(57)【要約】      （修正有）【課題】異種材料の積層構造でも正確な分析を可能とする分析装置および分析方法を提供する。【解決手段】分析装置１は、試料９を搭載可能なステージ８を備える。光源５は、試料に照射して試料を気化するためのレーザ光を生成する。膜厚測定部６は、レーザ光の照射位置における試料の厚みを測定する。コントローラ７は、膜厚測定部からの試料の厚みの測定値に基づいて、光源からのレーザ光の照射条件を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を搭載可能なステージと、
前記試料に照射して該試料を気化するためのレーザ光を生成する光源と、
前記レーザ光の照射位置における前記試料の厚みを測定する膜厚測定部と、
前記膜厚測定部からの前記試料の厚みの測定値に基づいて、前記光源からの前記レーザ光の照射条件を制御するコントローラとを備えた分析装置。
【請求項２】
前記コントローラは、気化された前記試料の定量分析結果に基づいて、前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
前記膜厚測定部は、超音波式測定器、分光干渉式測定器または電磁誘導式測定器のいずれかである、請求項１または請求項２に記載の分析装置。
【請求項４】
前記膜厚測定部は、前記ステージに設けられており、該ステージに対向する前記試料の面から該試料の膜厚を測定する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記試料の厚みの測定値に基づいて、前記試料の気化速度を所定値にするように、前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記試料の定量分析結果に基づいて、前記試料の気化速度を所定値にするように、前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項７】
前記レーザ光を前記試料に照射している最中に、前記膜厚測定部は、該試料の厚みを測定し、前記コントローラは、前記試料の厚みの測定値に基づいて、前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項８】
前記レーザ光を前記試料に照射している最中に、前記コントローラは、前記試料の定量分析結果に基づいて、前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項９】
前記照射条件は、前記レーザ光の強度、照射時間、照射回数、あるいは、照射面積、照射深度のいずれかである、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記試料の定量分析結果から前記試料中の材料の濃度を算出し、該濃度に応じて前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１に記載の分析装置。
【請求項１１】
前記試料の厚みの測定位置は、前記レーザ光の照射位置の反対側である、請求項１に記載の分析装置。
【請求項１２】
前記膜厚測定部は、前記ステージの上方に設けられており、前記試料の上方から該試料の膜厚を測定する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項１３】
前記膜厚測定部は、前記レーザ光と干渉しない光を用いて前記試料の膜厚を測定する、請求項１２に記載の分析装置。
【請求項１４】
試料を搭載可能なステージと、前記試料にレーザ光を照射する光源と、前記試料の厚みを測定する膜厚測定部と、前記レーザ光の照射条件を制御するコントローラとを備えた分析装置を用いた分析方法であって、
前記試料に前記レーザ光を照射して該試料を気化させ、
前記レーザ光の照射位置における前記試料の厚みを測定し、
前記試料の厚みの測定値に基づいて、前記光源からの前記レーザ光の照射条件を制御することを具備する、分析方法。
【請求項１５】
前記コントローラは、気化された前記試料の定量分析結果に基づいて、前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記膜厚測定部は、前記ステージに対向する前記試料の面から該試料の膜厚を測定する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記コントローラは、前記試料の厚みの測定値に基づいて、前記試料の気化速度を所定値にするように、前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記コントローラは、前記試料の定量分析結果に基づいて、前記試料の気化速度を所定値にするように、前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザ光を前記試料に照射している最中に、前記膜厚測定部は、該試料の厚みを測定し、前記コントローラは、前記試料の厚みの測定値に基づいて、前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記レーザ光を前記試料に照射している最中に、前記コントローラは、前記試料の定量分析結果に基づいて、前記レーザ光の前記照射条件を制御する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、分析装置および分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ（Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer） 装置は、レーザアブレーション装置においてレーザ光の照射により試料を気化させ、この気化された試料をＩＣＰ−ＭＳ装置に導入し、試料に含まれるメタル元素の定量分析を行う。
【０００３】
一方、メモリセルを三次元配置した立体型メモリセルアレイは、複数の異種材料を積層した積層構造を有する。このような積層構造には、高アスペクト比を有するメモリホールが形成される。メモリの性能を向上させるためには、メモリホールを介してメタル元素を積層構造に成膜したりあるいは残留メタル元素を除去したりする必要がある。このとき、積層構造に含有されるメタル元素の濃度管理が重要であり、定量分析するためにＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置が用いられる場合がある。
【０００４】
しかし、複数の異種材料の積層構造をレーザアブレーションする場合、積層材料の変化に伴い、異種材料間のアブレーションレートが大きく変化し、アブレーションレートの制御が困難である。このため、積層構造の深さ方向の形状が正しく把握できず、積層構造に含有するメタル元素の正確なプロファイルを得ることが困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１３３６１７号公報
【特許文献２】特開平１１−２０１９４４号公報
【特許文献３】特開平１１−０５１０９４号公報
【特許文献４】特開２００４−３４７４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
異種材料の積層構造でも深さ方向におけるメタル元素含有量を正確に定量分析することができる分析装置および分析方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態による分析装置は、試料を搭載可能なステージを備える。光源は、試料に照射して該試料を気化するためのレーザ光を生成する。膜厚測定部は、レーザ光の照射位置における試料の厚みを測定する。コントローラは、膜厚測定部からの試料の厚みの測定値に基づいて、光源からのレーザ光の照射条件を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態によるＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置の構成例を示す図。
【図２】本実施形態による定量分析方法の一例を示すフロー図。
【図３】レーザアブレーションによって形成される試料の形状の一例を示すグラフ。
【図４】本実施形態の変形例によるＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１０】
図１は、本実施形態によるＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置の構成例を示す図である。分析装置としてのＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、ＬＡ（Laser Ablation）部２と、ＩＣＰ−ＭＳ（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer）部３とを備えている。ＬＡ部２は、試料９にレーザ光Ｌを照射してレーザアブレーションを行う。ＩＣＰ−ＭＳ部３は、ＬＡ部２で気化された試料をプラズマでイオン化して試料に含まれる元素の定量分析を行う。尚、図１において、レーザ光Ｌは破線矢印で示し、データや制御信号の流れは実線矢印で示している。
【００１１】
ＬＡ部２は、試料室４と、レーザユニット５と、膜厚測定装置６と、コントローラ７と、ミラー１０，１１，１４，１８と、波長変換素子１２，１３と、レンズ１７とを備えている。試料室４ 内には分析対象の試料９を搭載可能なステージ８が備えられている。
【００１２】
光源としてのレーザユニット５は、試料９に照射して試料９を気化するためのレーザ光を生成する。レーザユニット５は、例えば、波長１０６４ｎｍのレーザ光を生成するＮｄ−ＹＡＧレーザを搭載してもよい。ＬＡ部２において、レーザユニット５から所定の波長（例えば、波長１０６４ｎｍ）で生成されたレーザ光は、ミラー１０，１１で反射され、波長変換素子１２へ入射する。
【００１３】
波長変換素子１２は、レーザ光の波長を５３２ｎｍ（２次高調波）に変換する。その後、波長変換素子１３は、レーザ光の波長を５３２ｎｍから２６６ｎｍ（３次高調波）に変換する。レーザ光を短波長とすることにより、レーザ光のエネルギを高め、より多くの物質に対してアブレーションを行うことが可能となる。
【００１４】
このように、レーザ光の波長は、波長変換素子１２で半減され、さらに波長変換素子１３で半減された後、ミラー１４、レンズ１７、ミラー１８を介して試料室４内の試料９へ照射される。レーザ光は、試料９に照射されて試料９をアブレーションし気化する。
【００１５】
試料室４には、導入管１９および導出管２０が配管接続されている。導入管１９は、アルゴンガス等のキャリアガスを試料室４内に導入する。導出管２０の一端は、試料室４に接続され、他端はＩＣＰ−ＭＳ部３に接続されている。導出管２０は、レーザ光によって気化された試料９をキャリアガスとともに試料室４から導出し、ＩＣＰ−ＭＳ部３へ搬送する。即ち、レーザ光の照射によって気化された試料９は、導入管１９によって試料室４内へ導入されたキャリアガスとともに、導出管２０を介してＩＣＰ−ＭＳ部３へ搬送される。
【００１６】
ＩＣＰ−ＭＳ部３は、プラズマトーチ２１と、質量分析部２４とを備え、試料９に含まれる分析対象の材料（元素）の含有量を特定するために、試料室４からのガスを定量分析する。プラズマトーチ２１は、導出管２０からキャリアガスとともに導入された試料９をプラズマでイオン化する。質量分析部２４は、イオン化されたガスから試料９の物質のイオンのみを取り出して検出するように構成されている。尚、質量分析部２４の内部構成は本実施形態と直接関係無いので、ここではその詳細な説明を省略する。また、本実施形態においてＩＣＰ−ＭＳ部３が用いられているが、ＩＣＰ−ＭＳ部３に代えて、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＩＣＰ−Optical Emission Spectrometer）を用いてもよい。この場合、ＩＣＰ−ＯＥＳ部は、気化された試料９から得られる光波長（スペクトル）に基づいて対象元素の含有量を特定する。対象元素は、例えば、メタル元素である。以下、ＩＣＰ−ＭＳ部３は、試料９に含まれるメタル元素を検出するものとして説明を進める。
【００１７】
膜厚測定部としての膜厚測定装置６は、レーザ光Ｌの照射位置における試料９の厚みを測定する。膜厚測定装置６は、ステージ８に埋め込まれており、ステージ８に対向する試料９の面Ｆ１に向かって設けられている。即ち、膜厚測定装置６は、試料９の裏面Ｆ１から試料９の膜厚を測定する。膜厚測定装置６は、例えば、超音波式測定器、分光干渉式測定器または電磁誘導式測定器のいずれでもよい。膜厚測定装置６は、試料９の膜厚を非破壊で測定可能な装置であれば、特に限定しない。また、本実施形態において、膜厚測定装置６は、試料９の裏面Ｆ１から膜厚を測定している。しかし、後述する変形例のように、膜厚測定装置６は、レーザ光Ｌと干渉しない限りにおいて、試料９の表面Ｆ２から試料９の膜厚を測定してもよい。
【００１８】
コントローラ７は、膜厚測定装置６からの試料９の厚みの測定値に基づいて、レーザユニット５からのレーザ光Ｌの照射条件を制御する。照射条件は、例えば、レーザ光Ｌの強度、照射時間、照射回数（パルス数）、照射面積等である。例えば、レーザ光Ｌによる試料９の気化速度（以下、アブレーションレートともいう）を略一定にする場合、コントローラ７は、試料９の厚みの変化が略一定となるようにレーザ光Ｌの照射条件を制御する。アブレーションレートが低すぎる場合には、コントローラ７は、レーザ光Ｌの強度、照射時間、照射回数（パルス数）、照射面積を増大させる。アブレーションレートが高すぎる場合には、コントローラ７は、レーザ光Ｌの強度、照射時間、照射回数（パルス数）、照射面積を低下させる。
【００１９】
尚、照射面積の調整はアブレーションレートを直接変化させない。しかし、メタル元素の検出量がＩＣＰ−ＭＳ部３における検出下限量(数ｐｇ〜数ｎｇ)を下回っている場合に、ＩＣＰ−ＭＳ部３は、メタル元素の濃度が低すぎてその量を正確に検出することができない。そこで、照射面積を増大させることによって、試料９のメタル元素の検出量を増大させる。これにより、ＩＣＰ−ＭＳ部３は試料９のメタル元素濃度を正確に定量分析することができる。あるいは、メタル元素の検出量がＩＣＰ−ＭＳ部３における検出上限値(数ｍｇ〜数千ｍｇ）を超えている場合、ＩＣＰ−ＭＳ部３は、メタル元素の濃度が飽和状態となってその量を正確に検出することができない。そこで、照射面積を低下させることによって、試料９のメタル元素の導入量が少なくなり、検出量を低下させる。これにより、ＩＣＰ−ＭＳ部３は材料を正確に定量分析することができる。
【００２０】
ここで、膜厚測定装置６は、試料９の裏面Ｆ１から試料９の厚みを測定し、あるいは、レーザ光Ｌと干渉しないように試料９の表面Ｆ２から試料９の厚みを測定する。従って、膜厚測定装置６は、レーザ光Ｌを試料９に照射している最中に、リアルタイムで試料９の照射位置における厚みを測定することができる。また、コントローラ７は、試料９の厚みの測定値に基づいて、レーザ光Ｌの照射条件をリアルタイムで制御することができる。例えば、膜厚測定装置６は試料９の厚みを定期的に測定し、コントローラ７は試料９の厚みの経時的な変化からアブレーションレートを算出する。コントローラ７は、アブレーションレートが所定値となるようにレーザ光Ｌの強度、照射時間あるいはパルス数を制御する。即ち、コントローラ７は、試料９の膜厚からアブレーションレートを算出し、アブレーションレートでレーザユニット５をフィードバック制御する。これにより、コントローラ７は、試料９のアブレーションレートを所定値となるようにリアルタイムで制御することができる。
【００２１】
また、コントローラ７は、ＩＣＰ−ＭＳ部３からの試料９の定量分析結果に基づいて、レーザユニット５からのレーザ光Ｌの照射条件を制御してもよい。例えば、コントローラ７は、定量分析結果から試料９に含まれるメタル元素の濃度を算出し、濃度に応じてレーザ光Ｌの照射条件を制御してもよい。定量分析結果は、分析対象であるメタル元素の信号強度である。また、メタル元素の濃度は、次のように算出される。アブレーションレートおよび照射面積から、レーザ光Ｌによって気化される試料９の体積が分かる。また、ＩＣＰ−ＭＳ部３からメタル元素の検出量が分かる。コントローラ７は、気化された（ＩＣＰ−ＭＳ部３へ搬送された）試料９の体積とメタル元素の検出量とから、その試料９に含有するメタル元素の濃度を算出することができる。
【００２２】
例えば、試料９の積層材料がアブレーションレートの低い材料層（例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜）である場合には、試料９は気化し難くなるので、コントローラ７は、レーザ光の強度、照射時間あるいはパルス数を増大させる。これにより、試料９のアブレーションレートを増大させることができる。逆に、試料９の積層材料がアブレーションレートの高い材料層（例えば、銅、アルミニウム）である場合には、試料９は気化し易くなるので、コントローラ７は、レーザ光の強度、照射時間あるいはパルス数を減少させる。これにより、試料９のアブレーションレートを低減させることができる。
【００２３】
ＩＣＰ−ＭＳ部３も、レーザ光Ｌを試料９に照射している最中に、リアルタイムで試料９の積層に含有されるメタル元素の定量分析を実行することができる。また、コントローラ７は、試料９のメタル元素の定量分析結果に基づいて試料９の積層に含有されるメタル元素の濃度をリアルタイムで算出し、レーザ光の照射条件を制御することができる。例えば、ＩＣＰ−ＭＳ部３は、気化された試料９に含まれるメタル元素の濃度を定期的に測定し、コントローラ７はメタル元素の濃度の経時的な変化に応じて、レーザ光Ｌの強度、照射時間あるいはパルス数を制御する。即ち、コントローラ７は、試料９のメタル元素の濃度でレーザユニット５をフィードバック制御する。これにより、コントローラ７は、試料９のアブレーションレートを最適値に維持するようにリアルタイムで制御することができる。
尚、メタル元素濃度によってアブレーションレートを所定値に維持することができない場合であっても、試料９の厚みの経時的な変化からアブレーションレートが判明すれば、レーザ光Ｌのフィードバック制御は可能である。
【００２４】
さらに、後述するように、試料９のメタル元素の濃度が高い場合、アブレーションレートが高くなりすぎ、メタル元素の検出量がＩＣＰ−ＭＳの検出上限値を上回ってしまうことがある。この場合、ＩＣＰ−ＭＳ部３がメタル元素を正確に定量分析できなくなるので、レーザ光Ｌの照射位置を変更し、あるいは、アブレートする領域の面積を小さくすることで分析処理を継続してもよい。これにより、メタル元素の検出量が検出上限値を下回り、ＩＣＰ−ＭＳ部３は、メタル元素を正確に定量分析できるようになる。
【００２５】
コントローラ７は、例えば、パーソナルコンピュータで構成してもよく、あるいは、ＣＰＵ等の半導体チップで構成してもよい。コントローラ７は、ＬＡ部２に含まれていてもよいが、ＬＡ部２とは別体に設けられていてもよい。さらに、コントローラ７は、ＩＣＰ−ＭＳ部３に設けられていてもよい。
【００２６】
このように、本実施形態によるＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、試料９の厚みおよび／または対象元素（例えば、メタル元素）の濃度をリアルタイムでフィードバックし、レーザ光Ｌの照射条件を制御する。これにより、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、試料９のアブレーションレートを所定値に制御することができ、試料９の材料分析を正確かつ容易にすることができる。例えば、試料９がアブレーションレートの異なる複数の異種材料を積層した構造を有する場合であっても、アブレーションレートを所定値に制御することができるので、試料９の材料分析を正確かつ容易にすることができる。
【００２７】
次に、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１を用いた定量分析方法を説明する。
【００２８】
図２は、本実施形態による定量分析方法の一例を示すフロー図である。
【００２９】
まず、ステージ８上に試料９を載置する（Ｓ１０）。試料９は、その裏面Ｆ１をステージ８の搭載面に対向させるように載置される。これにより、膜厚測定装置６は、試料９の裏面Ｆ１から試料９の厚みを測定することができる。
【００３０】
次に、レーザ光Ｌの照射位置を膜厚測定装置６の測定位置に対応するように設定する（Ｓ２０）。レーザ光Ｌの照射位置は、試料９の表面Ｆ２上の位置であり、裏面Ｆ１上の膜厚測定装置６の測定位置の反対側に対応する。従って、試料９の表面Ｆ２の上方から見たときに、レーザ光Ｌの照射位置と膜厚測定装置６の測定位置とはほぼ一致する。レーザ光Ｌの照射位置は、ミラー１８等の調整により設定することができる。このとき、レーザ光Ｌの照射条件は、或る初期状態に設定されている。このとき、レーザ光Ｌの照射面積も設定される。
【００３１】
測定位置の設定の前後において、レーザ光Ｌの照射条件を設定する（Ｓ３０）。例えば、レーザ光Ｌの強度、照射時間、パルス回数、照射面積等を設定する。
【００３２】
次に、レーザ光Ｌを照射する（Ｓ４０）。それとともに、試料９の厚みを測定する（Ｓ４５）。レーザ光Ｌは、連続して照射してもよく、パルス状に周期的に照射してもよい。膜厚測定装置６による膜厚測定は、連続して行ってもよいし、周期的に行ってもよい。膜厚測定装置６は、レーザ光Ｌのパルス数ｎ（ｎは正整数）ごとに膜厚測定を実行してもよい。レーザ光Ｌの照射位置において、試料９の表面Ｆ２から試料９の材料が気化し、試料９が表面Ｆ２から削られていく。試料９が気化していくと、試料９の厚みが次第に薄くなっていく。このとき、膜厚測定装置６は、試料９の裏面Ｆ１から試料９の厚みを測定する。
【００３３】
コントローラ７は、試料９の厚みの変化速度から気化速度（アブレーションレート）を算出する（Ｓ５０）。コントローラ７は、アブレーションレートが所定の範囲内に入るように、レーザユニット５からのレーザ光Ｌの照射条件をフィードバック制御する。このとき、コントローラ７は、アブレーションレートが下限値を下回っていないか、あるいは、上限値を上回っていないかを判断する（Ｓ６０）。アブレーションレートの上限値および下限値は、コントローラ７内のメモリ（図示せず）に格納しておけばよい。
【００３４】
例えば、アブレーションレートが下限値より低い場合（Ｓ６０のＮＯ）、コントローラ７は、ステップＳ３０において、レーザ光Ｌの強度等を増大させればよい。逆に、アブレーションレートが上限値より高い場合（Ｓ６０のＮＯ）、コントローラ７は、ステップＳ３０において、レーザ光Ｌの強度等を低下させる。これにより、アブレーションレートが所定の範囲内に入るように、レーザ光Ｌの照射条件を制御することができる。このように、コントローラ７は、試料９の厚みの測定値を用いてアブレーションレートを算出し、このアブレーションレートに応じてレーザ光Ｌの照射条件をフィードバック制御することができる。尚、このとき、アブレーションレートの範囲を狭く任意の範囲に設定すれば、コントローラ７は、アブレーションレートを所定値に維持し、実質的に略一定にすることができる。アブレーションレートを略一定値に維持することで、試料９に含まれるメタル元素は、より正確に定量分析することができる。従って、アブレーションレートを略一定値に維持するようにレーザ光Ｌの照射条件をフィードバック制御することは、正確な定量分析を実行するために好ましいと言える。
【００３５】
また、レーザ光Ｌの照射条件を限界まで変更しても、アブレーションレートを上限値と下限値との間に制御できない場合には、コントローラ７は、分析処理を中止してもよい。一方、アブレーションレートが上限値と下限値との間にある場合（Ｓ６０のＹＥＳ）、ＩＣＰ−ＭＳ部３が試料９に含まれるメタル元素の定量分析を行う（Ｓ７０）。
【００３６】
次に、ＩＣＰ−ＭＳ部３またはコントローラ７は、アブレーションされた材料に含有されるメタル元素を計測し、メタル元素の検出量および濃度を算出する（Ｓ８０）。
【００３７】
この試料９に含有されるメタル元素の検出量または濃度は、ＩＣＰ−ＭＳ部３による定量分析結果が正確か否かを判断するために用いられる。上述の通り、メタル元素の検出量または濃度がＩＣＰ−ＭＳ部３の検出下限値を下回っている場合や検出上限値を上回っている場合には、ＩＣＰ−ＭＳ部３は、試料９のメタル元素を正確に定量分析することができない。従って、メタル元素の検出量または濃度が検出下限値を下回っていないか、メタル元素の検出量または濃度が検出上限値を上回っていないか、を判断する必要がある。ここで、検出下限値は、定量分析可能なメタル元素の検出量または濃度の下限量であり、検出上限値は、定量分析可能なメタル元素の検出量または濃度の上限量である。以下、メタル元素の濃度に基づいて、定量分析可能か、レーザ光Ｌの照射面積を再調整するか、あるいは、分析を終了するか、を判断するものとして説明を続ける。
【００３８】
コントローラ７は、ＩＣＰ−ＭＳ部３から得られるメタル元素の濃度が下限値を下回っていないか、あるいは、検出上限値を上回っていないかを判断する（Ｓ９０）。濃度が検出上限値を上回っている場合（Ｓ９０のＮＯ）、検出対象のメタル元素が多すぎて（濃度が高すぎて）、ＩＣＰ−ＭＳ部３において飽和状態となっている。この場合、ＩＣＰ−ＭＳ部３は、そのメタル元素の濃度を正確に検出することができない。従って、コントローラ７は、レーザ光Ｌの照射条件を変更して（例えば、レーザ光の照射面積を低下させて、あるいは、レーザ光Ｌの強度等を低下させて）、アブレーションレートを低下させる（Ｓ１００のＹＥＳ、Ｓ１１０、Ｓ３０）。もし、レーザ光Ｌの照射条件をそれ以上変更できない場合（Ｓ１００のＮＯ）、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、分析処理を中止する。
【００３９】
一方、アブレーションレートが下限値を下回っている場合（Ｓ９０のＮＯ）、メタル元素が少なすぎて（濃度が低すぎて）、ＩＣＰ−ＭＳ部３がメタル元素を検出できない。従って、この場合、コントローラ７は、レーザ光Ｌの照射条件を変更して（例えば、レーザ光の照射面積を増大させて、あるいは、強度等を上昇させて）、アブレーションレートを上昇させる（Ｓ１００のＹＥＳ、Ｓ１１０、Ｓ３０）。もし、レーザ光Ｌの照射条件をそれ以上変更できない場合（Ｓ１００のＮＯ）、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、分析処理を中止する。
【００４０】
アブレーションレートが上限値と下限値との間にある場合（Ｓ９０のＹＥＳ）、ＩＣＰ−ＭＳ部３は、メタル元素を正確に検出可能である。従って、ＩＣＰ−ＭＳ部３が試料９の積層に含有されるメタル元素の定量分析を行う（Ｓ３０〜Ｓ７０）。尚、ステップＳ１００においてレーザ光Ｌの照射条件をそれ以上変更できない場合（Ｓ１００のＮＯ）であっても、ＩＣＰ−ＭＳ部３は、試料９の材料の定量分析を中止せず続行してもよい。これにより得られるメタル元素の濃度は、正確でない可能性があるが、或る程度の指標とすることができる。
【００４１】
ステップＳ３０〜Ｓ１００は、試料９の厚みが設定値未満になるまで繰り返される（Ｓ１１０のＮＯ）。試料９の厚みが設定値未満になると（Ｓ１１０のＹＥＳ）、分析処理は終了する。
【００４２】
本実施形態によれば、コントローラ７は、試料９の厚みの測定値からアブレーションレートを算出し、このアブレーションレートに基づいてレーザ光Ｌの照射条件をリアルタイムでフィードバック制御する。これにより、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、試料９のアブレーションレートを所定値にするように、あるいは、所定範囲に入るように、レーザ光Ｌの照射条件を制御することができる。その結果、試料９の材料の定量分析を正確かつ容易にすることができる。
【００４３】
例えば、立体型メモリセルアレイには、高アスペクト比を有するメモリホールが設けられる。メモリホール内には、メモリセルの性能を高めるために、メモリホール内にメタル膜を成膜する場合がある。この場合、メタル元素の含有量（濃度）を求めるために、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１が用いられる。
【００４４】
しかし、立体型メモリセルアレイは、複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜とを交互に積層した積層構造となっている。このため、従来のＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置では、アブレーションレートが積層材料の変化に伴って大きく変化してしまい、アブレーションレートを制御することが難しく、積層構造の正確なプロファイルを得ることが困難であった。
【００４５】
これに対し、本実施形態によるＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、試料９の厚みを計測し、その厚みの計測値に基づいて、レーザ光Ｌの照射条件をリアルタイムでフィードバック制御する。これにより、分析対象が立体型メモリセルアレイのようなシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造であっても、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置１は、アブレーションレートを所定値に維持することができ、積層構造の正確なプロファイルを得ることができる。
【００４６】
図３は、レーザアブレーションによって形成される試料９の形状の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は、試料９の表面からの深さを示す。横軸は、試料９の表面の位置Ｘを示す。深さ０は、試料９の表面を示す。試料９の表面近傍に、材料Ａ（例えば、シリコン酸化膜）が設けられており、その下に材料Ｂ（例えば、シリコン窒化膜）が設けられている。材料ＡおよびＢは積層構造の一部であり、互いにアブレーションレートが異なる。また、本実施形態の効果を容易に理解できるようにするために、便宜的に、試料９は、レーザアブレーションによって、ｘ１〜ｘ９まで階段状に削られることを想定している。これは、レーザ光Ｌの照射位置を変更することによって実現可能である。ラインＬｃは、レーザ光Ｌの照射条件をフィードバック制御しなかった場合の試料９の形状を示す。ラインＬｐは、レーザ光Ｌの照射条件をフィードバック制御した場合の試料９の形状を示す。
【００４７】
まず、ＬＡ部２は、試料９の表面のｘ１〜ｘ９の範囲にレーザ光Ｌを照射して試料９をアブレーションによって気化させる。次に、ＬＡ部２は、試料９の表面のｘ２〜ｘ９の範囲にレーザ光Ｌを照射して試料９をアブレーションによって気化させる。次に、ＬＡ部２は、試料９の表面のｘ３〜ｘ９の範囲にレーザ光Ｌを照射して試料９をアブレーションによって気化させる。同様に、ＬＡ部２は、ｘ４〜ｘ９、ｘ５〜ｘ９、ｘ６〜ｘ９、ｘ７〜ｘ９、ｘ８〜ｘ９をアブレーションする。これにより、図３に示すような階段形状が試料９の表面に形成されるはずである。尚、実際のレーザアブレーションでは、レーザ光Ｌの照射範囲を変更することなく、試料９をその表面から鉛直方向に真っ直ぐ削る。
【００４８】
ここで、当初、材料Ａに適合するようにレーザ光Ｌの照射条件が設定されていたとする。フィードバック制御のない場合、ラインＬｃで示すように、材料Ａは、階段形状に形成されているが、材料Ｂは、階段形状に形成されていない。即ち、フィードバック制御のない場合、ＬＡ部２は、材料Ａを適切にアブレーションしているものの、材料Ｂを適切にアブレーションすることができない。
【００４９】
これに対し、本実施形態のようにフィードバック制御を実行する場合、ラインＬｐで示すように、材料ＡおよびＢは、階段形状に形成されている。即ち、本実施形態では、ＬＡ部２は、材料ＡおよびＢをともに適切にアブレーションすることができる。このように、本実施形態によれば、アブレーションレートの異なる複数の異種材料を積層した構造を有する場合であっても、アブレーションレートを適切に制御することができる。その結果、試料９の材料分析を正確かつ容易にすることができる。
【００５０】
（変形例）
図４は、本実施形態の変形例によるＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置の構成例を示す図である。  膜厚測定装置１６は、ステージ８の上方に設けられており、試料９の上方から試料９の膜厚を測定する。膜厚測定装置１６は、例えば、レーザ光Ｌと干渉しない光を用いて、例えば、白色干渉、微分干渉、コンフォーカル等を用いて、試料９の表面Ｆ２から試料９の膜厚を測定してよい。このような変形例であっても、本実施形態の効果を得ることができる。
【００５１】
また、変形例と第１実施形態とを組み合わせて、膜厚測定装置６，１６が試料９の裏面Ｆ１および表面Ｆ２の両方から膜厚を測定してもよい。これにより、試料９の厚みをより正確に測定することができる。
【００５２】
本実施形態による分析方法の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、データ処理方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。また、分析方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１  ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ装置、２  ＬＡ部、３  ＩＣＰ−ＭＳ部、４  試料室、５  レーザユニット、６  膜厚測定装置、７  コントローラ、８  ステージ、１０，１１，１４，１８  ミラー、１２，１３  波長変換素子、１７  レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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