JP2001041890A - グロー放電を利用した深さ方向分析法 - Google Patents

グロー放電を利用した深さ方向分析法

Info

Publication number
JP2001041890A
JP2001041890A JP11219683A JP21968399A JP2001041890A JP 2001041890 A JP2001041890 A JP 2001041890A JP 11219683 A JP11219683 A JP 11219683A JP 21968399 A JP21968399 A JP 21968399A JP 2001041890 A JP2001041890 A JP 2001041890A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glow discharge
depth direction
solid sample
thin film
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11219683A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeo Ohira
重男 大平
Katsumi Takahashi
勝巳 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Light Metal Co Ltd
Original Assignee
Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Light Metal Co Ltd filed Critical Nippon Light Metal Co Ltd
Priority to JP11219683A priority Critical patent/JP2001041890A/ja
Publication of JP2001041890A publication Critical patent/JP2001041890A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 グロー放電管や装置等の改良を必要とするこ
となく、簡便な方法で固体試料の極表面層における深さ
方向分析を容易に行うことができるグロー放電を利用し
た深さ方向分析法を提供する。 【解決手段】 グロー放電を利用して固体試料の深さ方
向の分析を行う深さ方向分析法であり、陰極となる固体
試料の少なくとも測定表面に、導電性であって、かつ、
試料の分析対象金属とは異なる金属からなる金属薄膜を
積層し、グロー放電初期には上記金属薄膜で固体試料の
測定表面を保護し、グロー放電が安定状態に移行してか
ら固体試料の測定表面からその深さ方向分析を行う、グ
ロー放電を利用した深さ方向分析法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、グロー放電を利
用した深さ方向分析法に係り、特にグロー放電質量分析
法やグロー放電発光分光分析法により固体試料の測定表
面をその深さ方向に分析するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】固体試料の表面分析の方法としては、オ
ージエ分析法(AES)、光電子分析法(XPS)、二
次イオン質量分析法(SIMS)、中性原子質量分析法
(SNMS)等の方法が知られており、また、実用化さ
れている。しかしながら、これらの表面分析法において
は、超高真空中に試料を置く必要があることから、1つ
の試料の測定に多くの時間を要し、多量の試料を迅速に
測定することが要求される工程管理等の分析には対応し
得ないという問題がある。
【0003】これに対して、グロー放電をサンプリング
(原子化)やイオン化の手段として利用するグロー放電
質量分析法(GDMS)やグロー放電発光分光分析法
(GDOS)による表面分析は、超高真空が不要であっ
て分析装置の操作・保守が容易であるほか、イオン源が
極めて安定であって高選択性及び高感度の分析が可能で
あり、しかも、多くの系で表面層の数μmから数10μ
mまでの深さ方向における多元素を同時に定量すること
ができ、固体試料の深さ方向分析を簡便で比較的容易に
かつ迅速に行うことができるという特徴を有している。
【0004】しかしながら、これらグロー放電質量分析
法やグロー放電発光分光分析法による深さ方向分析にお
いては、グロー放電の発光強度が放電開始後安定するま
でに所定の時間を要し、このグロー放電初期の発光強度
が不安定な状態のときも試料表面はグロー放電プラズマ
に晒されて不規則にスパッタされ、このために試料の表
面層の数100nm程度の深さまでの極表面層の分析に
は不向きであるとされている。
【0005】そこで、従来においても、この問題を解決
するための試みがされており、例えば、グロー放電発光
分光分析法(GDOS)による表面分析において、グロ
ー放電初期から発光強度を安定化させるために、グリム
タイプのグロー放電管の内部に第三電極を配設し、この
第三電極を用いて補助放電を行うと共に正規のグロー放
電領域で予備放電させることにより、グロー放電初期の
発光強度の不安定層を表面から1nm程度の深さまでに
抑えることが可能な前処理放電方式が提案されている
(日本金属学会会報 Vol.22, No.4, pp332-334(198
3))。しかし、この方式においては、グロー放電管に第
三電極を組み込み、補助放電と予備放電のための回路を
構成してこれらを制御しなければならない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、グロー放電管や装置等の改良を必要とすることな
く、簡便な方法で固体試料の極表面層における深さ方向
分析を容易に行うことができるグロー放電を利用した深
さ方向分析法について鋭意研究した結果、固体試料の測
定表面に金属薄膜を積層し、グロー放電が安定状態に移
行するまでこの金属薄膜で固体試料の測定表面を保護
し、グロー放電が安定状態に移行してから固体試料の測
定表面からその深さ方向分析を行うようにすることで、
問題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
【0007】従って、本発明の目的は、グロー放電管や
装置等の改良を必要とすることなく、簡便な方法で固体
試料の極表面層における深さ方向分析を容易に行うこと
ができるグロー放電を利用した深さ方向分析法を提供す
ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、グ
ロー放電を利用して固体試料の深さ方向の分析を行う深
さ方向分析法であり、陰極となる固体試料の少なくとも
測定表面に、導電性であって、かつ、試料の分析対象金
属とは異なる金属からなる金属薄膜を積層し、グロー放
電初期には上記金属薄膜で固体試料の測定表面を保護
し、グロー放電が安定状態に移行してから固体試料の測
定表面からその深さ方向分析を行う、グロー放電を利用
した深さ方向分析法である。
【0009】本発明において、測定対象となる固体試料
については、その表面に金属薄膜を積層できるものであ
れば特に制限されるものではなく、例えば、含有不純物
の特定等、微量成分の元素分析の対象となる金、銀、
銅、アルミニウム、鉄等の金属試料、ヒ化ガリウム結晶
等の半導体試料、鉄鋼、ジルカロイ、耐熱合金等の合金
試料、ガラス、セラミック(すなわち、アルミニウム、
珪素、チタン、イットリウム等の金属の酸化物、炭化
物、窒化物等)等の絶縁物試料等や、冷延鋼板、表面め
っき処理鋼板、表面化成処理鋼板、表面皮膜処理鋼板等
の鋼板試料等を例示することができる。
【0010】また、本発明方法でこれら固体試料を測定
する際の形状についても特に特別な形状にする必要はな
く、従来のグロー放電を利用した深さ方向分析法で採用
されている形状でよく、例えば、グリムタイプグロー放
電管で採用されている円盤状、あるいは円棒状や角棒状
のもの(ピン状のもの)等であっても、また、中空陰極
放電管で採用されている円柱状、角柱状等であってもよ
い。更に、固体試料のサイズについても、特に制限はな
く、従来のグリムタイプグロー放電管や中空陰極放電管
で採用されているとおりで問題ない。
【0011】本発明においては、固体試料の少なくとも
測定表面に、導電性であって、かつ、試料の分析対象金
属とは異なる金属からなる金属薄膜が積層される。ここ
で、金属薄膜は、固体試料においてグロー放電プラズマ
がスパッタリングしてサンプリング(原子化)やイオン
化を行う表面、すなわち測定表面に積層されれば、この
固体試料の表面全面に積層されていてもよく、また、部
分的に積層されていてもよい。
【0012】この目的で金属薄膜を形成する金属として
は、特に制限はなく、試料成分元素との関係や成膜性等
を考慮して決定され、例えばアルミニウム(Al)が試料
成分元素である場合、Alへの添加元素であるMg、C
u、Si、Fe、Mn、Cr、Ni、Ti、Pb、Sn
等の金属は好ましくなく、Alの成分元素となる機会の
少ないTa、W、Hf、Pt、Au、Ag等が挙げら
れ、材料コストや成膜性等の観点から、好ましくはT
a、W、Hf等がよく、より好ましくは試料ホルダの材
質と同じ金属であるのがよく、例えばタンタル(Ta)が
例示される。
【0013】また、この固体試料の表面に積層される金
属薄膜の膜厚については、少なくともグロー放電の発光
強度が安定状態に移行するまでこの固体試料の測定表面
を保護し得る程度の膜厚があれば、特に制限されるもの
ではないが、あまり膜厚が厚くなると試料の分析開始ま
での時間が長くなり、結果として分析所要時間が長くな
ってしまうので、通常は10〜100nm、好ましくは
30〜80nm程度であるのがよい。金属薄膜の膜厚が
10nmより薄いとグロー放電の発光強度が安定する前
に試料表面が表れて正確な測定が困難になり、また、1
00nmより厚くなると分析所要時間が長くなって好ま
しくない。
【0014】更に、固体試料の表面に金属薄膜を積層す
る方法についても、この金属薄膜の積層により固体試料
の表面が組成変化等の影響を受けず、また、上記10〜
100nmという薄膜を形成できれば、特に制限される
ものではなく、例えば、真空蒸着、イオンプレーティン
グ、スパッタリング等の物理蒸着法(PVD)や、プラ
ズマCVD法等の化学蒸着法(CVD)等が挙げられ
る。例えば、固体試料の表面にタンタル(Ta)薄膜を積
層する場合、蒸発源に金属タンタルを用い、10 -2〜1
-3Paの真空中で電子ビームによりこの金属タンタルを
加熱溶融させ、蒸発させて行う真空蒸着法を採用するこ
とができる。
【0015】本発明において、固体試料の深さ方向の分
析を行う分析法については、具体的には、グロー放電質
量分析法(GDMS)やグロー放電発光分光分析法(G
DOS)であり、グロー放電によるスパッタリングによ
り陰極を構成する固体試料の表面から飛び出し、プラズ
マ中で励起し又は電離したイオンを質量分析法又は発光
分析法で分析するものであり、従来より知られている方
法と全く同様の手法で行うことができる。
【0016】本発明の方法によれば、固体試料の測定表
面に金属薄膜を積層し、グロー放電が安定状態に移行す
るまでは固体試料の測定表面に積層された金属薄膜でこ
の固体試料の測定表面を保護し、グロー放電が安定状態
に移行してから固体試料の測定表面をその深さ方向に分
析するので、固体試料の極表面層を確実に分析すること
ができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、実施例及び比較例に基づい
て、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【0018】実施例1 5000系アルミニウム合金(Al-Mg 合金)から25m
m×25mm×1mmの大きさの試料を切り出し、この
試料の表面に、10-3Paの真空下で純度99.99%
の金属タンタルを蒸発源とし、これに10kV、400
mAの電子ビームを投入して、厚さ50nmのタンタル
薄膜を真空蒸着した。
【0019】次に、このようにして作製したタンタル薄
膜積層のアルミニウム合金試料をグロー放電質量分析装
置(VG社製 VG 9000)の放電セル中のホルダーに取り
付け、0.5kV、0.5mAの放電条件で微量不純物
元素〔マグネシウム(Mg)、珪素(Si)〕の深さ方向濃
度分布を測定した。結果を図1及び図2に示す。また、
測定後の放電痕を表面粗さ計で測定した結果、1回の測
定で約20nmの深さでスパッタされていることが判明
した。
【0020】図1及び図2の結果から明らかなように、
測定回数1回目から測定2回目までは蒸着したタンタル
薄膜からのタンタル(Ta)が試料のアルミニウム(Al)
より高濃度に観測され、測定3回目でこれらタンタルと
アルミニウムの濃度が逆転し、測定4回目まで(表面か
ら80nmの深さまで)はタンタル薄膜からのタンタル
が多く検出され、次第に減少していく様子が観察され
る。このことから、測定3回目の深さのところにタンタ
ル薄膜と試料表面との界面が存在すると考えられる。ま
た、測定回数3回目と4回目(表面からの深さ60nm
と80nm)でマグネシウム(Mg)と珪素(Si)の表面
濃度が高くなっているのが観察された。これは、アルミ
ニウム合金試料の極表面層にマグネシウム(Mg)と珪素
(Si)が偏析していることを示すものである。
【0021】比較例1 5000系アルミニウム合金(Al-Mg 合金)から切り出
した試料を用い、タンタル薄膜の積層を行わなかった以
外は、上記実施例1と全く同様にして微量不純物元素の
深さ方向濃度分布を測定した。結果を図3及び図4に示
す。
【0022】この図3及び図4の結果から明らかなよう
に、Al、Mg、及びSiの濃度に関する測定回数1回
目(表面から20nmの深さ)のデータは上記実施例1
の場合の測定回数5回目(表面から100nmの深さ)
のデータとよく一致し、この比較例の場合には、表面か
ら40nmまでの極表面層の測定が困難であることが分
かる。すなわち、測定2回目までの所要時間内に放電に
より表面が削り取られ、この分の深さまでは測定不可能
で、表面の情報を得ることができない。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、グロー放電管や装置等
の改良を必要とすることなく、固体試料の測定表面に金
属薄膜を積層するという簡便な方法で、固体試料の極表
面層における深さ方向分析を容易に行うことができ、グ
ロー放電質量分析法やグロー放電発光分光分析法が有す
る特長を極表面層の分析を必要とするアルミニウム電解
コンデンサ用箔や磁気ディスク等の電子材料等の分野で
有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、実施例1に係るグロー放電質量分析
により微量不純物元素の深さ方向濃度分布を測定した結
果を示すグラフ図である。
【図2】 図2は、図1の濃度軸を拡大して示す部分グ
ラフ図である。
【図3】 図3は、比較例1に係るグロー放電質量分析
により微量不純物元素の深さ方向濃度分布を測定した結
果を示すグラフ図である。
【図4】 図4は、図3の濃度軸を拡大して示す部分グ
ラフ図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 グロー放電を利用して固体試料の深さ方
    向の分析を行う深さ方向分析法であり、陰極となる固体
    試料の少なくとも測定表面に、導電性であって、かつ、
    試料の分析対象金属とは異なる金属からなる金属薄膜を
    積層し、グロー放電初期には上記金属薄膜で固体試料の
    測定表面を保護し、グロー放電が安定状態に移行してか
    ら固体試料の測定表面からその深さ方向分析を行うこと
    を特徴とするグロー放電を利用した深さ方向分析法。
  2. 【請求項2】 金属薄膜が、金属タンタルからなるタン
    タル薄膜である請求項1に記載のグロー放電を利用した
    深さ方向分析法。
  3. 【請求項3】 金属薄膜は、その膜厚が10〜100n
    mである請求項1又は2に記載のグロー放電を利用した
    深さ方向分析法。
JP11219683A 1999-08-03 1999-08-03 グロー放電を利用した深さ方向分析法 Pending JP2001041890A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11219683A JP2001041890A (ja) 1999-08-03 1999-08-03 グロー放電を利用した深さ方向分析法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11219683A JP2001041890A (ja) 1999-08-03 1999-08-03 グロー放電を利用した深さ方向分析法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001041890A true JP2001041890A (ja) 2001-02-16

Family

ID=16739345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11219683A Pending JP2001041890A (ja) 1999-08-03 1999-08-03 グロー放電を利用した深さ方向分析法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001041890A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266988A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Nippon Mining & Metals Co Ltd グロー放電質量分析法の試料調整法
KR20160078814A (ko) * 2014-12-24 2016-07-05 주식회사 포스코 도금층의 두께 측정 방법
JP2017516089A (ja) * 2014-04-30 2017-06-15 ホリバ ジョヴァン イボン エスアーエス 試料のエッチング深さをその場(in situ)測定するためのグロー放電分光分析の方法およびシステム
JP2021043157A (ja) * 2019-09-13 2021-03-18 住友精密工業株式会社 発光分析方法および発光分析装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266988A (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Nippon Mining & Metals Co Ltd グロー放電質量分析法の試料調整法
JP2017516089A (ja) * 2014-04-30 2017-06-15 ホリバ ジョヴァン イボン エスアーエス 試料のエッチング深さをその場(in situ)測定するためのグロー放電分光分析の方法およびシステム
KR20160078814A (ko) * 2014-12-24 2016-07-05 주식회사 포스코 도금층의 두께 측정 방법
KR101647233B1 (ko) 2014-12-24 2016-08-10 주식회사 포스코 도금층의 두께 측정 방법
JP2021043157A (ja) * 2019-09-13 2021-03-18 住友精密工業株式会社 発光分析方法および発光分析装置
JP7293058B2 (ja) 2019-09-13 2023-06-19 住友精密工業株式会社 発光分析方法および発光分析装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Becker et al. State-of-the-art in inorganic mass spectrometry for analysis of high-purity materials
Marcus et al. rf-Powered Glow Discharges Elemental Analysis across the Solids Spectrum
Milton et al. Investigations into the suitability of using a secondary cathode to analyse glass using glow discharge mass spectrometry
Lim et al. Electrical resistivity of Cu films deposited by ion beam deposition: Effects of grain size, impurities, and morphological defect
Fernández et al. Glow discharge analysis of nanostructured materials and nanolayers—A review
CN109239179A (zh) 一种高纯氧化铝多晶料中痕量杂质元素的测定方法
Vad et al. Secondary neutral mass spectrometry--A powerful technique for quantitative elemental and depth profiling analyses of nanostructures
Raith et al. Optimization of quantitative depth profiling with glow discharge mass spectrometry. Part 1. Optimization studies on crater shape and time–depth conversion
US6608318B1 (en) Ionization chamber for reactive samples
JP2001041890A (ja) グロー放電を利用した深さ方向分析法
Meyer et al. Kinetic electron excitation in atomic collision cascades
JP2003123781A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータ及びその製造方法
Sugai An application of a new type deposition method to nuclear target preparation
Wucher Microanalysis of solid surfaces by secondary neutral mass spectrometry
Ehrich et al. Plasma deposition of thin films utilizing the anodic vacuum arc
Spitsberg et al. Depth profile and quantitative trace element analysis of diffusion aluminided type layers on Ni-base superalloys using high-resolution glow-discharge mass spectrometry
Canulescu et al. Detection of negative ions in glow discharge mass spectrometry for analysis of solid specimens
JPH0841698A (ja) アルミニウムホイルのエッチング方法
WO2018163576A1 (ja) 誘導結合プラズマ質量分析装置用プラズマコーン、誘導結合プラズマ質量分析装置、誘導結合プラズマ質量分析装置用プラズマコーンの製造方法
Lim et al. Application of glow discharge mass spectrometry for direct trace impurity analysis in Cu films
Thomas et al. Sputtering of ordered nickel-aluminium alloys: II. Preferential sputtering of NiAl single crystals and discussion
Bist et al. Anomalous electrical resistivity of thin gadolinium films
Souda et al. Capture and loss of valence electrons during low energy H+ and H− scattering from LaB6 (100), Cs/Si (100), graphite and LiCl
Pisonero et al. Improving the analytical performance of pulsed-GD-SFMS for multi-elemental depth profile analysis of heat-treated Zn coatings on extruded aluminium
Krishnaswamy et al. Aiming performance of the atom probe