JPH02186209A - 深さ方向分析装置 - Google Patents
深さ方向分析装置Info
- Publication number
- JPH02186209A JPH02186209A JP1004647A JP464789A JPH02186209A JP H02186209 A JPH02186209 A JP H02186209A JP 1004647 A JP1004647 A JP 1004647A JP 464789 A JP464789 A JP 464789A JP H02186209 A JPH02186209 A JP H02186209A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- depth
- sample
- analysis
- etching
- neutral
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- Pending
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- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、固体試料を深さ方向に分析して深さ方向プ
ロフィルを求めることのできる深さ方向分析装置に関す
る。
ロフィルを求めることのできる深さ方向分析装置に関す
る。
（従来の技術）
固体試料の深さ方向分析は、その固体試料をスパッタエ
ツチング等により深さ方向にエツチングしながら行われ
る。このような固体試料の深さ方向分析において、その
深さ方向の検量、即ちエツチング時間の分析深さへの変
換は、従来次のようにして行われていた。
ツチング等により深さ方向にエツチングしながら行われ
る。このような固体試料の深さ方向分析において、その
深さ方向の検量、即ちエツチング時間の分析深さへの変
換は、従来次のようにして行われていた。
まず、その第１の従来技術は、試料のスパッタ率を実験
データから求め、スパッタ速度を計算して分析時のエツ
チング時間から深さ方向の検量を行うようにしている。
データから求め、スパッタ速度を計算して分析時のエツ
チング時間から深さ方向の検量を行うようにしている。
第２の従来技術は、分析終了後に、エツチングクレータ
の深さを多重干渉計で測定し、エツチング用イオンビー
ムの照射時間から、平均スパッタ速度を求めて深さ方向
の検量を行うようにしている。
の深さを多重干渉計で測定し、エツチング用イオンビー
ムの照射時間から、平均スパッタ速度を求めて深さ方向
の検量を行うようにしている。
また、第３の従来技術は、スパッタに用いるイオンの種
類、エネルギー及び試料のマトリクスが分ればイオンの
注入深さＲＰがＬＳＳ理論によって推定できることを利
用している。即ち、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ分析
）において、−次イオンとして０２＋のようにイオン化
効率を上げるイオン種を用いる場合、二次イオン強度は
注入された０２＋の影響で分析深さが深くなるにつれて
強まり、ある深さからは一定になる。この深さが注入深
さＲＰに相当するため、全二次イオンを検出することで
その振舞いから注入深さＲＰをスケルとして深さ方向の
検量を行うようにしている。
類、エネルギー及び試料のマトリクスが分ればイオンの
注入深さＲＰがＬＳＳ理論によって推定できることを利
用している。即ち、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ分析
）において、−次イオンとして０２＋のようにイオン化
効率を上げるイオン種を用いる場合、二次イオン強度は
注入された０２＋の影響で分析深さが深くなるにつれて
強まり、ある深さからは一定になる。この深さが注入深
さＲＰに相当するため、全二次イオンを検出することで
その振舞いから注入深さＲＰをスケルとして深さ方向の
検量を行うようにしている。
この第３の従来技術は、通常、磁場型の質量分析ｚ１を
持つ分析装置に適用され、全二次イオンはセクタ電極と
セクタ磁場の間にイオン電子コンバータを設けて検出さ
れている。
持つ分析装置に適用され、全二次イオンはセクタ電極と
セクタ磁場の間にイオン電子コンバータを設けて検出さ
れている。
上記、第１ないし第３の従来技術のうち、実用上の而か
ら、一般には第２の従来技術が用いられている。
ら、一般には第２の従来技術が用いられている。
（発明が解決しようとする課題）
第１ないし第３の従来技術には、共通した次のような問
題があった。即ち、分析の終了後にエツチング用イオン
ビームの照射時間等から深さ方向の検量を行うようにし
ていたため、リアルタイムに分析深さを求めることが困
難である。分析チャンバ内の雰囲気圧、−次イオンビー
ム強度等の分析条件の変動を補正することができず、深
さ方向の検量精度が低下する。また、多層膜試料等を深
さ方向に検量して深さ方向プロフィルを求めることがで
きないという問題があった。この他、第１の従来技術で
はスパッタ速度の計算を必要とし、また第２の従来技術
では分析装置以外の測定装置によるエツチングクレータ
の深さ測定を必要としていたため、効率が悪いという問
題があった。
題があった。即ち、分析の終了後にエツチング用イオン
ビームの照射時間等から深さ方向の検量を行うようにし
ていたため、リアルタイムに分析深さを求めることが困
難である。分析チャンバ内の雰囲気圧、−次イオンビー
ム強度等の分析条件の変動を補正することができず、深
さ方向の検量精度が低下する。また、多層膜試料等を深
さ方向に検量して深さ方向プロフィルを求めることがで
きないという問題があった。この他、第１の従来技術で
はスパッタ速度の計算を必要とし、また第２の従来技術
では分析装置以外の測定装置によるエツチングクレータ
の深さ測定を必要としていたため、効率が悪いという問
題があった。
さらに、第３の従来技術には、次のような特有の問題が
あった。即ち、全二次イオンの検出に基づいているため
、ＳＩＭＳ分析以外の分析装置に対しては実用的でない
。Ａｒ＋のようなイオン効率を高めることのないイオン
を一次イオン種とする場合には使用することができない
。また、０２を含ａした膜試料や、０２が局在している
膜試料では全イオンの深さ方向プロフィルが複雑になり
、注入深さＲＰを求めることが難しくなるという問題が
あった。
あった。即ち、全二次イオンの検出に基づいているため
、ＳＩＭＳ分析以外の分析装置に対しては実用的でない
。Ａｒ＋のようなイオン効率を高めることのないイオン
を一次イオン種とする場合には使用することができない
。また、０２を含ａした膜試料や、０２が局在している
膜試料では全イオンの深さ方向プロフィルが複雑になり
、注入深さＲＰを求めることが難しくなるという問題が
あった。
そこで、この発明は、深さ方向分析データの深さ方向検
量を他の操作等を必要とせずにリアルタイムで行うこと
が可能であり、また分析チャンバ内の雰囲気圧、−次イ
オンビーム強度等の分析条件の変動の影響を補正するこ
とができて分析精度を向上させることができ、さらに多
層膜試料等の深さ方向の検量も行うことのできる深さ方
向分析装置を提供することを目的とする。
量を他の操作等を必要とせずにリアルタイムで行うこと
が可能であり、また分析チャンバ内の雰囲気圧、−次イ
オンビーム強度等の分析条件の変動の影響を補正するこ
とができて分析精度を向上させることができ、さらに多
層膜試料等の深さ方向の検量も行うことのできる深さ方
向分析装置を提供することを目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
この発明は上記課題を解決するために、分析すべき試料
をスパッタエツチングするためのイオンビームを発生す
るイオンビーム発生装置と、前記スパッタエツチングで
生じる中性粒子を検出する中性粒子検出器と、スパッタ
エツチングされる前記試料に荷電ビームを照射する荷電
ビーム発生装置と、照射された前記荷電ビームと前記試
料との相互作用で生じる粒子ないしは光を検出して当該
試料を組成する元素の分析を行う分析系と、予め求めら
れた中性粒子の強度とエツチング深さの関係を示す係数
に基づいて前記中性粒子検出器で検出された中性粒子の
強度から前記スパッタエツチングによるエツチング深さ
を求める処理手段と有することを要旨とする。
をスパッタエツチングするためのイオンビームを発生す
るイオンビーム発生装置と、前記スパッタエツチングで
生じる中性粒子を検出する中性粒子検出器と、スパッタ
エツチングされる前記試料に荷電ビームを照射する荷電
ビーム発生装置と、照射された前記荷電ビームと前記試
料との相互作用で生じる粒子ないしは光を検出して当該
試料を組成する元素の分析を行う分析系と、予め求めら
れた中性粒子の強度とエツチング深さの関係を示す係数
に基づいて前記中性粒子検出器で検出された中性粒子の
強度から前記スパッタエツチングによるエツチング深さ
を求める処理手段と有することを要旨とする。
（作用）
上記構成において、スパッタエツチングの進行に伴って
生じる中性粒子が中性粒子検出器で検出され、処理手段
でその検出された中性粒子の強度に予め求められた中性
粒子の強度とエツチング深さの関係を示す係数が乗じら
れてリアルタイムで分析深さが求められる。多層膜試料
に対しては、その多層膜を構成する金膜に対する分析系
の分析出力の変化に基づいて当該各膜に対する上述の係
数が切換えられ、同様にリアルタイムで分析深さが求め
られる。
生じる中性粒子が中性粒子検出器で検出され、処理手段
でその検出された中性粒子の強度に予め求められた中性
粒子の強度とエツチング深さの関係を示す係数が乗じら
れてリアルタイムで分析深さが求められる。多層膜試料
に対しては、その多層膜を構成する金膜に対する分析系
の分析出力の変化に基づいて当該各膜に対する上述の係
数が切換えられ、同様にリアルタイムで分析深さが求め
られる。
このようにスパッタエツチングの結果生じた中性粒子に
基づいて分析深さを求めるので、分析チャンバ内の雰囲
気圧、−次イオンビーム強度等の分析条件の変動の影響
を受けることなく分析深さが精度よく求められる。
基づいて分析深さを求めるので、分析チャンバ内の雰囲
気圧、−次イオンビーム強度等の分析条件の変動の影響
を受けることなく分析深さが精度よく求められる。
そして、このようにして求められる分析深さと分析系の
分析出力とに基づいて深さ方向の検量が行われて深さ方
向プロフィルが求められる。
分析出力とに基づいて深さ方向の検量が行われて深さ方
向プロフィルが求められる。
（実施例）
以下、この発明の実施例を第１図および第２図に基づい
て説明する。
て説明する。
まず、深さ方向分析装置の構成を説明すると、第１図中
、１はスパッタエツチング用のイオンビムを発生するイ
オンビーム発生装置、５は分析ずべき試ｆ４．２は試ｆ
４５のスパッタエツチングで生じる中性粒子を検出する
中性粒子検出器、３は試料５に荷電ビームを照射する荷
電ビーム発生装置、４は照射された荷電ビームと試料５
との相互作用で生じる粒子ないしは光を検出してその試
料５を組成する元素の分析を行う分析系としての粒子等
検出器である。上記の各装置ないし機器等は図示省略の
真空用チャンバ内に収容され、中性粒子検出器２で検出
された中性粒子及び粒子等検出器４で検出された分析信
号は、処理手段としてのデータ処理コンピュータ６に読
込まれるようになっている。７は深さ方向の検量に基づ
く深さ方向プロフィル等を表示する表示器等の出力手段
である。
、１はスパッタエツチング用のイオンビムを発生するイ
オンビーム発生装置、５は分析ずべき試ｆ４．２は試ｆ
４５のスパッタエツチングで生じる中性粒子を検出する
中性粒子検出器、３は試料５に荷電ビームを照射する荷
電ビーム発生装置、４は照射された荷電ビームと試料５
との相互作用で生じる粒子ないしは光を検出してその試
料５を組成する元素の分析を行う分析系としての粒子等
検出器である。上記の各装置ないし機器等は図示省略の
真空用チャンバ内に収容され、中性粒子検出器２で検出
された中性粒子及び粒子等検出器４で検出された分析信
号は、処理手段としてのデータ処理コンピュータ６に読
込まれるようになっている。７は深さ方向の検量に基づ
く深さ方向プロフィル等を表示する表示器等の出力手段
である。
上記のデータ処理コンピュータ６には、次のようにして
予め求められた中性粒子の強度とエツチング深さの関係
を示す係数ηが図示省略の内部メモリに格納されている
。
予め求められた中性粒子の強度とエツチング深さの関係
を示す係数ηが図示省略の内部メモリに格納されている
。
即ち、分析すべき試料についてスパッタされた中性粒子
を中性粒子検出器２で検出し、その強度Ｉｓ （ＣＰ
Ｓ：Ｃｏｕｎｔｓ Ｐｅｒ ５ｅｃｏｎｄ）を測定
すると１秒間にエツチングされる深さＤ （Ｃｍ）が次
式で表される。
を中性粒子検出器２で検出し、その強度Ｉｓ （ＣＰ
Ｓ：Ｃｏｕｎｔｓ Ｐｅｒ ５ｅｃｏｎｄ）を測定
すると１秒間にエツチングされる深さＤ （Ｃｍ）が次
式で表される。
Ｄ−１ｓ／（Ａ−ｄ・η１ ・η２ ・η３）・・・（
１）ここに、Ａ：エツチング領域（ｃｒｎ２）ｄ：試料
密度（ａｔ、／ｃｃ） η１ ：実効消費体積係数 η２ ニスバッタ粒子補集効率 η３ ：粒子数変換係数 上記のη１はエツチング用のイオンビーム径が６限で強
度分布を持つためのエツチングクレータのプロフィルが
完全な矩形とならないことを補正するだめの因子である
。η２はスパッタで発生した中性粒子の何％が中性粒子
検出器２に到達するかを示す因子であり、また、η３は
中性粒子検出器２の検出表示値と実際に入射した中性粒
子数との交換因子であり、上記Ｃ→れの因子も、中性粒
子検出器２の位置、大きさ及び性能のみに依存する量で
ある。
１）ここに、Ａ：エツチング領域（ｃｒｎ２）ｄ：試料
密度（ａｔ、／ｃｃ） η１ ：実効消費体積係数 η２ ニスバッタ粒子補集効率 η３ ：粒子数変換係数 上記のη１はエツチング用のイオンビーム径が６限で強
度分布を持つためのエツチングクレータのプロフィルが
完全な矩形とならないことを補正するだめの因子である
。η２はスパッタで発生した中性粒子の何％が中性粒子
検出器２に到達するかを示す因子であり、また、η３は
中性粒子検出器２の検出表示値と実際に入射した中性粒
子数との交換因子であり、上記Ｃ→れの因子も、中性粒
子検出器２の位置、大きさ及び性能のみに依存する量で
ある。
いま、係数η−η丁 ・η２ ・η３とすると、その係
数ηは、幾つかのスパッタ時間に対して中性粒子検出器
２で中性粒子の強度Ｉｓを測定したのち、そのときのエ
ツチングクレータの深さＤを測定すれば、ｌ５−Ｄ直線
の勾配として求められる。
数ηは、幾つかのスパッタ時間に対して中性粒子検出器
２で中性粒子の強度Ｉｓを測定したのち、そのときのエ
ツチングクレータの深さＤを測定すれば、ｌ５−Ｄ直線
の勾配として求められる。
このようにして求められた係数ηは、一定のエツチング
領域Ａに対して変化しない量であり、この係数ηがデー
タ処理コンピュータ６の内部メモリに予め格納されてい
る。
領域Ａに対して変化しない量であり、この係数ηがデー
タ処理コンピュータ６の内部メモリに予め格納されてい
る。
また、多層膜等に対しては多層膜を構成する６膜の元素
によって試料密度ｄが異なるため、係数ηの値が異なる
ことになる。このため厳密な深さ方向の検量はやや難し
くなるが、半導体試料等の分析のように、その膜構造が
機知の場合には、その６膜に対する係数ηの値がｎ１定
されてデータ処理コンピュータ６に格納されている。そ
して膜の界面では粒子検出器４で検出゛された分析出力
の変化に基づいて、その６膜に対応したηの値が適切に
切換えられるようになっている。
によって試料密度ｄが異なるため、係数ηの値が異なる
ことになる。このため厳密な深さ方向の検量はやや難し
くなるが、半導体試料等の分析のように、その膜構造が
機知の場合には、その６膜に対する係数ηの値がｎ１定
されてデータ処理コンピュータ６に格納されている。そ
して膜の界面では粒子検出器４で検出゛された分析出力
の変化に基づいて、その６膜に対応したηの値が適切に
切換えられるようになっている。
次に上述のように構成された深さ方向分析装置の作用を
第２図のフローチャートを用いて説明する。
第２図のフローチャートを用いて説明する。
まず、係数η及びデータ出力の深さ単位吏がデータ処理
コンピュータ６に入力される（ステップ１１）。そして
試料５の深さ方向分析に際して中性粒子検出器２で検出
された中性粒子の強度Ｉｓと、粒子等検出器４で検出さ
れた分析データ１０とがデータ処理コンピュータ６に順
次読込まれる（ステップ１２）。データ処理コンピュー
タ６では、読込まれた中性粒子の強度Ｉｓに係数ηを乗
する演算が実行され、単位時間当りのエツチング深さＤ
が求められる（ステップ１３）。そして順次人力する中
性粒子強度Ｉｓに対しエツチング深さＤが積算され（ス
テップ１４）、深さ単位更ごとのエツチング深さΣＤが
データとして出力される（ステップ１５．１６）。そし
てこの深さ単位愛ごとのエツチング深さΣＤ１即ち単位
分析深さと、その単位分析深さごとの分析データ■Ｄに
基づいて精度のよい深さ方向の検量が効率よく行われ、
深さ方向プロフィルがリアルタイムで出力手段７に表示
される。
コンピュータ６に入力される（ステップ１１）。そして
試料５の深さ方向分析に際して中性粒子検出器２で検出
された中性粒子の強度Ｉｓと、粒子等検出器４で検出さ
れた分析データ１０とがデータ処理コンピュータ６に順
次読込まれる（ステップ１２）。データ処理コンピュー
タ６では、読込まれた中性粒子の強度Ｉｓに係数ηを乗
する演算が実行され、単位時間当りのエツチング深さＤ
が求められる（ステップ１３）。そして順次人力する中
性粒子強度Ｉｓに対しエツチング深さＤが積算され（ス
テップ１４）、深さ単位更ごとのエツチング深さΣＤが
データとして出力される（ステップ１５．１６）。そし
てこの深さ単位愛ごとのエツチング深さΣＤ１即ち単位
分析深さと、その単位分析深さごとの分析データ■Ｄに
基づいて精度のよい深さ方向の検量が効率よく行われ、
深さ方向プロフィルがリアルタイムで出力手段７に表示
される。
また、多層膜等の試料に対しては、その多層膜を構成す
る菌膜に対する粒子等検出器４からの分析データｉｏの
変化に基づいて、当該各膜に対する係数ηが切換えられ
てエツチング深さΣＤが求められ、上記と同様にして深
さ方向の検量が効率よく行われ、深さ方向プロフィルが
出力手段７に表示される。
る菌膜に対する粒子等検出器４からの分析データｉｏの
変化に基づいて、当該各膜に対する係数ηが切換えられ
てエツチング深さΣＤが求められ、上記と同様にして深
さ方向の検量が効率よく行われ、深さ方向プロフィルが
出力手段７に表示される。
なお、ＳＩＭＳ分析のような分析装置では、エツチング
用イオンビームの発生装置と試料に荷電ビームを照射す
る荷電ビームの発生装置とは同一であるがこの発明はこ
のような分析装置にも適用することができる。また、こ
の発明は、中性粒子検出器と粒子等検出器とを兼用する
ことのできるＴＯＦ型の質量分析器にも適用することが
できる。
用イオンビームの発生装置と試料に荷電ビームを照射す
る荷電ビームの発生装置とは同一であるがこの発明はこ
のような分析装置にも適用することができる。また、こ
の発明は、中性粒子検出器と粒子等検出器とを兼用する
ことのできるＴＯＦ型の質量分析器にも適用することが
できる。
［発明の効果］
以上説明したように、この発明によれば、スパッタエツ
チングの進行に伴って生じる中性粒子を中性粒子検出器
で検出し、処理手段でその検出した中性粒子の強度に予
め求められた中性粒子の強度とエツチング深さの関係を
示す係数を乗じて分析深さをリアルタイムで求め、また
、分析系ではエツチングの進行と並行して荷γ１ビーム
の照射により試料を組成する元素の分析を行うようにし
たので、分析チャンバ内の雰囲気圧、−次イオンビーム
強度等の分析条件の変動の影響を受けることなく深さ方
向の検量をリアルタイムで精度よく行うことができ、ま
たこの深さ方向の検量に基づいて深さ方向プロフィルを
求めることができる。
チングの進行に伴って生じる中性粒子を中性粒子検出器
で検出し、処理手段でその検出した中性粒子の強度に予
め求められた中性粒子の強度とエツチング深さの関係を
示す係数を乗じて分析深さをリアルタイムで求め、また
、分析系ではエツチングの進行と並行して荷γ１ビーム
の照射により試料を組成する元素の分析を行うようにし
たので、分析チャンバ内の雰囲気圧、−次イオンビーム
強度等の分析条件の変動の影響を受けることなく深さ方
向の検量をリアルタイムで精度よく行うことができ、ま
たこの深さ方向の検量に基づいて深さ方向プロフィルを
求めることができる。
さらに、多層膜等の試料に対して、その多層膜を構成す
る菌膜に対する分析系の検出出力の変化に基づいて、当
該各膜に対する前記の係数を切換えることにより、前記
と同様に分析深さを求めることができて深さ方向の検量
をリアルタイムで行うことができる。
る菌膜に対する分析系の検出出力の変化に基づいて、当
該各膜に対する前記の係数を切換えることにより、前記
と同様に分析深さを求めることができて深さ方向の検量
をリアルタイムで行うことができる。
したがって深さ方向分析のインライン使用に極めて好適
な深さ方向分析装置を提供することができる。
な深さ方向分析装置を提供することができる。
第１図はこの発明に係る深さ方向分析装置の実施例を示
す構成図、第２図は同上実施例の作用を説明するための
フローチャートである。 １：イオンビーム発生装置、 ２：中性粒子検出器、 ３：荷電ビーム発生装置、 ４：粒子等検出器（分析系）、 ５；試料、６；デー
タ処理コンピュータ（処理手段）。 第１図
す構成図、第２図は同上実施例の作用を説明するための
フローチャートである。 １：イオンビーム発生装置、 ２：中性粒子検出器、 ３：荷電ビーム発生装置、 ４：粒子等検出器（分析系）、 ５；試料、６；デー
タ処理コンピュータ（処理手段）。 第１図
Claims (1)
- 分析すべき試料をスパッタエッチングするためのイオン
ビームを発生するイオンビーム発生装置と、前記スパッ
タエッチングで生じる中性粒子を検出する中性粒子検出
器と、スパッタエッチングされる前記試料に荷電ビーム
を照射する荷電ビーム発生装置と、照射された前記荷電
ビームと前記試料との相互作用で生じる粒子ないしは光
を検出して当該試料を組成する元素の分析を行う分析系
と、予め求められた中性粒子の強度とエッチング深さの
関係を示す係数に基づいて前記中性粒子検出器で検出さ
れた中性粒子の強度から前記スパッタエッチングによる
エッチング深さを求める処理手段と有することを特徴と
する深さ方向分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1004647A JPH02186209A (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 深さ方向分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1004647A JPH02186209A (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 深さ方向分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02186209A true JPH02186209A (ja) | 1990-07-20 |
Family
ID=11589756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1004647A Pending JPH02186209A (ja) | 1989-01-13 | 1989-01-13 | 深さ方向分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02186209A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2025074555A1 (ja) * | 2023-10-05 | 2025-04-10 |
-
1989
- 1989-01-13 JP JP1004647A patent/JPH02186209A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2025074555A1 (ja) * | 2023-10-05 | 2025-04-10 | ||
| WO2025074555A1 (ja) * | 2023-10-05 | 2025-04-10 | 株式会社日立ハイテク | 半導体デバイス製造システム、製造方法、およびサーバ |
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