(57)【要約】【課題】ＳＩＭＳ装置にＦＩＢ装置を設置させること無く、試料表面の大気汚染と帯電を低減し、かつ残存元素のスパッタを抑制する。【解決手段】分析対象物１０の表面における所定領域１４から発生する二次イオン２５に基づいて所定領域１４における深さ方向の分析を行う質量分析法において、所定領域１４の周囲に、質量分析を行う深さよりも深く、一次イオンビームの照射範囲２３よりも広い凹部１５を形成する凹部形成工程と、所定領域１４および凹部１５を含む分析対象物１０の表面に導電膜１３を形成する導電膜形成工程により質量分析用の試料１６を作製する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象物の表面における所定領域から発生する二次イオンに基づいて前記所定領域における深さ方向の分析を行う質量分析法であって、
前記所定領域の周囲に、質量分析を行う深さよりも深く、一次イオンビームの照射範囲よりも広い凹部を形成する凹部形成工程と、
前記所定領域および前記凹部を含む分析対象物の表面に導電膜を形成する導電膜形成工程と、
前記所定領域に対し、前記所定領域よりも広く、前記凹部よりも狭い範囲に一次イオンビームを照射して、分析対象物の表面から発生する二次イオンを質量分析する二次イオン質量分析工程と、
を有することを特徴とする質量分析法。
【請求項２】
分析対象物の表面における所定領域から発生する二次イオンに基づいて前記所定領域における深さ方向の分析を行う質量分析用試料の作製方法であって、
前記所定領域の周囲に、質量分析を行う深さよりも深く、一次イオンビームの照射範囲よりも広い凹部を形成する凹部形成工程と、
前記所定領域および前記凹部を含む分析対象物の表面に導電膜を形成する導電膜形成工程と、
を有することを特徴とする質量分析用試料の作製方法。
【請求項３】
前記凹部形成工程は、凹部を形成する部分が開口するようにレジストを形成する第１工程と、前記レジストの開口を通して分析対象物の表面をエッチングする第２工程と、前記レジストをアッシングして除去する第３工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の質量分析用試料の作製方法。
【請求項４】
請求項３に記載の質量分析用試料の作製方法に用いられる試料の作製装置であって、
凹部を形成する部分が開口するようにレジストが形成された分析対象物が導入される真空槽と、
エッチング用イオンおよびアッシング用イオンを照射可能なイオン照射装置と、
スパッタリングによって前記導電層を形成するためのスパッタリングカソードと、
分析対象物をその表面の中心からの法線を軸として自転させる機構と、
を備えることを特徴とする質量分析用試料の作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタ現象を利用して、試料である分析対象物の所定領域から発生する二次イオンに基づいて、試料の所定領域における深さ方向の質量分析を行う質量分析法、質量分析用試料の作製方法および作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）は、超高真空下において、質量分析対象となる前記試料表面へ、例えばセシウム（Ｃｓ）イオンや酸素（Ｏ２）イオンを照射し、スパッタ現象によって前記試料表面から発生する前記試料の構成元素からなる二次イオンを、例えば四重極質量分析により測定し、前記試料の深さ方向の質量分析を行う質量分析法である。
【０００３】
一般に、ＳＩＭＳにおいて一次イオンとなるＣｓイオンやＯ２イオンを照射する面積は試料の面積よりも十分小さい。例えば試料面積が１ｃｍ２に対し、照射面積は０．１ｍｍ２である。よって、ＳＩＭＳによる質量分析中において、ＣｓイオンやＯ２イオンが照射されていない試料の表面や側面には、試料の構成元素が残存する。これらの残存元素へＣｓイオンやＯ２イオンからなる散乱イオンが照射された場合には、残存元素がスパッタされて、四重極分析装置へ飛来し、試料の深さ方向の質量分析の測定感度を著しく劣化させてしまう。
また、前記試料の表面の構成元素が絶縁体である場合には、ＣｓイオンやＯ２イオンの照射によって、試料の表面が帯電し、試料表面の構成元素の二次イオン化率を変動させて、試料の質量分析の信頼性を著しく劣化させてしまう。
【０００４】
以上の従来技術における問題点を図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、ボロン（Ｂ）を注入されたシリコン（Ｓｉ）ウエハ４０をそのままＳＩＭＳ測定装置を用いて一次イオン源２１からＯ２イオン２２を照射しつつ、質量分析計２４を用いて質量分析を行う場合、Ｏ２イオン２２の照射によって、Ｓｉウエハ４０の表面からはスパッタ現象によって、Ｓｉウエハ表面の構成元素がスパッタされ、構成元素の二次イオン４４が質量分析計に達して、Ｓｉウエハ４０の深さ方向の質量分析を行うことができる。このとき、Ｏ２イオン２２の照射部４３の側壁４３ａは、必ずしも垂直にならず、湾曲となる。そのため、図５（ｂ）に示すように、Ｏ２イオン２２の照射部４３の底部４３ｂがＢ注入層４２の深さを超えてＳｉウエハ４０のバルク４１まで達しても、バルク４１の構成元素の二次イオン４５が発生するのみならず、側壁湾曲部４３ａからＢがスパッタされ続け、注入層４２の構成元素の二次イオン４４が発生するため、Ｓｉウエハ４０のＢ注入深さと濃度を正確に測定することができない。また、Ｏ２イオン２２の照射によって、Ｓｉウエハ４０表面が帯電し、表面電荷４６によってＳｉウエハ４０の表面の構成元素の二次イオン化率が変動するため、やはりＢ注入深さと濃度を正確に測定することができない。
【０００５】
このような問題を解決するため、試料表面の帯電防止用に、試料表面へ例えば白金（Ｐｔ）とパラジウム（Ｐｄ）からなる導電性の合金膜（以下「Ｐｔ−Ｐｄ合金膜」という。）を成膜する手法が行われていた（例えば、特許文献１参照）。
また、残存元素のスパッタ防止用に、試料表面におけるイオン照射面の周囲の構成元素を、あらかじめ集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）などによって除去するミニチップ法と呼ばれる手法が行われていた（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−５１６３９号公報
【非特許文献１】日本表面科学会編、“表面分析技術選書  二次イオン質量分析法”、丸善、１９９９年、ｐ．４２〜４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの手法では、試料表面の大気汚染による測定感度の劣化を防ぐため、試料表面にＰｔ−Ｐｄ合金膜を成膜した後、ＳＩＭＳ装置にＦＩＢ装置を接続し、超高真空下において、ＦＩＢ装置を用いてイオン照射面の周囲の構成元素を除去する必要がある。そのため、ＳＩＭＳ装置毎にＦＩＢ装置を設置させる必要があるとともに、試料の深さ方向の質量分析を一度行う毎にＦＩＢ装置を用いて構成元素の除去を行う必要があるため、質量分析に対する作業効率の悪化を招く。また、Ｐｔ−Ｐｄ合金膜を成膜した後に構成元素の除去を行うと、構成元素と一緒にＰｔ−Ｐｄ合金膜も除去されてしまうため、試料表面の帯電防止効果を劣化させてしまう。
【０００７】
本発明は、このような試料の深さ方向の質量分析を高感度かつ高効率で行うために、ＳＩＭＳ装置にＦＩＢ装置を設置させること無く、試料表面の大気汚染と帯電を防止し、かつ残存元素のスパッタを防止するための質量分析法、質量分析用試料の作製方法および作製装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、分析対象物の表面における所定領域から発生する二次イオンに基づいて前記所定領域における深さ方向の分析を行う質量分析法であって、前記所定領域の周囲に、質量分析を行う深さよりも深く、一次イオンビームの照射範囲よりも広い凹部を形成する凹部形成工程と、前記所定領域および前記凹部を含む分析対象物の表面に導電膜を形成する導電膜形成工程と、前記所定領域に対し、前記所定領域よりも広く、前記凹部よりも狭い範囲に一次イオンビームを照射して、分析対象物の表面から発生する二次イオンを質量分析する二次イオン質量分析工程とを有することを特徴とする質量分析法を提供する。
【０００９】
また、本発明は、分析対象物の表面における所定領域から発生する二次イオンに基づいて前記所定領域における深さ方向の分析を行う質量分析用試料の作製方法であって、前記所定領域の周囲に、質量分析を行う深さよりも深く、一次イオンビームの照射範囲よりも広い凹部を形成する凹部形成工程と、前記所定領域および前記凹部を含む分析対象物の表面に導電膜を形成する導電膜形成工程とを有することを特徴とする質量分析用試料の作製方法を提供する。
前記凹部形成工程は、凹部を形成する部分が開口するようにレジストを形成する第１工程と、前記レジストの開口を通して分析対象物の表面をエッチングする第２工程と、前記レジストをアッシングして除去する第３工程を含むことが好ましい。
また、本発明は、上記の質量分析用試料の作製方法に用いられる試料の作製装置であって、凹部を形成する部分が開口するようにレジストが形成された分析対象物が導入される真空槽と、エッチング用イオンおよびアッシング用イオンを照射可能なイオン照射装置と、スパッタリングによって前記導電層を形成するためのスパッタリングカソードと、分析対象物をその表面の中心からの法線を軸として自転させる機構とを備えることを特徴とする質量分析用試料の作製装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、一次イオンの照射範囲よりも広い凹部を所定領域の周囲に形成することにより、周囲から残存元素がスパッタされることを抑制することができる。また、試料の表面に導電膜を形成することにより、試料表面の帯電を低減することができる。また、導電膜が貴金属からなる場合、試料表面の大気汚染を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に本発明の質量分析法の一形態例を示す。
本発明では、試料のイオン化法として例えば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）が用いられる。このＳＩＭＳは、スパッタ現象を利用し、試料から二次的に放出される二次イオンから、試料の質量分析を行う質量分析法である。
【００１２】
本形態例の質量分析法で用いられる試料１６は、図１（ａ）に示すように、分析対象物１０の表面における所定の被測定領域１４の周囲に、質量分析を行う深さよりも深く、かつ一次イオンビームの照射範囲よりも広い凹部１５が形成され、被測定領域１４および凹部１５を含む分析対象物１０の表面に導電膜１３が形成されたものである。
【００１３】
分析対象物１０は、質量分析法によって表面から深さ方向の分析を行う対象物である。本形態例の場合、分析対象物は、表面層１１およびバルク層１２（単にバルクとも言う。）を有する半導体ウエハ１０であり、質量分析を行う深さは表面層１１の厚さよりも大きい。
【００１４】
半導体ウエハ１０の表面層１１を形成する方法としては、シリコン（Ｓｉ）基板等の半導体基板の表面に、半導体基板を構成する元素と異なる元素を添加する方法（例えばイオン注入法やプラズマドーピング法、拡散法など）、半導体基板の表面に他の材料を蒸着や塗布等によって積層する方法が挙げられる。
前記添加による方法の場合、表面層１１は半導体基板のうち異なる元素が添加された部分に該当し、バルク層１２は異なる元素が添加されない部分に該当する。
前記積層による方法の場合、もとの半導体基板はバルク層１２に対応し、表面層１１は新しく形成された層である。
Ｓｉ基板の場合、添加される異元素としてはボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）が挙げられ、積層される材料としてはシリコンの酸化物（ＳｉＯ２）や窒化物（ＳｉＮ）等が挙げられる。
【００１５】
導電膜１３は、分析対象物１０の表面の帯電を抑制するため設けられる。具体的には、白金（Ｐｔ）膜、パラジウム（Ｐｄ）膜、Ｐｔ−Ｐｄ合金膜等の金属膜が挙げられる。分析対象物１０がシリコン等の空気酸化に弱い材料からなる場合には、導電膜１３としてＰｔ、Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ等の貴金属を用いることにより、基板表面が空気に曝されても導電膜１３が保護膜として分析対象物１０の酸化劣化を防ぐことができる。
【００１６】
試料１６を用いた質量分析法は、図１（ａ）に示すように導電膜１３に接地のための導線１７を接続した状態で、図１（ｂ）に示すように被測定領域１４に対して一次イオン源２１から一次イオン２２を照射し、分析対象物１０の表面から発生する二次イオン２５を質量分析計２４で分析する。一次イオンビームの照射範囲２３は、被測定領域１４よりも広く、かつ凹部１５よりも狭い範囲である。
質量分析計２４で用いられる質量分析（二次イオンの質量分離）の方法としては、例えば四重極質量分析法が挙げられる。
【００１７】
被測定領域１４では、一次イオンの衝突によって分析対象物１０を構成する元素が表面から飛散して、二次イオン２５となる。分析の進行により被測定領域１４の表面１８は徐々に除去される。被測定領域１４の周囲は凹部１５となっており、被測定領域１４の外側からの二次イオン２５の発生が抑制される。二次イオン２５における特定の元素の比率は被測定領域１４における当該元素の濃度に対応し、分析開始からの経過時間が深さ方向の距離に対応する。このようにして質量分析を行うことにより、分析を妨害する二次イオンが被測定領域１４の周囲から発生することがない。
【００１８】
さらに、凹部１５およびその周囲にある分析対象物１０の表面には、接地された導電膜１３が存在するので、分析対象物１０の表面の帯電を低減することができる。表面の帯電による一次イオンの照射位置のずれ等が生じにくく、また、分析対象物１０から発生する二次イオン２５のイオン化率の低下等の不具合が生じにくくなる。これにより、分析精度が向上し、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能になる。
【００１９】
次に、試料１６の作製方法の一形態例を、図２を参照しながら説明する。
分析対象物１０の表面において被測定領域１４の周囲に凹部１５を形成するには、まず、第１工程（レジスト形成工程）として、図２（ｂ）に示すように凹部１５を形成する部分が開口するようにレジスト３１を形成する。レジスト３１のパターニングは、フォトリソプロセスにより実施することができる。被測定領域１４の形状は、例えば一辺の長さが１０〜１００μｍの正方形のほか、これと同程度の寸法の長方形等の多角形、円形、楕円形など所望の形状とすることができる。
【００２０】
凹部が存在する範囲（広さ）は、被測定領域１４の幅ｗ１と、凹部１５の幅ｗ２の２倍との和ｗ１＋２ｗ２に相当するので、これがビーム照射範囲２３よりも広くなるようにする。凹部の広さは、ビーム照射範囲の１．５〜２．５倍、またはそれ以上が好ましい。
ビーム照射範囲２３は、例えば一辺の長さが２００μｍ程度の正方形のほか、これと同程度の寸法の長方形等の多角形、円形、楕円形など所望の形状とすることができる。
【００２１】
次に、第２工程（エッチング工程）として、図２（ｃ）に示すように、レジスト３１の開口を通して分析対象物１０の表面にエッチング用イオン３２を照射することにより、分析対象物１０の表面をエッチングし、凹部１５を形成する。凹部１５は、その深さｄ２が表面層１１のドープ深さｄ１よりも大きくなるように形成される。エッチング用イオン３２は、適宜選択可能であるが、アルゴン（Ａｒ）イオン等の希ガスイオンが好適である。
例えば、質量分析を行う測定深さが１０〜３０ｎｍ程度であれば、凹部１５の深さｄ２は４０〜１００ｎｍ程度とすることができる。
【００２２】
次に、第３工程（アッシング工程）として、図２（ｄ）に示すように、レジスト３１にアッシング用イオン３３を照射することにより、レジスト３１をアッシングして除去する。アッシング用イオン３３としては、例えば酸素（Ｏ２）イオン等の反応性イオンが挙げられる。
【００２３】
以上のように凹部形成工程が完了した後、導電膜形成工程として、図２（ｅ）に示すように、被測定領域１４および凹部１５を含む分析対象物１０の表面に導電膜１３を形成することにより、本発明の試料１６を得ることができる。
導電膜１３の形成方法は、スパッタ法が好ましい。スパッタ法に用いるターゲットとしては、薄く均質な導電性連続膜を成膜することができる貴金属ターゲットが好ましく、特に、ＳＩＭＳによる分析の正確性および再現性を考慮すると、Ｐｄを１０〜３０質量％含有するＰｔ−Ｐｄ合金ターゲットが好適である。
Ｐｔ−Ｐｄ薄膜等の導電膜１３の厚さｔは、例えば５〜３０ｎｍが好ましく、５〜１５ｎｍがより好ましい。
【００２４】
被測定領域１４には、凹部１５内で突起状のミニチップ（測定チップ）が形成される。また、ミニチップの表面および凹部１５の表面を含む分析対象物１０の表面の全面が、導電膜１３で覆われている。
【００２５】
図３および図４に、分析対象物１０の表面における被測定領域１４となる測定用ミニチップの配置例を示す。
図３に示す試料１６Ａは、複数の被測定領域１４Ａが分析対象物１０の表面に均等に配置されたものである。この場合、凹部１５Ａは、それぞれの被測定領域１４Ａの周囲に一次イオンビームの照射範囲２３が確保できればよく、凹部１５Ａが分析対象物１０の全面にわたりつながっていても良い。
図４に示す試料１６Ｂは、被測定領域１４Ｂの周囲を取り囲むように環状の凹部１５Ｂが形成されたものである。
【００２６】
図１２は、本発明の試料作製方法に使用される真空一貫装置の一例を示す模式的構成図である。この真空一貫装置５０は、エッチング用イオンおよびアッシング用イオンを照射可能なイオン照射装置５１と、スパッタリングによって導電層を形成するためのスパッタリングカソード５２およびターゲット５３と、凹部１５を形成する部分が開口するようにレジスト３１が形成された分析対象物１０（図２（ｂ）参照）が導入される真空槽５４と、真空槽５４を排気する排気系５５と、分析対象物５７を設置するためのステージ５６と、分析対象物５７をその表面（試料面）の中心からの法線を軸として試料を自転させる機構５８を備え、上述のエッチング工程、アッシング工程、および導電膜形成工程を一貫して実施することが可能な真空装置である。
なお、本明細書において自転とは、中心位置を一定に保って回転させることをいう。
【００２７】
イオン照射装置５１は、例えば、Ａｒイオン照射とＯ２イオン照射とを行うための電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）型イオン銃を用いることができる。
ターゲット５３は、導電膜１３をスパッタで形成するための材料からなる。例えば、Ｐｔ−Ｐｄ合金膜を成膜する場合、Ｐｔ−Ｐｄ合金製のターゲットが用いられる。
処理中、真空槽５４内は、１×１０−６Ｐａ以下の圧力に排気される。
【００２８】
この真空一貫装置５０を用いることにより、同一の真空槽５４内において、試料面の法線方向に対して斜め２２°に設置されたＥＣＲ型イオン銃を用いて、試料面を自転させつつ、エッチングとアッシング（レジストパターンの除去）を行い、さらに、Ｐｔ−Ｐｄターゲットを用いてスパッタ法によりＰｔ−Ｐｄ合金膜を試料表面に堆積させることができる。ＳＩＭＳ測定用試料の表面は、エッチング工程とＰｔ−Ｐｄ合金膜の成膜工程とが、真空排気された同一真空槽５４内において行われるため、レジストパターン除去工程後の試料表面は、１×１０−６Ｐａ以上の圧力を有する窒素、酸素、水等の活性な気体雰囲気下には曝されない。試料の表面はＰｔ−Ｐｄ薄膜で覆われるため、試料をＳＩＭＳ装置に設置するために大気に曝された場合においても、試料の表面は大気汚染されない。
したがって、レジストパターンが除去された試料の表面の大気汚染を防ぐとともに、Ａｒイオン照射による試料表面のエッチング深さの均一性と、Ｐｔ−Ｐｄ合金膜の試料面内における膜厚均一性とを、標準偏差（σ）１．０％以下にすることができる。
【００２９】
ＳＩＭＳ測定は、上述したように、ＳＩＭＳ測定用の試料１６において、試料１６の表面の導電膜１３を接地させることによって帯電を防止させた後、一辺が１０〜１００μｍの正方形からなる測定チップに対し、ＳＩＭＳ測定装置を用いて、測定チップよりも十分に広く、例えば一辺が２００μｍの正方形状または長方形状にセシウム（Ｃｓ）イオンもしくは酸素（Ｏ２）イオンを照射し、測定チップから放出される試料構成元素の二次イオンを四重極質量分析法により質量分析を行う。これにより、試料の構成元素の深さ方向の分解能を向上させることができる。
【００３０】
本発明を応用すれば、ＳＩＭＳ装置にＦＩＢ装置等のエッチング装置を設置させること無く、帯電防止用のＰｔ−Ｐｄ合金膜等の導電膜と、ＳＩＭＳ測定用のミニチップを形成させることが可能となる。また、ＳＩＭＳ測定対象となる試料表面の大気汚染を防ぐとともに、同一試料内に複数の測定チップを一度に作製可能となり、測定作業効率を向上させることができる。
導電膜が全面に成膜された測定チップを用いて、ＳＩＭＳ測定装置により質量分析を行うことにより、試料表面の大気汚染や帯電による二次イオン化率の低下を防止し、かつ測定用ミニチップ周辺からの残留元素の発生が抑制され、質量分析の深さ方向の分解能を向上させることが可能となる。
【００３１】
特に本発明は、シリコン（Ｓｉ）ウエハ中へ、イオン注入法やプラズマドーピング法などによってボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）の中から選ばれた少なくとも１種の元素を注入し、Ｂ、Ｐが注入された前記Ｓｉウエハを、前記真空一貫装置を用いてＳＩＭＳ測定用の測定チップを作製し、前記質量分析法によって、Ｓｉウエハ内のＢ、Ｐの濃度と注入深さを高い分解能で分析する手法として用いることができる。
本発明は、今後益々微細化、高純度化、高性能化が進むシリコン半導体デバイスを安定に形成するために必要な分析技術となりうるものである。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
【００３３】
《実施例１》
本発明の実施例として、シリコン（Ｓｉ）ウエハ中へボロン（Ｂ）を注入した試料を用い、真空一貫装置を用いて白金（Ｐｔ）とパラジウム（Ｐｄ）からなる合金膜で試料の全表面が覆われた測定チップを作製し、ＳＩＭＳ装置を用いて、試料のＢの深さ方向の質量分析を行った。
【００３４】
（Ｂの注入方法）
Ｓｉウエハ中へのＢの注入には、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：  ＩＣＰ）を用いたプラズマドーピング法により行った。プラズマドーピング法は、プロセス温度を室温とし、プロセス圧力を１．０Ｐａの一定とした条件下、ＩＣＰコイルに１８００Ｗの高周波電力を印加してプラズマを形成し、Ｓｉウエハに１１００Ｗの高周波電力を印加することによって、プラズマ中のＢイオンをＳｉウエハ中へ注入した。Ｓｉウエハ中に注入されたＢの注入深さは、表面から約１５ｎｍ付近に達していることを別途確認してある。
【００３５】
（レジストの形成方法）
次に、Ｓｉウエハ表面にフォトリソプロセスを用いて、一辺が１００μｍの正方形からなるレジストパターンを形成した。このレジストパターンは、質量分析を行う領域を覆い、その周囲に凹部を形成すべき領域が開口したものである。
【００３６】
（真空一貫装置）
図１２に、本発明の実施例において使用した真空一貫装置の断面構造の模式図を示す。この真空一貫装置５０は、Ｓｉウエハ５７を設置するためのステージ５６と、ウエハ面の中心の法線を軸としてＳｉウエハ５７をウエハ面内に自転させる機構５８を備え、ウエハ面の法線方向に対し斜め２２°に設置された少なくとも１つのスパッタリングカソード５２、および少なくとも１つのＥＣＲイオン銃５１を備えている。
以下、Ａｒイオン照射、Ｏ２イオン照射、およびＰｔ−Ｐｄ膜の成膜は、全て同一の真空槽５４内で行われるため、Ｓｉウエハ表面は１×１０−６Ｐａ以上の圧力を有する窒素、酸素、水等の活性な気体雰囲気下には曝されない。
【００３７】
（Ａｒイオン照射）
まず、ステージ５６にレジストが塗布されたＳｉウエハ５７を設置し、真空一貫装置５０内（真空槽５４内）を１×１０−６Ｐａ以下の圧力に真空排気した。その後、真空一貫装置５０内へＡｒを導入して所望の圧力に調節した後、ＥＣＲイオン銃５１へ高周波電力を印加してＡｒプラズマを形成し、Ｓｉウエハ５７を自転させつつ、Ｓｉウエハ５７の表面へＥＣＲイオン銃５１を用いてアルゴン（Ａｒ）イオンを照射し、Ｂの注入深さよりも十分に深い、約５０ｎｍまでＳｉウエハ５７の表面をエッチングした。
【００３８】
（Ｏ２イオン照射）
エッチングを行った後、真空一貫装置５０内は、１×１０−６Ｐａ以下の圧力に真空排気して真空一貫装置５０内の残留Ａｒを排気した。真空一貫装置５０内を真空排気した後、真空一貫装置５０内へＯ２を導入して所望の圧力に調節した後、ＥＣＲイオン銃５１へ高周波電力を印加してＯ２プラズマを形成し、Ｓｉウエハ５７を自転させつつ、ＥＣＲイオン銃５１を用いて、Ｓｉウエハ５７の表面に酸素（Ｏ２）イオンを照射して、エッチング後のＳｉウエハ表面に残存したレジストパターンをアッシングにより除去した。
【００３９】
（Ｐｔ−Ｐｄ膜の成膜）
レジストパターンの除去を行った後、真空一貫装置５０内は、１×１０−６Ｐａ以下の圧力に真空排気して真空一貫装置５０内の残留Ｏ２を排気した。スパッタリングカソード５２の１つにＰｔ−Ｐｄスパッタリングターゲット５３を設置し、真空一貫装置５０内を１×１０−６Ｐａ以下の圧力に真空排気した。さらに、真空一貫装置５０内へＡｒを導入して所望の圧力に調節した後、Ｐｔ−Ｐｄターゲット５３へ直流電力を印加してＡｒプラズマを形成し、Ｓｉウエハ５７を自転させつつ、Ｐｔ−Ｐｄターゲット５３を用いてスパッタ法により約８ｎｍの厚みのＰｔ−Ｐｄ薄膜をＳｉウエハ表面に作製した。これにより、Ｓｉウエハ表面に帯電防止用のＰｔ−Ｐｄ合金膜が成膜された測定用ミニチップを形成した。
【００４０】
この手法により、Ａｒイオン照射によるエッチングと、Ｏ２イオン照射によってレジストが除去されたＳｉウエハ表面は、１×１０−６Ｐａ以上の圧力を有する酸素、窒素、水（水蒸気）等の活性な気体雰囲気下には曝されることなくＰｔ−Ｐｄ合金膜の成膜が行われる。また、Ｐｔ−Ｐｄ合金膜の成膜は、Ｓｉウエハを自転させつつ、ウエハ面の法線方向に対し斜め２２°に設置されたスパッタリングカソード５２を使用して成膜が行われるため、Ｓｉウエハ５７の全面に標準偏差（σ）１．０％以下の膜厚分布を有する均一なＰｔ−Ｐｄ合金膜が成膜されるとともに、Ａｒイオン照射によるエッチングによって作製された凹凸構造を有する測定チップに対しても、その側壁にＰｔ−Ｐｄ合金膜を均一に成膜することが可能となる。
【００４１】
（Ｐｔ−Ｐｄ膜の均一性の測定）
なお、前記真空一貫装置を用いて、直径８インチφのＳｉウエハ上に成膜したＰｔ−Ｐｄ合金膜の内部で直径１７０ｍｍの範囲のシート抵抗分布を測定したところ、シート抵抗分布の標準偏差（σ）は約０．１３％であった。シート抵抗の大きさは、Ｐｔ−Ｐｄ合金膜の膜厚に反比例するため、シート抵抗分布の標準偏差（σ）は、Ｐｔ−Ｐｄ合金膜の膜厚分布の標準偏差（σ）に相当する。前記真空一貫装置を使用することによって均一な膜厚分布を有するＰｔ−Ｐｄ合金膜が成膜されていることが判った。
【００４２】
（質量分析）
図１に示すように、Ｐｔ−Ｐｄ膜１３を成膜した後のＳｉウエハ１０を、ＳＩＭＳ測定装置を用いて一次イオン源２１からＯ２イオン２２を照射しつつ、質量分析計２４を用いて質量分析を行った。このとき、Ｐｔ−Ｐｄ膜１３が成膜されたＳｉウエハ１０の表面は接地されているため、Ｏ２イオン２２が照射されることによって帯電することは無い。また、Ｏ２イオン２２の照射面積は、測定チップ１４の面積よりも十分大きいため、Ｏ２イオン２２の照射部側壁が湾曲することを抑制できる。これにより、Ｏ２イオンの照射部がＢ注入層１１の深さを超えてＳｉウエハのバルク１２まで達したとき、Ｂがスパッタされることが無いため、Ｓｉウエハ１０のＢ注入深さと濃度を正しく測定することが可能となる。
【００４３】
（比較例１）
表面にＢを注入したＳｉウエハのＢ注入層の上にＰｔ−Ｐｄ膜を成膜した試料について、ＳＩＭＳ装置を用いて、試料のＢの深さ方向の質量分析を行った。
【００４４】
（実施例１と比較例１の対比）
真空一貫装置を用いた前記測定チップの作製による効果を明確にするため、実施例１のＳＩＭＳ測定結果を図８に、比較例１のＳＩＭＳ測定結果を図６に示した。いずれも、試料の表面にＰｔ−Ｐｄ膜のコーティングを行っている。図７および図９は、それぞれ図６および図８のＳＩＭＳ測定結果における１１Ｂの計測値をＢの濃度に換算したグラフである。
【００４５】
測定チップを用いなかった比較例１の場合、図６に示すように、ＳＩＭＳ測定時のＯ２イオン照射時間が１５００ｓｅｃにおけるＢのＳＩＭＳ強度が約３×１０２ＣＰＳであった。これに対し、測定チップを用いた実施例１では、図８に示すように、ＳＩＭＳ測定時のＯ２イオン照射時間が１５００ｓｅｃにおけるＢのＳＩＭＳ強度は約１×１０１ＣＰＳとなった。
【００４６】
これは、測定チップを用いなかった場合には、図５に示したようにＯ２イオン照射面の側壁が湾曲し、Ｏ２イオンの照射がＳｉウエハに達した後も、側壁湾曲部からＢがスパッタされ続けるため、ＢのＳＩＭＳ強度が低下しなかったと考えられる。それに対し、測定チップを用いた場合には、Ｏ２イオン照射面積が測定チップの面積よりも十分に大きいため、Ｏ２イオン照射面の側壁が湾曲しなかったと考えられる。その結果、Ｏ２イオンの照射がＳｉウエハのバルクに達した後は、注入されたＢはスパッタされず、ＢのＳＩＭＳ強度が低下したと考えられる。以上の結果、真空一貫装置を用いて、Ｐｔ−Ｐｄ膜のコーティングと測定チップの作製を行うことにより、Ｓｉウエハ中へ注入されたＢの濃度と深さを、高い分解能で質量分析を行うことが可能となった。
【００４７】
《実施例２および比較例２》
Ｐｔ−Ｐｄ膜の帯電防止効果を明確にするため、測定チップを作製してその上にＰｔ−Ｐｄ膜を成膜した場合（実施例２）と、測定チップを作製したがその上にＰｔ−Ｐｄ膜を成膜しなかった場合（比較例２）に、ＳＩＭＳによる質量分析を行った。Ｐｔ−Ｐｄ膜の帯電防止効果が明確にわかるよう、Ｓｉ基板上にＳｉＮ膜（１０ｎｍ）が成膜された試料を試料に用いた。実施例２のＳＩＭＳ測定結果を図１１に、比較例２のＳＩＭＳ測定結果を図１０に示す。
【００４８】
Ｐｔ−Ｐｄ膜をコーティングしなかった場合、図１０に示すように、ＳＩＭＳ測定時のＯ２イオン照射時間が１５００ｓｅｃにおける３０Ｓｉ強度が約３×１０４ＣＰＳであった。それに対し、Ｐｔ−Ｐｄ膜をコーティングした場合には、図１１に示すように、ＳＩＭＳ測定時のＯ２イオン照射時間が２０００ｓｅｃにおけるＳｉ強度が約６×１０４ＣＰＳとなった。つまり、Ｐｔ−Ｐｄ膜をコーティングしなかった場合に比べてＳＩＭＳ強度が増大し、この強度は同測定条件でベアＳｉを測定した時のＳｉ強度と同程度を得ている。
【００４９】
また、ＳｉＮ膜中についても３０Ｓｉと１４Ｎ＋２８Ｓｉのプロファイルが安定していることがわかる。これは、Ｐｔ−Ｐｄ膜をコーティングしなかった場合には、Ｏ２イオン照射によってＳｉウエハ表面がプラスに帯電し、Ｏ２イオン照射を反発してＳｉウエハ表面の二次イオン化率を劣化させたためと考えられる。よって、Ｐｔ−Ｐｄ膜をＳｉウエハ表面に成膜することにより、Ｓｉウエハ表面の帯電が低減され、ＳＩＭＳ強度が増大して、安定した高い分解能で深さ方向の質量分析を行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の質量分析法の一例を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明の試料作製方法の一例を説明する図である。
【図３】試料の一例を示す部分斜視図である。
【図４】試料の一例を示す部分斜視図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は従来の質量分析法の一例を説明する図である。
【図６】比較例１の二次イオン質量分析結果を示すグラフである。
【図７】比較例１のＢ濃度分布分析結果を示すグラフである。
【図８】実施例１の二次イオン質量分析結果を示すグラフである。
【図９】実施例１のＢ濃度分布分析結果を示すグラフである。
【図１０】比較例２の二次イオン質量分析結果を示すグラフである。
【図１１】実施例２の二次イオン質量分析結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の試料作製装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…分析対象物（半導体ウエハ）、１３…導電膜、１４，１４Ａ，１４Ｂ…所定領域（被測定領域）、１５，１５Ａ，１５Ｂ…凹部、１６，１６Ａ，１６Ｂ…試料、２１…一次イオン源、２２…一次イオン、２３…ビーム照射範囲、２４…質量分析計、２５…二次イオン、３１…レジスト、３２…エッチング用イオン、３３…アッシング用イオン、５０…試料作製装置（真空装置、真空一貫装置）、５１…イオン照射装置（イオン銃）、５２…スパッタリングカソード、５４…真空槽、５６…ステージ、５７…分析対象物、５８…自転機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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