JPH01169861A - イオンマイクロアナライザ - 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〕 本発明はイオンマイクロアナライザに係り特に深さ方向
分析を高精度で行うのに好適な二次イオン分析部の改良
に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭４７−３７７９２号に記載のよう
に、二次イオン通路中に補正用偏向電極を設け、一次ビ
ーム走査による二次イオン収束点の変動を補正する手段
を設け、高分解能で二次イオン像を検出するようになっ
ていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は二次イオンのエネルギ分布については配
慮がなされておらず、エネルギにわずかの差があるイオ
ンを分離して分析の精度を上げることができないという
問題があった。

本発明の目的は二次イオンを走査した場合でもエネルギ
分離器における分離能力を低下させることなく、深さ方
向の分析をすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、エネルギアナライザとして作用する電場の
電圧を、一次イオン走査幅に応じて補正することによっ
て達成される。

〔作用〕

偏向電極５に走査電源より走査電圧が印加されると二次
イオンビーム２は上記電圧に比例して分析試料７上を動
く、それによって、二次イオン引出電極１１より引出さ
れた二次イオンは、レンズ１２、アパーチャ１３、を通
すリセクタ電場１４に達する。アパーチャ１３の像はβ
スリット１５上に収束するが、試料７上を一次ビームが
動くと、βスリット１５上の収束点の位置が変動する。

上記変動を補正するため、走査電源２２の信号を電場電
源２４に送り、通常の電場電圧を補正し、βスリット１
５上のビームが一次イオンビームを走査してもずれない
ように動作する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。イオ
ン銃１で生成されたＯｚ＋などのイオンは１０〜２０Ｋ
ｙに加速され、一次イオンビーム２となる。この一次イ
オンビーム２はコンデンサーレンズ３．対物絞り４．偏
向電極５．対物レンズ６などを通過し、試料７上に細く
収束され照射される、一次イオンが試料上に照射される
とスパッターリング現象により試料は徐々に掘られ、掘
られた試料は一部イオン化している。この二次イオンは
、二次イオン引出し電極１１によって引出され、レンズ
１２でアパーチャ１３上に収束される。

このアパーチャ１３が質量分析計の物点として作用する
。

アパーチャを通過したイオンはセクタ電場１４、にてエ
ネルギ分散と角度収束をされβスリット１５上に収束す
る。このため、もしイオンにエネルギ幅がある場合、β
スリットで、特定エネルギのイオンを選択的に通過させ
ることができるβスリットを通過した特定エネルギを持
ったイオンはセクタ磁場１６で質量分離されコレクタス
リット１７上に再び収束する。質量分離されたイオンは
二次イオン検出器で検知後増幅器１９で増幅され、記録
計２０で記録される。このシグナルはＣＲＴ２３の輝度
変調にも用いられる。

一方一次イオンビーム２は走査電源２２と偏向電極５に
よって試料上を走査することができる。

この走査シグナルはＣＲＴ２３と電場電源に送られる。

また、二次イオンは二次イオン検出器１０で検出し、増
幅器２１を通ってＣＲＴ２３でも記録される。増幅器１
０のシグナルを輝度変調に、偏向電圧をＸＹ倍信号用い
ると試料７からスパッタされた全イオンの像を記録する
ことが出来る。一方セクター磁場１６の強度を特定の質
量数が通過出来るように設定しておき増幅器１９のシグ
ナルをＣＲＴ２３の輝度変調に用いれば、特定イオンの
像を記録することが出来る。さらに、増幅器１９のシグ
ナルを記録計２０に接続し、上記偏向電極５によってビ
ームを走査させておくと、試料表面のある面積部を掘り
ながらその部分から放出する特定イオンをモニタするこ
とが出来る。この方法が深さ方向分析と言われ表面層の
研究、時にシリコーンウェハーに打込まれたＢやＰの濃
度分布の測定などに用いられている。深さ方向分析の場
合、本来分析すべき同相からスパッターされるイオンの
他に気相ガスと結合したイオンが出現することがある。

更に、これらのイオンの質量数が同じ場合、たとえばＳ
ｉ中のＰの分析をする場合、　ＳｉＨとＰは同じ２９の
質量数である。

この場合、両イオンのエネルギはＰにくらべてＳｉＨは
１０ｅＶ程度低いことが多い。このため、この両イオン
は、前に説明したように、βスリットで分離することが
できる。このエネルギ幅は例えば軌道半径２００ｎｕの
電場で、二次イオン加速電圧が３ＫＶの場合、約０．６
ｎｍ程度である。−方、深さ方向分析をする場合、一次
イオンを例えば、０．６１ｍ走査すると、電場の像倍率
が１の場合、βスリット上で０．６ｎｏ偏向されること
になり、ＰのイオンはＳｉＨイオンのピークに替ってし
まうことになる。このため、実際には０　、６　ｏｎも
走査出来ない。

ところが電場電圧を約０．３％だけ、一次イオンの走査
に同期して走査すると、βスリットの位置でＰのピーク
は変化しない。したがってコレクタスリット１７上には
常にＰのピークを設定しておくことができ、ＳｉＨの影
響が少いから、深さ方向分析の精度を上げることができ
る。

第２図に本発明の効果の一例を示す。試料はＰの打込ま
れたＳｉウェハーであり、時間の関数として、Ｐ＋の強
度を測定した。図には二つの測定曲線が示しであるが（
ａ）は従来法の結果であり、（ｂ）が本発明の結果を示
す。横軸は時間の関数であるが、試料は常に一次イオン
を約０．２ｍｍ”走査しながらイオン照射によるスパッ
ターリングが生じているため、表面からの深さと等価で
ある。

（ａ）では表面近くに最大濃度の部分があり、次第にＰ
＋の量は少なくなっているが、ある深さ以上では低下し
ない。一方（ｂ）では（ａ）に比較して、Ｐ＋イオンは
大幅に低下している。はぼ平行になった点に於ける（ａ
）の値が約１０１７個／Ｃ！１１８、（ｂ）では約１０
工５個／ａ１１３であった。このため、約二桁の精度向
上が認められた。（ａ）の結果で、Ｐ＋の値が低下しな
いのは、前記した、メインピークであるＳｉＨが重なっ
ているためである。

〔発明の効果〕

本発明によれば一次イオンビームを走査する測定におい
ても、電場でエネルギ選択が正確にできるようになった
ので、深さ方向分析の精度を上げることができた。Ｓｉ
中のＰの分析では約２桁精度が向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は本発明の
効果を示す図である。 １・・・イオン銃、２・・・一次イオンビーム、３・・
・コンデンサーレンズ、４・・・対物絞り、訃・・偏向
電極、６・・・対物レンズ、７・・・分析試料、８・・
・試料ホルダ。 ９・・・シールド電極、１ｏ・・・二次イオン検出器、
１１・・・二次イオン引出電極、１２・・・補正用レン
ズ、１３・・・アパーチャ、１４・・・セクタ電場、１
５・・・βスリット、１６・・・セクタ磁場、１７・・
・コレクタスリット、１８・・・二次イオン検出器、１
９・・・増幅器、２ｏ・・・記録計、２１・・・増幅器
、２２・・・走査電源、２３・・・ＣＲＴ、２４・・・
電場電源。 第１図 第２図 う￥フガ藺

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、一次イオン源、一次イオンを試料面上で走査するた
   めの走査手段を含む一次イオン照射系、試料室エネルギ
   ー分離手段を有する質量分析計から成るイオンマイクロ
   アナライザにおいて、一次イオンを試料面上で走査する
   走査幅に比例して二次イオン質量分析計部の電場電極の
   電圧を走査するようにしたことを特徴とするイオンマイ
   クロアナライザ。