К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 127
Текст из файла (страница 127)
10 и А. В этом случае схорость распыления твердого тела составляет примерно 10-г - 101 нм/с, по обеспечивает высокую локальность по глубине около 1 нм. Такой режим ВИМС иазьыается статическим. К его недостаткам следует отнести плохой предел обнаружения загрязнений. Кроме статического режима используется динамический режим ВИМС, при котором плотносп первичного ионного тока досппает примерно 1мА/смз по всей площади сканирования. Развертка пучка в растр по поверхности образца с ограничением плошади сбора вторичных ионов в центральной части области сканирования необходима дяя доспакения максимального динамического диапазона измерения истинного вторичного ионного тока при исследовании профилей распределения примесей в микрообьемах.
В этом случае из вторичного тока исключается ток, связанный со стенками формируемого ионным пучком храгера в материале образца. Основной областью применения динамического режима ВИМС является анализ распределения легируюших элементов по глубине при ионной имплантации, диффузии и других технологических процессах производства иэделий микроэлектроники, поиск микро- количеств (следов) нежелательных загрязнений малых обьемов. Максимальная скорость распьщения в динамическом режиме достигает примерно 5 - 10 мкм/ч. В общем случае в состав масс- анализатора вторичных ионов входит ионнооптическая система сбора ионов — вьпяппиющая линза или ионный объектив, энергетический фильтр, транспортирующая и согласующая оптическая система и собственно масс- анализатор с коллектором.
Назначение выппнвающей линзы - увеличение при необходимости коэффициента сбора вторичных ионов. Назначение энермгического фильтра — ограничение максимального разброса энергии ионов, допускаемого на входе масс-анализатора. Для квадрупольного фильтра масс этот разброс составляет около 1-6 эВ.
Одной из наиболее важных характеристик установок дчя ВИМС является возможность анализа распределения химических элементов по поверхности с разрешением примерно 1 мкы. В соответствии с этим спектрометры для ВИМС делят на три класса; определяющие химический состав мнкрообьемов н не осуществляющие анализ распределения элементов по поверхности; осуществлюощие анализ распределения элементов по поверхности с помощью разворачивания первичного пучка в растр (растровые ионные микрозоцды); осуществляющие анализ распределения элементов по поверхности путем прямого переноса изобрюкения (ионные микроскопы).
Спехтрометры последних двух классов часто называют ионными микроаиализаторами, онн являются универсальными установками, позволяющими проводить анализ распределения примесей как по поверхности, так и по глубине образца. В установках ВИМС первичный ионный пучок разворачиваемя в растр по поверхности исследуемого обьекга. Диаметр ионного пучка определяет разрешение масс-спектрометра по поверхности.
Иопользование техники сканирования первичного пучка синхронно с электронным лучом трубки дисплея, яркость которого модулируегся выходным сигналом масс- анализатора, позжииет получать увеличенное изображение поверхности образца в ионах выбранной химической природы. Наряду с изображением поверхности во вторичных ионах растровые ионные микро- зонды позволяют получать изображение во вторичных электронах. Из-за достаточно большого коэффициента вторично-электронной эмиссии металлов и полупроводников при бомбардировке ионами с энергией дГ = 10 ... 15 хэВ время получения изображения может быль уменьшено до несхольких секунд. Конструкция установки растрового ионного микрозонда в режиме получения изображения должна обеспечивать виброустойчнвость оптики первичного пучка и всей установки в целом. Для этого используются различные вибродемпфирующие устройства, на которые монтируется вся установка.
В качестве масс-сепараторов первичных ионных пучков в основном используются фильтры Вина, в которых разделение ионов происходит в скрещенных электрическом и магнитном полях. В этом случае создается удобная прямопролетная компоновка пушки первичных ионов, что облегчает ее юстировку и позволяет при необходимости работать без масс-сепарации ионов при отключенном питании фильтра. Удаление нейтральных частиц из первичного пучка обеспечивается небольшим изгибом на 1 — 3' оптической оси пушки на участке низкого давления с последующим отклонением ионов внугри оптической системы. В растровых ионных микрозоцдах наряду с магнитными масс-анализаторами используются квадрупольные фильтры масс. 410 Глава 3.4.
СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Рвс. 3.4.13. Скаввруаадий иовами нвкреэалд А-РШ А-300-30 (фирма Азсщгса, Гермавюг) г 1 - ионный источник; 2- система формировашщ яонного пучка; 3- патрубок системы дифферегщиаэьной откачки; 4- фильтр Вина; 5 - шкуумиый клапан; 6- щподнэя диафРагма; 7- линза-объектив, 8- энергетический фильтр; 9- кеадрупольный масс-анализатор; 10 — вторвчный электронный умноззпель (ВЭУ); 11 - маиюгулэтор сбрщца; 12, 14- смотровые окна; 13- ионный пучок На рис. 3.4.13 пршюдена схема аинирующего ионного микрозонда А-1)11) А-300-30 (фирма Ангппса, Германия). В ионных микроскопах вторичные ионы, распыленные с поверхности исследуемого образца первичным ионным пучком, ускоряются и фокусируются линзой, формирующей увеличенное ионное изображение заданного учаспга поверхности (рис.
3.4.14). Это изображение затем подвергается сепарации по энергии и по массе стнтматическим масс-спектрометром с двойной фокусировкой. Затем выделенное спектрометром ионное изображение, состоящее из ионов с определенным отношением массы к заряду, преобразуется сначала в электронное изображение, а затем - в оптическое, которое наблюдается на люминесцентном экране или регистрируется на фотопленке. В ионных микроскопах разрешение по поверхности не зависит ог диаметра первичного ионного пучка: оно определяется геометрическими и хроматическими аберрациями оптической системы анализатора вторичных ионов.
Рве. 3.4.14. Схема ыщыич нвкрезыща 1МЯ-4ГД 1- источник ионов цезия; 2 - дуснлаымтронный источник ионов; 3- мы нитный масс-сепаратор первичного ионного пучка; 4- иммерсноннел линза; 5- исследуемый образец; 6- камера образцов; 7- нередеющая оптика; 8- входная щеаь масс- аналиэагора; 9- элехтростатический анаэизагор; 10- щшодиш двафрагма анализатора, опредглыощаэ разрешение по энергии; 71 - линза нереноса иэобраиенвя', 12- масс-анаэюатор; 13 - р ' ; 14 - д ш масс-анализатора; 15- проекционные линзы; 16- свстема детектяроваши и получешы изображения; 17, 20- отклоняющее системы; 18- михрсканальнаа пластина; 19- флуоресцентный р; 21 - д ц -упр имъгй цюащдр Фарадея; 22- ВЭУ; 21- система регистрщии Использование квадрупольното фильтра масс в ионных микроскопах невозможно, так как в них отсутствуют пространственная и временная корреляция между координатами входа и выхода ионов.
Основные технические характеристики одного из лучших в настоящее время ионных микроскопов Сашеса 1МБ-4т (Франция) приведены ниже. Технические характеристики ионных микрозондов и микроскопов могут быть улучшены посредством ионизацни нейтрального компонента потока распыленных частиц (например, с помощью лазерных пучков), увеличения коэффициента сбора и пропускания вторичных ионов, использования источников первичных частиц с повышенной яркостью и малым энергетическим разбросом. ОБОРУДОВАНИЕ ДПЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ И МИЯРООБЪЕМОВ ТЕЛА 4М Технические характеристики микроскопа Сашеса 1М8-4Р Первичные ионы ...........................
Ог+, Аг+, О, Сз+ Ускоряющее напряжение, кВ ........ 5 - 17,5 Диаметр ионного зонда, мкм ....,. 3 - 200 Плотность ионного тока на обрзз- мА/смг. диаметр зонда Ио = 50 мкм, Ог+ -. 50 диаметр занда Ыо=50мкм,О ..... 5 Максимальная площадь сканиро- вания, мкмг .............................,.... 500 х 500 Анализируемые массовые числа, ае.м.....................................,...,.. 1 - 280 Максимальная разрешающая спо- собносп по массам .......................
104 Магюималъная энерпи вторичных ионов, кэВ ..................................... 5 Максимальная исследуемая пло- нгздь, ммг ............,,....,...,...,,.... 20 х 2О Разрешение в плоскости, мкм ....... 0,5 Динамический диапазон измере- ний ................................................. 1ОЭ Предел обнаружения водорода, нмплантнрованного в кремний, ат./амз ............................................ 4 10ы Предел обнаружения хрома в ар- сениде иллия, ат./смг ...,...,..... 5 1022 Метод рассеяния быстрых ионов (рассеяние по Резерфорду) основан на упругом однократном (парном) рассеянии лепгнх ио- нов (Н, Не) с энерпгей 1 - 3 МэВ на ядрах атомов твердого тела. Оаиовная зависимость энергии упруго рассеянного иона от энергии первичного пучка следует из законов сохране- ния энергии и импульса [см, формулу (3.4.1)]. Из этой формулы следует, что значение энер- Ц , Р й Д 1 Е, Д Р- жит информацию о массе атома, с которым произошло столкновение.
Для получения маноэнергетиче око го пучка ионов с энергией 1 - 3 МзВ обычно используют линейные уакорители с соответст- вующими устройствами, позволяющими кол- лимировать и фокусировать пучок, а также рвэделпь ионы по удельному заряду, Для регистрации энергетического рас- пределения рассеянных атомных частиц иа- пользуют как электростатические (реже маг- нитные) анализаторы, так и поверхностно- барьерные детекторы.
Разрешение по энергии последних составляет примерно 100 эВ. В отличие от СОРИНЭ метод рассеяния быстрых ионов позволяет определять как эле- ментный состав микрообьемов, так и толщину слоя, в котором распределены атомы данной массы. На рис. 3.4.15 приведен типичный энер- гетический спектр рассеянных ионов юлия. вв гв гг га бв /ввюзмв Ргчтачееаац аве Р ау иехвеиян ае сазан Р281 теаивнев 6,09 иам Метод позволяет опредиить химическую природу атомов, их число и распределение по глубине в слоях толщиной около 1 мкм без распыления материала образца. Предел обнаружения по обьемной концентрации — около 10'З ат./смг, разрешение по глубине - до 5 10-2 см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
