DE19724265A1 - Sekundärionen-Massenspektrometer mit Lochmaske - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sekundärionen-Massenspektrometer nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 und ein Sekundärionen-Massenspektroskopieverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Das wichtigste Anwendungsgebiet von Sekundärionen-Massenspektrometern ist die Oberflä­ chen- und Tiefenanalyse von dotierten Halbleitern für die Mikroelektronik. Die Einstellung eines bestimmten Konzentrationsverlaufs eines bestimmten Dotierstoffs in die Tiefe einer Halbleiterprobe ist für die Funktionsfähigkeit eines aus dem Halbleiter zu fertigenden Bau­ elements von entscheidender Bedeutung. Daher muß auch für die Analyse des Festkörpers ei­ ne sehr hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messung eines Dotierungsprofils (bis zu 1% und darunter) gefordert werden. Gleiche Dotierungsverläufe an unterschiedlichen Stellen der Probe müssen auch zu gleichen Signalcharakteristika bei der Messung führen. Das Meßprinzip der Sekundärionen-Massenspektrometrie und die Anordnung bringen es jedoch oftmals mit sich, daß unterschiedliche Stellen auf der Probe unterschiedlichen Potentialver­ hältnissen unterliegen. Insbesondere unterscheiden sich meistens die Randbereiche einer Halbleiterprobe, von den weiter innen liegenden Bereichen, da sich Richtung und Stärke des elektrischen Feldes der Extraktionsoptik für die Sekundärionen am Rand ändern. Die Trans­ mission der Sekundärionenoptik kann auch durch die Bewegung des Probentellers gestört werden, falls Unebenheiten des Probentellers oder der Rand des Probentellers im Laufe einer Messung in das Blickfeld der Sekundärionenoptik geraten. Das elektrische Feld im gesamten Bereich zwischen der Sekundärionenoptik und der Probe bestimmt jedoch die Transmission der Sekundärionen von der Probe bis zur Eintrittsöffnung der Extraktionsoptik. Dies hat zur Folge, daß insbesondere Messungen im Probenzentrum und am Rand eines homogen dotier­ ten Halbleiters unterschiedliche Ergebnisse erbringen, auch wenn die zu messenden Dotie­ rungsprofile an beiden Orten identisch sind.

Es ist demgemäß Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sekundärionen-Massenspektrome­ ter anzugeben, mit welchem eine Messung einer Halbleiterprobe unabhängig von den geome­ trischen Verhältnissen des Meßortes erfolgen kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeich­ nenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemaßen Sekundärionen-Massenspektrometer wird in einem Abstand von der zu untersuchenden Probe eine Lochmaske angeordnet. Durch das Loch treten die Primär- und Sekundärionen hindurch. Der zu untersuchende Ort auf der Probe wird durch laterales Verschieben der Festkörperprobe unter der feststehenden Maske erreicht. Die Sekundärionen­ optik "blickt" also durch das Loch der Maske auf die Probe, bzw. den zu untersuchenden Ort auf der Probe. Die Außenabmessung der Maske ist größer als das Blickfeld der Sekundärio­ nenoptik. Die Maske schirmt somit die Einflüsse der Randbereiche der Festkörperprobe ionenoptisch ab, so daß durch diese keine Verfälschungen des elektrischen Feldes entstehen können. Bei Verschiebung der Probe bleiben somit die Potentialverhaltnisse und somit auch die Sekundärionentransmission konstant. Demzufolge ergibt sich kein Unterschied der Meß­ ergebnisse mehr in Abhängigkeit davon, ob sich beispielsweise der zu analysierende Ort am Rand der Probe oder etwa in der Mitte der Probe befindet.

In der Fig. 1A ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiel der erfindungsgemaßen An­ ordnung schematisch (nicht maßstabsgetreu) dargestellt. Fig. 1B zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1A.

Eine zu untersuchende Probe 1 eines Festkörpers, beispielsweise eines Halbleiters, liegt auf einem Probenteller 2 auf und wird von diesem festgehalten. Durch eine Primärionenquelle 4 wird ein Primärionenstrahl 4A auf die Probenoberfläche fokussiert. Der von der Probe ausge­ sandte Sekundärionenstrahl 5A gelangt in die schematisch angedeutete Sekundärionenoptik 5 und wird in einem daran angeschlossenen Massenspektrometer analysiert.

Oberhalb der Probe befindet sich die Lochmaske 3 mit der Öffnung 3A für den Durchtritt des Primär- und des Sekundärionenstrahls. Die Öffnung ist vorzugsweise kreisrund mit einem Durchmesser in einem Bereich von einigen Millimetern bis wenigen Zentimetern. Die Au­ ßenabmessung der Maske 3 ist größer als das Blickfeld der Sekundärionenoptik, d. h. daß zeitliche oder räumliche Änderungen in der elektrischen Feldverteilung, wie sie etwa durch Randbereiche der Probe oder des Probentellers oder durch Veränderungen in der Geometrie des Probentellers relativ zur Sekundärionenoptik hervorgerufen werden können, infolge der Abschirmung durch die Maske keinen Einfluß auf die elektrischen Felder der Sekundärionen­ optik haben und somit von der Messung nicht erfaßt werden. Das Blickfeld der Sekundärio­ nenoptik bezüglich der Probe wird durch die erfindungsgemäße Anordnung auf den Bereich der Öffnung 3A beschrankt.

Die Maske wird in einem sehr geringen Abstand von der Probe, beispielsweise ca. 1 Millime­ ter positioniert.

Mittels einer Spannungsquelle 6 kann die Maske mit einem elektrischen Potential beauf­ schlagt werden. Dies kann vorteilhaft für die Transmission der Sekundärionenoptik und damit für die Qualität beispielsweise einer Tiefenprofilmessung sein. Das elektrische Potential der Maske kann identisch mit dem Probenpotential oder von diesem verschieden sein. Für den Einsatz von Modulationstechniken kann auch ein zeitabhängiges Potential an die Maske angelegt werden.

Durch laterales Verschieben der Probe 1 unterhalb der Maske 3 wird ein gewünschter Proben­ ort ausgewählt. Durch Einstellung einer bestimmten Spannung an der Maske 3 kann entweder eine besonders hohe Sekundärionentransmission und/oder besonders geringe Randeffekte er­ zielt werden.

In Fig. 1B ist eine Draufsicht der Anordnung der Fig. 1A dargestellt. Die Festkörperprobe 1 wird zur Auswahl eines zu analysierenden Ortes in lateraler Richtung relativ zu der räumlich feststehenden Lochmaske 3 verschoben. Die Probe kann in senkrechter Richtung zur Loch­ maske 3 verstellbar sein, um einen gleichbleibenden Abstand der Öffnung zur Probenoberflä­ che zu gewährleisten.

Die Lochmaske 3 ist in Fig. 1A als ebene flache Platte dargestellt. Die Lochmaske 3 kann je­ doch theoretisch jede andere gewünschte Form aufweisen, solange die erfindungswesentliche Einschränkung des Blickfelds der Sekundärionenoptik auf den Bereich der Öffnung 3A und die Abschirmung des übrigen Bereichs des Blickfelds erreicht wird.

Claims (4)

1. Sekundärionen-Massenspektrometer zur Analyse einer Probe (1), mit einer Primärionen­ quelle (4) für die Emission und Fokussierung eines Primärionenstrahls (4A) auf einen ge­ wünschten Ort auf der Oberfläche der Probe (1), einer Sekundärionenoptik (5) für die Ex­ traktion der von der Probe (1) emittierten Sekundärionen, einem Massenspektrometer und ei­ nem Detektor für Sekundärionen, gekennzeichnet durch eine in einem Abstand von der Oberfläche der zu untersuchenden Probe (1) angeordnete Maske (3) mit einer Öffnung (3A) für den Durchtritt der Primärionen und der Sekundärionen, wobei die Außenabmessung der Maske (3) größer als das Blickfeld der Sekundärionenoptik (5) ist.

2. Sekundärionen-Massenspektrometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gleich- oder Wechselspannungsquelle (6) zum Anlegen eines elektrischen Potentials an die Maske (3).

3. Verfahren zur Sekundärionen-Massenspektrometrie, bei welchem von einer Primärionen­ quelle ausgesandte Primärionen auf eine zu untersuchende Festkörperprobe fokussiert werden und von der Festkörperprobe ausgesandte Sekundärionen durch eine Sekundärionenoptik ab­ gesaugt und in einem Massenspektrometer analysiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abstand oberhalb der Festkörperprobe eine Maske angeordnet wird, die eine Öff­ nung für den Durchtritt von Primär- und Sekundärionen aufweist und daß der zu untersu­ chende Ort auf der Festkörperprobe bei feststehender Maske durch laterales Verschieben der Festkörperprobe ausgewählt wird, ohne daß sich dadurch die ionenoptischen Verhältnisse be­ züglich der Probe ändern.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske mit einem elektri­ schen Gleich- oder Wechselpotential beaufschlagt wird.