플랑슘을 이용한다. The secondary ion mass spectrometer of the present invention optionally uses atoms or molecules having a high electronegativity, ie, fluorine atoms, molecules, or fluorine ions, or a smaller ionizing energy atom. Use of potassium.

이에 따라, 본 발명의 이차 이온 질량 분석기를 이용할 경우 시편에서 방출되는 이차 이온의 방출량(yield)을 증가시켜 매트릭스 효과를 상쇄시켜 시편의 표면 분석을 보다 용이하게 수행한다. 특히, 본 발명의 이차 이온 질량 분석기를 이용하여 반도체 세정 공정이나 마스크 기판의 처리 후에 발생하는 오염원, 예컨대 헤이즈(haze)를 정량적으로 잘 분석하여 이를 해결할 수 있다.Accordingly, when the secondary ion mass spectrometer of the present invention is used, the surface effect of the specimen is more easily performed by canceling the matrix effect by increasing the yield of secondary ions emitted from the specimen. In particular, the secondary ion mass spectrometer of the present invention can be solved by quantitatively analyzing contaminants, such as haze, generated after the semiconductor cleaning process or the treatment of the mask substrate.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention illustrated in the following may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be implemented in various different forms.

본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. The size or thickness of the film or regions in the drawings is exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements.

본 발명의 이차 이온 질량 분석기는 표면 분석 장비로써 높은 검출 감도를 가져 ppm 단위까지의 원소 분석이 가능하여 표면에 있는 소량의 물질 분석을 분석할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 이차 이온 질량 분석기에서 검출되는 이차 이온들은 시료 표면, 즉 2 내지 3 원자층 정도에서 방출되는 것이기 때문에 시편의 표면의 정보를 정확하게 얻을 수 있다.  Secondary ion mass spectrometer of the present invention is a surface analysis equipment having a high detection sensitivity capable of elemental analysis up to ppm unit can analyze a small amount of material on the surface. In other words, since the secondary ions detected by the secondary ion mass spectrometer of the present invention are emitted at the surface of the sample, that is, about 2 to 3 atomic layers, it is possible to accurately obtain information on the surface of the specimen.

이차 이온 질량 분석기는 질량 분석기의 종류에 따라 다양한 형태, 예컨대 4 극자형(quadrupole type) 이차 이온 질량 분석기, 자기 섹터형(magnetic sector type) 이차 이온 질량 분석기, 및 비행 시간형(time of flight (TOF) type) 이차 이온 질량 분석기 등이 있다. 본 발명은 앞서의 다양한 이차 이온 질량 분석기에 적용될 수 있으나, 특히 비행 시간형 이차 이온 질량 분석기에 주로 이용될 수 있다. 본 발명의 비행 시간형 이차 이온 질량 분석기는 이차 이온이 질량 분석기를 통과한 후 검출기에 도달하는데 걸리는 비행 시간을 이용하여 성분을 분석한다. 이하에서는, 비행 시간형 이차 이온 질량 분석기를 이용하여 본 발명을 설명한다. Secondary ion mass spectrometers come in various forms depending on the type of mass spectrometer, such as quadrupole type secondary ion mass spectrometer, magnetic sector type secondary ion mass spectrometer, and time of flight (TOF). ) type) secondary ion mass spectrometer. The present invention can be applied to the various secondary ion mass spectrometers described above, but can be mainly used for the time-of-flight secondary ion mass spectrometer. The time-of-flight secondary ion mass spectrometer of the present invention analyzes the components using the time taken for the secondary ions to reach the detector after passing through the mass spectrometer. Hereinafter, the present invention will be described using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer.

도 1은 본 발명에 의한 이차 이온 질량 분석기의 개념을 도시한 도면이다. 1 is a view showing the concept of a secondary ion mass spectrometer according to the present invention.

구체적으로, 본 발명에 의한 이차 이온 질량 분석기는 시편 지지대(13) 상에 위치하는 시편(11) 표면을 식각하면서 시편(11) 표면의 물질을 정량 및 정성적으로 분석한다. 보다 상세하게, 본 발명의 이차 이온 질량 분석기는 시편 지지대(13) 상에 위치하는 시편(11)이 로딩되는 챔버(15)를 펌프(17)를 이용하여 약 10-9 Torr 정도로 고진공을 유지한 후, 시편 깍기용 건(19, gun), 즉 표면 식각용 건에서 시편(11)의 표면에 빔(20)을 입사시켜 시편(11)의 표면을 식각하면서 표면 분석용 건(21)에서 시편(11)의 표면에 일차 이온빔(22)을 입사시켜 방출하는 이차 이온(23)을 질량 분석기(25)하여 시편 표면의 물질을 분석한다. 도 1에서, 참조번호 27 및 29는 빔(20)이나 일차 이온빔(22) 입사되는 주입구이며, 참조번호 31은 펌프 연결구를 나타낸다. Specifically, the secondary ion mass spectrometer according to the present invention quantitatively and qualitatively analyzes the material on the surface of the specimen 11 while etching the surface of the specimen 11 positioned on the specimen support 13. More specifically, the secondary ion mass spectrometer of the present invention maintains a high vacuum at about 10 −9 Torr by using a pump 17 in the chamber 15 loaded with the specimen 11 positioned on the specimen support 13. After that, the beam 20 is incident on the surface of the specimen 11 in the specimen cutting gun 19, that is, the surface etching gun to etch the surface of the specimen 11 while etching the surface of the specimen 11. The mass ionizer 25 analyzes the material on the surface of the specimen by performing a mass spectrometer 25 on the secondary ion 23 incident on the surface of (11) by injecting the primary ion beam 22. In Fig. 1, reference numerals 27 and 29 denote injection holes for entering the beam 20 or primary ion beam 22, and reference numeral 31 denotes a pump connection port.

본 발명의 이차 이온 질량 분석기에서 시편에서 방출되는 이차 이온의 방출 량(yield)을 향상시키고 이에 따라 매트릭스 효과를 상쇄하여 검출 감도를 향상시키기 위하여 시편깍기용 건(19)을 다음에 설명되는 것과 같이 변경한다. In the secondary ion mass spectrometer of the present invention, in order to improve the detection sensitivity of the secondary ions emitted from the specimen and thereby cancel the matrix effect, the specimen cutting gun 19 is described as follows. Change it.

본 발명의 시편 깍기용 건(19)은 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자의 빔을 입사시킬 수 있는 건으로 구성한다. 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자의 예로는 플루오르(F)를 들 수 있다. 또는, 시편 깍기용 건(19)은 산소 분자, 예컨대 O2 +를 구성하는 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자를 포함하는 분자의 빔을 입사시킬 수 있는 건으로 구성한다. 산소 분자를 구성하는 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자를 포함하는 분자는 플루오르 분자(F2), 플로오르 이온(F2 +)을 들 수 있다. 특히, 플루오르 분자보다는 플루오르 이온이 전자를 받을 결과 상자기성에서 반자기성으로 돌아가므로 시편깍기용 건으로 보다 더 적합할 수 있다.The test piece shearing gun 19 of the present invention comprises a gun capable of injecting a beam of atoms having an electronegativity greater than that of oxygen atoms. An example of an atom having a higher electronegativity than an oxygen atom is fluorine (F). Alternatively, the sample cutter case (19) constitutes gun capable of joining a beam of molecules containing oxygen molecules, for example, O is greater electronegativity than the atoms of oxygen atom of the 2 +. Examples of the molecule containing an atom having a higher electronegativity than the oxygen atom constituting the oxygen molecule include fluorine molecules (F 2 ) and fluoro ions (F 2 + ). In particular, fluorine ions, rather than fluorine molecules, return from paramagnetic to semi-magnetic as a result of receiving electrons, making them more suitable for specimen clippers.

이처럼 본 발명의 시편깍기용 건(19)은 산소 원자보다 전기 음성도가 큰 물질, 즉 원자나 분자를 사용하기 때문에 시편에서 보다 더 양이온을 더 잘 생성시켜서 이차 이온 질량 분석기에서 양(positive)쪽의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. As such, the specimen cutting gun 19 of the present invention uses a material having a higher electronegativity than an oxygen atom, that is, an atom or a molecule, thereby generating more positive ions than the specimen, so that the positive side of the secondary ion mass spectrometer is positive. Can improve the detection sensitivity.

본 발명의 시편깍기용 건(19)은 세슘 원자, 예컨대 이온 형태의 Cs+ 보다 이온화에너지가 더 작은 원자의 빔을 입사시킬 수 있는 건으로 구성한다. 세슘 원자보다 이온화 에너지가 더 작은 원자는 플랑슘(Fr)을 들 수 있다. 본 발명의 시편깍기용 건(19)으로 이온화에너지가 더 작은 플랑슘을 이용할 경우 시편 표면을 깍을 때 음이온을 더 잘 생성시켜 이차 이온 질량 분석기에서 음(negative)쪽의 검출 감 도를 향상시킬 수 있다.The specimen cutting gun 19 of the present invention is composed of a gun capable of injecting a beam of cesium atoms, for example, atoms having a smaller ionization energy than Cs + in ionic form. Atoms having a smaller ionization energy than cesium atoms include fluorescein (Fr). In the case of using the smaller ionized energy of the calcium for the specimen clipper 19 of the present invention, the negative ion is generated better when the specimen surface is cut, thereby improving the detection sensitivity of the negative side in the secondary ion mass spectrometer. Can be.

상술한 시편깍기용 건(19)은 필요에 따라 선택적으로 전기 음성도가 큰 원자나 분자, 즉 플로오르 원자나 분자 또는 플루오르 이온을 사용하거나, 이온화에너지자 더 작은 원자인 플랑슘을 사용할 수 있다. 그리고, 본 발명의 표면 분석용 건(21)은 갈륨 이온(Ga+)건 또는 비스무스 이온(Bi+)건을 이용할 수 있다. 특히, 비스무스 이온 건을 이용할 경우, 갈륨 이온 건에 비하여 분해능을 더 높일 수 있어 바람직하다. As described above, the specimen cutting gun 19 may optionally use atoms or molecules having a high electronegativity, that is, fluorine atoms, molecules, or fluorine ions, or may use fluorium having a smaller ionization energy. . As the surface analysis gun 21 of the present invention, a gallium ion (Ga + ) gun or a bismuth ion (Bi + ) gun may be used. In particular, in the case of using a bismuth ion gun, it is preferable because the resolution can be further increased as compared with the gallium ion gun.

도 2는 본 발명에 의한 이차 이온 질량 분석기의 구조를 도시한 개략도이다. 2 is a schematic diagram showing the structure of a secondary ion mass spectrometer according to the present invention.

구체적으로, 도 2의 이차 이온 질량 분석기는 비행 시간형 이차 이온 질량 분석기를 예로 든 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 이차 이온 질량 분석기는 챔버(15) 내에 시편 지지대(13) 상에 위치하는 시편(11)을 시편 주입기(33)를 이용하여 로딩한다. Specifically, the secondary ion mass spectrometer of FIG. 2 is an example of a time-of-flight secondary ion mass spectrometer. As described above, the secondary ion mass spectrometer of the present invention loads the specimen 11 positioned on the specimen support 13 in the chamber 15 by using the specimen injector 33.

챔버(15)의 좌측에는 시편(11) 표면에 일차 이온빔(22)을 입사시킬 수 있는 표면 분석용 건(21)이 위치하고, 챔버(15)의 우측에는 시편(11)의 표면을 식각할 수 있는 빔(20)을 입사시킬 수 있는 시편깍기용 건(19)이 위치한다. 시편깍기용 건(19)은 이중건으로, 산소보다 전기 음성도가 큰 원자나 분자의 빔을 입사시킬 수 있는 제1건(19a)과 세슘보다 이온화에너지가 더 작은 원자의 빔을 입사시킬 수 있는 제2 건(19b)으로 구성된다.On the left side of the chamber 15 is a surface analysis gun 21 for injecting the primary ion beam 22 onto the surface of the specimen 11, and on the right side of the chamber 15 the surface of the specimen 11 can be etched. There is a specimen cutting gun 19 which can enter the beam 20. The specimen cutting gun 19 is a double gun, which is capable of injecting a beam of atoms or molecules having a higher electronegativity than oxygen, and a beam of atoms having a smaller ionization energy than cesium. It consists of the 2nd gun 19b.

표면 분석용 건(21)나 시편깍기용 건(19)의 내부 렌즈 구조 등은 편의상 생 략한다. 챔버(15)의 중앙부에는 시편(11)에 방출되는 이차 이온의 질량을 분석하는 질량 분석기(25, Mass spectrometer)와, 질량 분석기로부터 분석된 이차 이온을 검출하는 검출기(26)가 위치한다. 본 발명의 이차 이온 질량 분석기는 시편 지지대(13) 상에 위치하는 시편(11) 표면에 빔을 입사시켜 시편(11)의 표면을 식각하면서 시편(11)의 표면에 일차 이온빔을 입사시켜 방출하는 이차 이온을 분석하여 시편(11) 표면의 물질을 정량 및 정성적으로 분석한다.The internal lens structure of the surface analysis gun 21 and the specimen clipper 19 are omitted for convenience. A mass spectrometer 25 for analyzing the mass of secondary ions emitted to the specimen 11 and a detector 26 for detecting the secondary ions analyzed from the mass analyzer are located at the center of the chamber 15. The secondary ion mass spectrometer according to the present invention injects a primary ion beam to the surface of the specimen 11 while etching the surface of the specimen 11 by injecting a beam onto the surface of the specimen 11 positioned on the specimen support 13. The secondary ions are analyzed to quantitatively and qualitatively analyze the material on the surface of the specimen 11.

도 3은 본 발명에 의한 이차 이온 질량 분석기를 이용하여 마스크 기판 표면의 물질을 분석하는 과정을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 마스크 기판을 보다 확대하여 도시한 도면이다.3 is a view illustrating a process of analyzing a material on a surface of a mask substrate using a secondary ion mass spectrometer according to the present invention, and FIG. 4 is an enlarged view of the mask substrate of FIG. 3.

구체적으로, 도 3에 도시한 바와 같이 시편 지지대(12) 상에 시편(11)으로 마스크 기판(11a)이 위치한다. 그리고, 도 4에 도시한 바와 같이 마스크 기판(11a) 에는 마스크 기판(11a)을 구성하는 매트릭스(41, Matrix)와 결함 물질로써 유기물(43)이 존재한다. Specifically, as shown in FIG. 3, the mask substrate 11a is positioned on the specimen support 12 as the specimen 11. As shown in FIG. 4, the matrix 41 constituting the mask substrate 11a and the organic material 43 are present as a defect material in the mask substrate 11a.

표면 분석용 건(21)에서 마스크 기판(11a)에 일차 이온빔을 조사하면 마스크 기판(11a)으로부터 이차 이온이 방출된다. 이차 이온은 마스크 기판(11a)의 매트릭스로부터의 이차 이온(41a)과 유기물(43a)로부터의 이차 이온(43a)이 방출된다. 방출된 이차 이온(41a, 43a)을 검출하여 마스크 기판(11a)의 표면의 물질을 분석할 수 있다. When the primary ion beam is irradiated onto the mask substrate 11a by the surface analysis gun 21, secondary ions are emitted from the mask substrate 11a. As for the secondary ions, the secondary ions 41a from the matrix of the mask substrate 11a and the secondary ions 43a from the organic material 43a are released. The released secondary ions 41a and 43a may be detected to analyze materials on the surface of the mask substrate 11a.

그런데, 본 발명의 이차 이온 질량 분석기는 시편깍기용 건(19)을 산소 원자보다 전기 음성도가 큰 물질, 즉 원자나 분자를 사용하여 마스크 기판에서 보다 더 양이온을 더 잘 생성시키거나, 이온화에너지가 더 작은 플랑슘을 이용하여 음이온을 더 잘 생성시켜 마스크 기판(11a)에서 음이온을 더 잘 생성시킨다. However, the secondary ion mass spectrometer of the present invention uses a material having a higher electronegativity than that of oxygen atoms, that is, atoms or molecules, to generate cations better than that of the mask substrate, or ionization energy. The smaller fluoresce is used to generate anions better so that the anions are better produced in the mask substrate 11a.

이에 따라, 본 발명의 이차 이온 질량 분석기를 이용할 경우 마스크 기판(11a)에서 방출되는 이차 이온의 방출량(yield)을 증가시켜 매트릭스 효과를 상쇄시켜 마스크 기판(11a)의 표면 분석을 용이하게 수행할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 이차 이온 질량 분석기를 이용하여 반도체 소자 제조시 이용되는 마스크 기판 표면을 분석할 경우, 크롬-실리콘층-실리콘 산화층 계면에 존재하는 이온을 용이하게 분석할 수 있다. 특히, 본 발명의 이차 이온 질량 분석기를 이용할 경우, 마스크 기판의 처리 과정에서 발생하는 헤이즈(haze)의 해결을 위한 정량 분석이 가능하다. Accordingly, when the secondary ion mass spectrometer of the present invention is used, surface analysis of the mask substrate 11a can be easily performed by canceling the matrix effect by increasing the emission amount of secondary ions emitted from the mask substrate 11a. have. In other words, when analyzing the surface of the mask substrate used in the manufacture of the semiconductor device using the secondary ion mass spectrometer of the present invention, it is possible to easily analyze the ions present in the chromium-silicon layer-silicon oxide layer interface. In particular, when using the secondary ion mass spectrometer of the present invention, it is possible to quantitatively analyze for solving haze generated during the treatment of the mask substrate.

도 1은 본 발명에 의한 이차 이온 질량 분석기의 개념을 도시한 도면이다.1 is a view showing the concept of a secondary ion mass spectrometer according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 이차 이온 질량 분석기의 구조를 도시한 개략도이다. 2 is a schematic diagram showing the structure of a secondary ion mass spectrometer according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 이차 이온 질량 분석기를 이용하여 마스크 기판 표면의 물질을 분석하는 과정을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a process of analyzing a material on a surface of a mask substrate using a secondary ion mass spectrometer according to the present invention.

도 4는 도 3의 마스크 기판을 보다 확대하여 도시한 도면이다.4 is an enlarged view illustrating the mask substrate of FIG. 3.

Claims (10)

시편의 표면에 빔을 입사시켜 상기 시편의 표면을 식각하는 시편 깍기용 건과, 상기 시편의 표면에 일차 이온빔을 입사시켜 방출하는 이차 이온을 분석하는 표면 분석용 건을 포함하는 이차 이온 질량 분석기에 있어서,A secondary ion mass spectrometer comprising a specimen cutting gun for etching a surface of the specimen by injecting a beam onto the surface of the specimen, and a surface analysis gun for analyzing secondary ions emitted by injecting a primary ion beam onto the surface of the specimen. In 상기 시편 깍기용 건은 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자의 빔을 입사시킬 수 있는 건으로 구성되거나, 세슘 원자보다 이온화에너지가 더 작은 원자의 빔을 입사시킬 수 있는 건으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차 이온 질량 분석기.The test piece cutting gun is composed of a gun capable of injecting a beam of atoms having a higher electronegativity than an oxygen atom, or a secondary gun, characterized in that consisting of a gun capable of injecting a beam of atoms having a smaller ionization energy than cesium atoms. Ion mass spectrometer. 제1항에 있어서, 상기 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자는 플루오르(F)인 것을 특징으로 하는 이차 이온 질량 분석기.The secondary ion mass spectrometer of claim 1, wherein an atom having a higher electronegativity than the oxygen atom is fluorine (F). 제1항에 있어서, 상기 세슘 원자보다 이온화 에너지가 더 작은 원자는 플랑슘(Fr)인 것을 특징으로 하는 이차 이온 질량 분석기.2. The secondary ion mass spectrometer of claim 1, wherein the atom having a smaller ionization energy than the cesium atom is plankium (Fr). 제1항에 있어서, 상기 이차 이온 질량 분석기는 비행 시간형 이차 이온 질량 분석기인 것을 특징으로 하는 이차 이온 질량 분석기. The secondary ion mass spectrometer of claim 1, wherein the secondary ion mass spectrometer is a time-of-flight secondary ion mass spectrometer. 제1항에 있어서, 상기 표면 분석용 건은 갈륨 이온(Ga+)건 또는 비스무스 이 온(Bi+)건인 것을 특징으로 하는 이차 이온 질량 분석기. The secondary ion mass spectrometer of claim 1, wherein the surface analysis gun is a gallium ion (Ga + ) gun or a bismuth ion (Bi +) gun. 시편의 표면에 빔을 입사시켜 상기 시편의 표면을 식각하는 시편 깍기용 건과, 상기 시편의 표면에 일차 이온빔을 입사시켜 방출하는 이차 이온을 분석하는 표면 분석용 건을 포함하는 이차 이온 질량 분석기에 있어서,A secondary ion mass spectrometer comprising a specimen cutting gun for etching a surface of the specimen by injecting a beam onto the surface of the specimen, and a surface analysis gun for analyzing secondary ions emitted by injecting a primary ion beam onto the surface of the specimen. In 상기 시편 깍기용 건은 산소 분자를 구성하는 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자나 상기 산소 분자를 구성하는 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자를 포함하는 분자의 빔을 입사시켜 양이온을 잘 생성시킬 수 있는 건으로 구성되거나, 세슘보다 이온화에너지가 더 작은 원자의 빔을 입사시켜 음이온을 잘 생성시킬 수 있는 건으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이차 이온 질량 분석기.The test piece cutting gun generates a positive ion by injecting a beam of a molecule containing an atom having a higher electronegativity than an oxygen atom constituting an oxygen molecule or an atom having an electronegativity greater than an oxygen atom constituting the oxygen molecule. Secondary ion mass spectrometer, characterized in that consisting of a gun that can be composed of a gun that can generate a good ion by injecting a beam of atoms having a smaller ionization energy than cesium. 제6항에 있어서, 상기 산소 분자를 구성하는 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자는 플루오르(F)이고, 상기 산소 분자를 구성하는 산소 원자보다 전기음성도가 큰 원자를 포함하는 분자는 F2 또는 F2 +인 것을 특징으로 하는 이차 이온 질량 분석기.The method of claim 6, wherein the atom having a higher electronegativity than the oxygen atom constituting the oxygen molecule is fluorine (F), the molecule containing an atom having a electronegativity greater than the oxygen atom constituting the oxygen molecule is F 2 or secondary ion mass spectrometry, characterized in that F 2 +. 제6항에 있어서, 상기 세슘 원자보다 이온화에너지가 더 작은 원자는 플랑슘(Fr)인 것을 특징으로 하는 이차 이온 질량 분석기.7. The secondary ion mass spectrometer of claim 6, wherein the atom having a smaller ionization energy than the cesium atom is plankium (Fr). 제6항에 있어서, 상기 이차 이온 질량 분석기는 비행 시간형 이차 이온 질량 분석기인 것을 특징으로 하는 이차 이온 질량 분석기.The secondary ion mass spectrometer of claim 6, wherein the secondary ion mass spectrometer is a time-of-flight secondary ion mass spectrometer. 제6항에 있어서, 상기 표면 분석용 건은 갈륨 이온(Ga+)건 또는 비스무스 이온(Bi+)건인 것을 특징으로 하는 이차 이온 질량 분석기. 7. The secondary ion mass spectrometer of claim 6, wherein the surface analysis gun is a gallium ion (Ga + ) gun or a bismuth ion (Bi +) gun.
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