JPH04259742A - 二次イオン質量分析装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、試料表面にイオンを
照射し、同表面から放出される二次イオンを質量分析す
ることによって、試料表面の分析を行う二次イオン質量
分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次イオン質量分析法（これはＳＩＭＳ
と略称される）は、試料表面にイオンを照射したときに
、試料表面から放出される粒子の内イオン化している粒
子（二次イオン）を質量分析することによって、試料構
成元素の定性、定量および深さ方向の分布に関する情報
を得る分析法であり、他の表面分析法に比べて、深さ方
向を短時間で高感度に分析できるという特徴を有してい
る。

【０００３】従来の二次イオン質量分析装置は、大別す
れば図４に示すように、試料２に一次イオンビーム６を
照射する一次イオン光学系４と、試料２から放出される
二次イオン８の質量分析を行う二次イオン検出系１０と
、この一次イオン光学系４および二次イオン検出系１０
を制御する制御系としての制御装置１２を備えている。

【０００４】この一次イオン光学系４および二次イオン
検出系１０の構成の詳細例を図５に示す。即ち、一次イ
オン光学系４は、一次イオンビーム６を加速して引き出
すイオン源４ａ、このイオンビーム６を絞るコンデンサ
ーレンズ４ｂ、このイオンビーム６を少し偏向させて中
性粒子を除去すると共に二次元に走査する走査電極４ｃ
、そのイオンビーム６を再び絞る対物レンズ４ｄ等から
成る。二次イオン検出系１０は、二次イオン８を絞って
取り出すエキストラクションレンズ１０ａ、その二次イ
オン８をエネルギー分析して所望のエネルギーのものを
取り出す静電偏向エネルギーアナライザー１０ｂ、その
二次イオン８を質量分析して所望の質量のものを取り出
す四重極質量分析器１０ｃ、取り出された二次イオン８
の強度を制御装置１２等において計測しやすいように増
幅する二次電子増幅倍管１０ｄ等から成る。

【０００５】このような装置における運転や計測のパラ
メータとしては、例えば次のようなものがある。

【０００６】一次イオンビーム６のビーム電流Ｉ：これ
は試料２のスパッタレートに大きく影響する。 一次イオンビーム６の加速電圧Ｖａ　：これは分解能に
影響する。 一次イオンビーム６のラスターサイズＳｒ　：これは試
料２上での一次イオンビーム６の走査領域であり、換言
すればスパッタ面積である。 一次イオンビーム６のラスター時間Ｔｒ　：これは上記
ラスターサイズＳｒ　を走査するのに要する時間である
。 二次イオン８のサンプリング時間Ｔｓ　：これは二次イ
オン８を検出する時間である。 二次イオン８のサンプリング間隔Ｔｉ　：これは二次イ
オン８を検出する時間間隔である。 二次イオン８のサンプリングゲート率Ｇ：これは上記ラ
スターサイズＳｒ　に対するサンプリング面積である。 ターゲット電圧Ｖｔ　：これはターゲット２に電圧を印
加する場合のその電圧である。 分析元素質量数Ｍ：これは測定する元素に対応する質量
数である。

【０００７】従来の二次イオン質量分析装置では、この
ような各種パラメータは、分析前に制御装置１２にそれ
ぞれプリセット入力され、分析動作中は同制御装置１２
によって常に一定に（即ちプリセット入力された値に）
保たれる。

【０００８】上記のような二次イオン質量分析装置によ
って、例えば図６に示すように、基板２ｄの表面にＡ元
素の膜２ａ、Ｂ元素の膜２ｂおよびＣ元素の膜２ｃが積
層された構造の試料２の分析を行った場合、例えば図７
に示すような分析データ（深さプロファイル）が得られ
る。縦軸の二次イオン強度は試料を構成する元素（図示
例ではＡ元素、Ｂ元素、Ｃ元素）の濃度を示し、横軸の
スパッタ時間は試料が削られる深さに対応している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の場合、試料２の
スパッタレートは、一次イオンビーム６のビーム電流Ｉ
に大きく依存する（ビーム電流を大にするとスパッタレ
ートも大になり速く削られる）が、従来の二次イオン質
量分析装置では、前述したように、このようなビーム電
流Ｉを含む各種パラメータが分析動作中は常に一定であ
った。つまり従来の装置では、分析を開始する前に、厚
い膜の分析ならスパッタレートを大にし、逆に薄い膜で
あればスパッタレートを小にする程度のことしかできな
かった。

【００１０】そのため、例えば図６に示したように、厚
い膜２ａと、厚い膜２ｃとの間に非常に薄い膜２ｂがサ
ンドイッチ状に挟まれているような構造の試料２を分析
する場合、スパッタレートを小にしておくと全体の分析
時間が非常に長くかかってしまい、スパッタレートを大
にしておくと薄い膜２ｂの情報が図７に示したように十
分には得られなくなるという問題がある。これは、スパ
ッタレートが大きく一定であるため、薄い膜２ｂでのサ
ンプリング時間Ｔｓ２が非常に短くなり、十分なサンプ
リングができなくなるからである。

【００１１】そこでこの発明は、試料が薄い膜を有する
場合でもその膜を精度良く分析することができ、しかも
全体の分析時間を短縮することができる二次イオン質量
分析装置を提供することを主たる目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明の二次イオン質量分析装置は、制御系に、少
なくとも前記一次イオンビームのビーム電流および前記
二次イオンのサンプリング間隔を含むパラメータを分析
動作中に変更することができる機能を持たせたことを特
徴とする。

【００１３】

【作用】分析動作中に一次イオンビームのビーム電流を
変更、例えば厚い膜の所では大にし薄い膜の所では小に
することにより、厚い膜の所では速く、薄い膜の所では
ゆっくり分析を行うことができる。また、二次イオンの
サンプリング間隔を例えば厚い膜の所では大にし薄い膜
の所では小にすることにより、厚い膜の所ではある程度
粗く薄い膜の所ではきめ細かく分析を行うことができる
。その結果、試料が薄い膜を有する場合でもその膜を精
度良く分析することができ、しかも全体の分析時間を短
縮することができる。

【００１４】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係る二次イオ
ン質量分析装置の概略構成図である。図４の従来例と同
一または相当する部分には同一符号を付し、以下におい
ては当該従来例との相違点を主に説明する。

【００１５】この実施例においては、前述した制御装置
１２と、それに各種のパラメータ値を供給する第二の制
御装置１４とで、前述した一次イオン光学系４および二
次イオン検出系１０に対する制御系１６を構成しており
、この制御装置１４によって、分析動作中に、この実施
例では自動で、一次イオンビーム６のビーム電流Ｉおよ
び二次イオン８のサンプリング間隔Ｔｉ　を含む前述し
た各種のパラメータを変更することができるようにして
いる。

【００１６】この制御装置１４は、例えばマイクロコン
ピュータを含んでおり、その内部に、制御装置１２に指
示するパラメータ値を各種テーブルの形で予め格納して
いる。その一例を示すと、例えば図６に示したような膜
構造を有する試料２を分析する場合は、図２に示すよう
なテーブルを用いる。

【００１７】この図２中のカウント数は、二次イオン検
出系１０から出力される二次イオン８の強度を制御装置
１２でカウント数に変換したものであり、この実施例で
はこのカウント数の変化によって、試料２の膜２ａ（Ａ
元素）、膜２ｂ（Ｂ元素）および膜２ｃ（Ｃ元素）間の
界面を検出し、それに応じてパラメータを全て自動で変
更するようにしている。例えば同図中に示すように、Ａ
元素のカウント数が１００ｃｐｓ以下になったら一旦パ
ラメータを変更し、Ｃ元素のカウント数が１００ｃｐｓ
以上になったらパラメータを元に戻す。この図ではパラ
メータとして一次イオンビーム６のビーム電流Ｉおよび
二次イオン８のサンプリング間隔Ｔｉ　のみを示してい
るが、ビーム電流Ｉを変更すると二次イオン８の収率も
変化するので、定量性を維持する等のために、前述した
他のパラメータも合わせて変更するようにしても良い。

【００１８】図６の試料２の分析動作中にパラメータを
変更して得られた分析データの一例を図３に示す。これ
は、従来例の図７に対応するものである。

【００１９】この図３では、第二層２ｂ（Ｂ元素）のと
ころで、一次イオンビーム６のビーム電流Ｉの値をＩ１
　からＩ２　（Ｉ１　＞Ｉ２　）に変更しかつ二次イオ
ン８のサンプリング間隔Ｔｉ　をＴｉ１からＴｉ２（Ｔ
ｉ１＞Ｔｉ２）に変更している。これにより、非常に薄
い第二層２ｂでのサンプリング時間Ｔｓ２を長くすると
共にサンプリング間隔Ｔｉ２を小さくしてきめ細かく分
析することができ、精度の高い分析が可能となる。そし
て、第三層２ｃ（Ｃ元素）のような厚い膜までスパッタ
が進めば、ビーム電流Ｉの値をＩ２　からＩ３　（Ｉ２
　＜Ｉ３　）に変更しかつ二次イオン８のサンプリング
間隔Ｔｉ　をＴｉ２からＴｉ３（Ｔｉ２＜Ｔｉ３）に変
更している。これにより、試料２全体の分析時間の短縮
化を図ることができる。

【００２０】以上のようにこの二次イオン質量分析装置
では、分析動作中にスパッタレート等を変更することが
できるので、分析動作中に、いわゆるスタティックな分
析とダイナミックな分析の二つのモードの切り換えが可
能になる。従って、試料が非常に薄い膜を有する場合で
もその膜を精度良く分析することができ、しかも全体の
分析時間を短縮することができる。

【００２１】その結果、例えば基板の表面にあるプロセ
ス（例えばＣＶＤ）によって膜を形成した後に、その上
に他のプロセス（例えばスパッタリング）によって他の
膜を形成した試料を例に取ると、このような試料は二つ
のプロセス間に大気にさらされるのでプロセス界面が大
気中の酸素、炭素、窒素等によって汚染されるが、この
ようなプロセス界面の汚染分析等においても精度および
感度良く分析することが可能になる。

【００２２】なお、上記実施例では二つの制御装置１２
および１４によって制御系を構成しているが、パラメー
タを変更する機能を例えば制御装置１２内に持たせるこ
とによって、それのみで制御系を構成しても良い。

【００２３】また、分析動作中のパラメータの変更は、
上記実施例のように膜の界面を検出する等して全て自動
で行なえるようにするのが好ましいが、一部を手動で行
うようにしても良い。例えば、二次イオン強度を参考に
する等して手動でパラメータ変更のタイミングを指示し
、それに基づいてパラメータ変更を予め決められた内容
に従って行わせるようにしても良い。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、制御系
に、少なくとも一次イオンビームのビーム電流および二
次イオンのサンプリング間隔を含むパラメータを分析動
作中に変更することができる機能を持たせたので、試料
が薄い膜を有する場合でもその膜を精度良く分析するこ
とができ、しかも全体の分析時間を短縮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　この発明の一実施例に係る二次イオン質量
分析装置の概略構成図である。

【図２】　　図１中の第二の制御装置内に格納している
テーブルの一例を示す図である。

【図３】　　図１の装置による分析データの一例を簡略
化して示す図である。

【図４】　　従来の二次イオン質量分析装置の概略構成
図である。

【図５】　　図１および図４の装置における一次イオン
光学系および二次イオン検出系の詳細例を示す図である
。

【図６】　　試料構造の一例を示す断面図である。

【図７】　　従来の装置による分析データの一例を簡略
化して示す図である。

【符号の説明】

２　　試料 ４　　一次イオン光学系 ６　　一次イオンビーム ８　　二次イオン １０　　二次イオン検出系 １２　　制御装置 １４　　第二の制御装置 １６　　制御系

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　試料に一次イオンビームを照射する一
   次イオン光学系と、試料から放出される二次イオンの質
   量分析を行う二次イオン検出系と、この一次イオン光学
   系および二次イオン検出系を制御する制御系とを備える
   二次イオン質量分析装置において、前記制御系に、少な
   くとも前記一次イオンビームのビーム電流および前記二
   次イオンのサンプリング間隔を含むパラメータを分析動
   作中に変更することができる機能を持たせたことを特徴
   とする二次イオン質量分析装置。