Масс-спектрометр вторичных ионов TOF.SIMS 5

Масс-спектрометр вторичных ионов TOF. SIMS 5 для элементного анализа по глубине и по площади образца (производитель IONTOF, Германия, 2008 г).

Контактное лицо

Шашкин Владимир Иванович

sha@ipmras.ru

Фото

Схема

Система формирования первичных зондирующих ионов Bi и вторичных регистрируемых ионов.

Описание установки

Послойный анализ «Dual beam Principle»

TOF.SIMS-5 — ВИМС нового поколения — использует новый принцип двух ионных пучков — синхронное чередование импульсных анализирующего и распыляющего пучков. Анализирующий пучок ионов (Bi) является практически неразрушающим, поэтому в установке TOF. SIMS-5 впервые реализован принципиально новый режим послойного анализа, сочетающий статический и динамический режимы ВИМС. Это дает уникальную возможность анализа ультратонких структур с толщиной от 1нм до 10нм, поскольку отсутствуют эффекты формирования переходных областей, характерные для динамического режима ВИМС. В то же время, использование коротких анализирующих импульсов позволило существенно снизить длину пролетной области анализатора при сохранении высокого (10000) массового разрешения и значительно повысить частоту повторения импульсов до 50кГц. Поэтому в установке TOF. SIMS-5 достигнута очень высокая скважность распыляющего ионного пучка и высокая скорость распыления по сравнению с предыдущими моделями -TOF.SIMS-3 и 4, что дает возможность проведения послойного анализа до глубины 10мкм, фактически предельной для задач ВИМС.

Возможность вариации типа и массы анализирующих ионов позволяет минимизировать матричные эффекты при послойном анализе металлических структур. Кроме того, для кластерных вторичных ионов глубина выхода, как правило, ниже 0.5нм.

Принципиально новые возможности представляет TOF. SIMS-5 для анализа диэлектрических структур, а также тонкопленочных плохо проводящих структур на диэлектрических подложках, что часто составляет неразрешимую проблему в установках динамического ВИМС. Для этого в установке размещена дополнительная низкоэнергетическая электронная пушка, которая также имеет импульсный режим работы. Электронный пучок позволяет полностью нейтрализовать заряд, вызванный анализирующим пучком ионов с низкой величиной тока. Для компенсации заряда, вызванного распыляющими ионными пучками со значительно большей величиной тока (сотни нА), предусмотрено введение дополнительных временных задержек в последовательности «распыление-анализ» в очень широком диапазоне от единиц микросекунд до нескольких секунд.

Распыляющие пучки

Две низкоэнергетические распыляющие ионные пушки с ионами кислорода O и Cs с энергией пучка от 250эВ до 2кэВ c возможностью варьирования угла падения ионного пучка на поверхность в широких пределах. Имеется дополнительная возможность подачи газообразного кислорода на поверхность анализируемой структуры в условиях сверхвысокого вакуума, что может позволить избежать развития шероховатости в области кратера и повысить чувствительность для ряда элементов.

Анализирующий пучок

Для анализа используется жидко-металлическая ионная пушка с ионами Bi с очень низкой величиной тока (1пА, 25кэВ) и короткими импульсами (короче 1нс, до 50 кГц).

Масс-анализатор

Время-пролетного типа с импульсным режимом работы.

Имеется возможность вариации типа и массы анализирующих ионов — Bi<+>, Bi<++>, Bi<3>, Bi<5>, что обеспечивает высокую чувствительность и дает новую возможность анализа вторичных кластерных ионов даже самых тяжелых элементов в очень широком диапазоне масс (1 — 10000 а. е. м.).

Измерения с помощью TOF. SIMS-5

Метод ВИМС позволяет получать следующую информацию о составе структур:

• проводить качественный анализ, т. е. надежно идентифицировать все присутствующие элементы с уровнем чувствительности от N_α>10¹⁴-10¹⁶ат/см³;
• проводить анализ распределения элементов по глубине — послойный анализ (с разрешением по глубине 1-5нм). Время травления пересчитывается в глубину после измерения глубины кратера травления на оптическом интерферометре;
• получать изображение поверхности во вторичных ионах (латеральное разрешение 0.1-50 мкм);
• проводить количественный анализ структур (как правило, для этого необходимы соответствующие эталонные структуры).