JP2001183317A

JP2001183317A - ２次イオン質量分析装置用試料ホルダ及びその位置調整方法

Info

Publication number: JP2001183317A
Application number: JP36748899A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Kodama; 紀行児玉; Teru Mineji; 輝峰地
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】表面プレートの撓みを防止するとともに、各試
料の傾斜角度差を精度よくかつ迅速に測定できる２次イ
オン質量分析装置用試料ホルダ及びその測定方法を提供
すること。【解決手段】２次イオン質量分析装置に使用される２次
イオン質量分析装置用試料ホルダにおいて、所定位置に
所定数の窓部を有する表面板と、前記表面板の裏面にお
ける前記窓部の周囲の面に試料を押し付けて前記表面板
に試料を当接保持する押圧部材と、前記表面板の裏面に
配設されるとともに前記表面板の撓みを防止する梁部を
有する本体と、を備え、前記梁部ないし台の一部は、前
記窓部から露出することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】２次イオン質量分析装置に使
用するとともに、測定試料を複数個同時に保持する２次
イオン質量分析装置用試料ホルダに関し、特に、高い精
度で測定できる２次イオン質量分析装置用試料ホルダに
関する。

【０００２】

【従来の技術】物質中の微量不純物元素の深さ分布を測
定する分析装置として、２次イオン質量分析装置（ＳＩ
ＭＳ：ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅ
ｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）が知られており、あらゆる分野で
幅広く用いられている。その検出下限はｐｐｍ程度と非
常に低く、半導体デバイス開発、材料開発のほか、さま
ざまな分野で使用されている。

【０００３】ＳＩＭＳでは、試料表面に、収束させたイ
オンを照射して、試料からスパッタリング現象により放
出されたイオンを質量分析する。ＳＩＭＳには、四重極
型のレンズを用い、その間に高周波電圧を印加し、特定
の質量を持ったイオンのみを通過させる四重極型ＳＩＭ
Ｓと、静電型エネルギー分析器と磁場型質量分析器の組
み合わせたセクタ型ＳＩＭＳと、が知られている。

【０００４】セクタ型ＳＩＭＳを例にして、ＳＩＭＳの
測定原理について説明する。図６は、従来の一例に係る
セクタ型ＳＩＭＳの構造図であり、（ａ）は全体図、
（ｂ）は試料付近の拡大図である。このセクタ型ＳＩＭ
Ｓ７１は、イオン源７２と、１次イオン収束用レンズ７
３と、試料ステージ７４と、引出し電極７５と、イマー
ジョンレンズ７６と、トランスファーレンズ７７と、コ
ントラストダイヤグラム７８と、フィールドアパーチャ
７９と、静電型エネルギー分析器８０と、エネルギース
リット８１と、質量分析用マグネット８２と、プロジェ
クタレンズ８３と、ファラデーカップ８４と、イオン計
数管８５と、イオン像観察用スクリーン８６と、を有す
る。

【０００５】イオン源７２は、試料ホルダ８７に保持さ
れた試料８８表面に照射するイオンを発生する。イオン
源７２で発生した１次イオンは、引き出し電極（図示せ
ず）で加速され、数段のレンズ系（１次イオン収束用レ
ンズ７３）で収束された後に、試料８８表面に照射され
る。試料８８上では、ビーム径は数μｍΦから数百μｍ
Φ程度の大きさとなる。試料８８のスパッタされる深さ
を均一にするために、ビーム径よりも広い範囲でラスタ
照射される。

【０００６】試料表面には、数ｋＶの電圧が印加されて
おり、試料表面から数ｍｍの距離に存在するグランド電
位の引き出し電極７５との間で強い電界が生じている。
例えば、正のイオンを検出する場合は、試料を正の電位
を加えておく。試料８８表面から引き出し電極間７５の
空間で、イオンが加速されて、質量分析系へ入射する。
ラスタ領域のそれぞれの位置で放出されたイオンは、ト
ランスファレンズ７７でコントラストダイアフラム７８
の位置で収束されて、フィールドアパーチャ７９で再び
結像する。フィールドアパーチャ７９で、ラスタ領域の
中心部分のみが次の空間に通過するようにフィールドア
パーチャ７９の大きさを設定する。次に、イオンは、再
び収束されて、静電型エネルギー分析系８０に入射し、
この位置でエネルギー分散した像が形成され、さらに、
再び収束されて、磁場型の質量分析系８２に入射する。
この２つの分析系の収差を同じ値としておき、静電型エ
ネルギー分析系８０における収差を、質量分析系８２に
おける収差で打ち消すような構成とすることで、高い質
量分解能を得ることができる。質量分析系内８２では静
磁場が発生しており、その中を運動する荷電粒子は、ロ
ーレンツ力により力を受ける。特定の質量又は電荷を持
つ粒子は、かかるローレンツ力に応じた軌道半径を持
つ。したがって、磁場の値を変化させることで、特定の
質量又は電荷を持つ粒子のみを通過させることができ
る。このようにして通過した粒子は、光電子増倍管でそ
の粒子数が計測される。

【０００７】ＳＩＭＳでは、イオンカウントを濃度に変
換する場合（定量と呼ぶ）には、相対感度係数（ＲＳ
Ｆ：ＲｅｒａｔｉｖｅＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＦａ
ｃｔｏｒ）を用いる。このＲＳＦは、既知の濃度を持っ
た試料（標準試料）を測定して、その濃度と測定すべき
不純物イオンカウント、構成物質のイオンカウント（マ
トリックスイオンカウント）の関係から、ＲＳＦ＝濃度
×（マトリックスイオンカウント）÷（不純物イオンカ
ウント）の関係を用いて、計算される。

【０００８】測定試料では、逆に、濃度＝ＲＳＦ×（不純物イオンのカウント）÷（マトリ
ックスイオンのカウント）の式を用いて計算する。つまり、試料ごとにこの相対感
度係数が変わらないことを前提としている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には様々
な要因で相対感度係数などが異なり、測定精度を低下さ
せている。測定の精度、再現性を議論する場合には、イ
オンの透過率の変動をもとにする場合が多い。ここで、
透過率とは、試料表面で放出されたイオンのどの程度の
割合がイオンとして検出されるかをあらわしたものをい
う。例えば、２次イオンの軌道の広がりで、引き出し電
極後段のイマージョンレンズなどのレンズ系にイオンが
衝突して、検出されないものがある。また、高いエネル
ギー分解能や低い検出下限を得るために、コントラスト
ダイアフラムやエネルギースリットといったイオンの軌
道を意図的に遮り、特定の軌道のイオンのみを選択する
ような構造物が質量分析系に設置されており、測定試料
によって、あるいは、分析する場所によって、２次イオ
ンの軌道の差が非常にごくわずか生じても、２次イオン
がこれらで遮られる割合が大きく変化し、透過率が大き
く変動する場合がある。

【００１０】この場合、２次イオンの透過率について測
定試料間の変動は、マトリックスイオンのカウントと不
純物イオンのカウントの両方を変化させることにはなる
が、マトリックスイオンの軌道と不純物イオンの軌道は
厳密には同一ではないので、その比、つまり、相対感度
係数は、感度係数が試料ごとに異なることになるため、
試料ごとに定量（濃度変換）の精度が低下する。このよ
うな相対感度係数の差をＲＳＤ（ＲｅｌａｔｉｖｅＳ
ｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＤｅｖｉａｔｉｏｎ：ＲＳＤ）
と呼ぶ。

【００１１】また、イオンの入射角度が測定試料毎に異
なっていると、試料のスパッタリングレートが試料毎に
異なる。測定時間とスパッタリングレートをもとに深さ
を計算する場合には誤差要因となる。

【００１２】ＲＳＦや、スパッタリングレートの試料の
傾斜角度依存性は、測定条件や、測定時の１次、２次イ
オン光学系の調整にもよるが、その依存性が高い場合
は、ＲＳＤ、スパッタリングレートとも、０．５％以内
に押さえるためには、試料間での傾斜誤差を１００ｍｄ
ｅｇ以内に押さえる必要がある。

【００１３】以上説明した、ＲＳＤの原因となる２次イ
オンの軌道の差は、試料を収納する試料ホルダの加工精
度や、試料ホルダを取り付ける試料ステージの精度が影
響していると考えられている。

【００１４】通常、分析のスループットを高くするため
に、同時に多数の試料を取りつけることのできる試料ホ
ルダを用いている。例えば、その例を図７に示す。図７
は、従来の一例に係る２次イオン質量分析装置用試料ホ
ルダであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＸ−Ｘ’間の断
面図、（ｃ）試料上のレーザー光の反射位置である。こ
のように、薄い表面プレート９２は多数の窓９３を持
ち、試料９４はその表面プレートの窓９３の周囲部に試
料表面を押圧するように保持されている。非常に狭い領
域に多数の試料が保持されているので、表面プレート９
２の平坦性（加工精度）が良好ではない場合がある。ま
た、試料９４を押圧部材９５により表面プレート９２に
押さえつけて固定する方式になっているので、その試料
９４を押さえる際の圧力で、表面プレート９２が撓み、
試料９４の位置の変動が問題となる。

【００１５】ＳＩＭＳの測定装置は、図６（ｂ）に示す
ように引き出し電極７５と試料８８表面が平行で、試料
８８表面と引き出し電極７５の間隔がすべての試料８８
にわたって同じ値となっていなければならないが、試料
を固定する際の撓みのために、実際は、図７（ｂ）に示
すように試料９４ごとに表面の角度（傾斜角度と呼ぶ）
や、試料９４の表面の位置（以降高さと呼ぶ）が異なっ
ている。

【００１６】以上述べた問題点を解決する方法として、
例えば、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆｔｈｅ１１
ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅｏｎＳＩＭＳのＰ１００３に述べられている方
法では、試料ごとの傾斜角度を測定する方法が用いられ
ている。

【００１７】これは、図７（ｂ）に示すようにレーザを
試料表面に入射させて、図７（ｃ）に示すようにその反
射光の位置を測定しておく。次に、他の試料表面に移動
して、同様にレーザを照射させる。すると、試料表面の
傾斜角度の差を反映して、レーザ光の反射位置がずれる
ことになる。このずれから、傾斜角度を決定する（Θ：
２次イオンの軌道平面に対して垂直な軸に対する回転角
度、Φ：２次イオンの軌道平面内に軸に対する回転角度
とする）。つまり、基準の試料に対するそれぞれの試料
の傾斜角度が測定できることになる。

【００１８】測定時には、その傾斜角度を補正するよう
に試料ステージを回転させる。試料の高さは、この測定
法では測定できない。また、ステージの回転はそれぞれ
の試料の高さをも変化させる。したがって、試料ステー
ジの高さの調整を行ない、１次ビームを分析領域にまで
移動させる。以上のような手順で、相対感度係数の差、
スパッタリングレートの差を低減できている。

【００１９】しかし、この方法では、レーザの収束性や
その反射光の位置を写す位置、その変位を記録する精度
などを考慮すると、試料間での傾斜角度差を１００ｍｄ
ｅｇ以内に押さえるためには、その角度測定は、数十ｍ
ｄｅｇ程度の各試料の傾斜角度差の精度を必要とする
が、この測定を迅速に行うことは困難である。

【００２０】試料表面の傾斜角度を測定する方式では、
前に説明したように、表面プレートの撓みに起因する各
試料の高さの差を正確に測定する方法がないために、実
際に１次ビームを照射して、高さの調整を行なう手順が
必要であるという問題点がある。

【００２１】また、図６（ｂ）、図８（ｂ）に示すよう
にプレート端部の電界の歪みが窓枠中央部分にも影響し
てしまう。この場合には、１次イオンの軌道や２次イオ
ンの軌道は、試料の分析する位置を移動させると変動し
てしまうという問題点がある。２次イオンの軌道が変わ
ることは、相対感度係数が変わることを意味する。一
方、１次イオンの軌道が変わることで、試料表面に対す
る入射角度が、分析ごとにずれて、スパッタリングレー
トが変動するという問題がある。

【００２２】また、軌道の差でイオンのフォーカスの状
態が変わることでも、スパッタリングレートに影響を与
える。また、高さの差も、１次ビームの照射位置の移動
をもたらす。測定試料によっては、すべての試料で、ス
パッタリングレートを一定と考えて、スパッタリング時
間とスパッタリングレートの積をとることで、深さに変
換しているので、スパッタリングレートの試料ごとの変
化は大きな誤差要因になることがある。

【００２３】また、１次ビームの位置が移動すると、そ
の移動を補正するように１次ビームの位置を変更しなけ
ればならないが、試料ステージを移動させて測定試料を
自動的に変更する自動分析を行なう場合には、ビームの
位置の設定に時間がかかり、煩雑である。

【００２４】また、分析領域にビームを当てる訳にはい
かないので、その近傍で、ビーム位置を設定する場合が
あるが、この方法では、設定精度が高くなく、測定の信
頼性を低くする。

【００２５】一方、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆｔｈ
ｅ１１ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳＩＭＳのＰ７１９に述べら
れている方法では、高い精度で作製された試料ホルダを
用いることで高精度な測定を目指している。高い精度で
作製された試料ホルダの一例を図９に示す。図９は、従
来の一例に係る高精度試料ホルダであり、（ａ）は平面
図、（ｂ）はＺ−Ｚ’断面図である。この試料ホルダの
窓１０３は、横に長くなっている。セクタ型ＳＩＭＳで
は、２次イオンの軌道の横方向（質量分析方向）の軌道
の変化の影響の方が、イオンの透過率に対する影響が強
いため、従来の格子型の試料ホルダ（図８（ａ）参照）
から、スロット状の並列型の構造（図９（ａ）参照）と
することで、電界強度の均一化をねらったものである。
また、試料を保持するために、押圧部材１０７により試
料を表面プレートに押しつけるが、その際に生じる表面
プレートの撓みを防ぐために、表面プレート１０２にお
ける窓１０３と窓１０３の間の裏面に梁１０６を配設し
ている。試料１０５の取付けは、図９（ａ）に示すよう
に、試料片を横に並べて、隙間を空けないようにしてい
る。

【００２６】従って、分析領域が上下の枠から同じ距離
にある場合には、イオンの透過率が非常に均一になって
いる。（６試料で±１％程度）また、この方向は１次イ
オンの入射する方向にもなっており、１次イオンの軌道
が、広い範囲にわたって変化しないので、ビーム位置の
再設定の必要が無いという利点もある。

【００２７】しかし、試料の個数をさらに増やすと、こ
の精度は大きく低下する。これは、試料の大きさ（幅）
が小さいために、表面プレートの極わずかな撓みが、よ
り大きな傾斜角度になるためである。また、試料表面に
ついた傷やパーティクル等の影響なども傾斜角度の差と
なって現れる。さらに、試料を平坦な台に取り付ける方
法が用いられている場合もあるが、この場合でもやは
り、傾斜角度に数十ｍｄｅｇから２００ｍｄｅｇ程度の
差は避け難い。

【００２８】以上、解決すべき課題としては、以下の項
目にまとめることができる。第１に、試料ホルダの加工
精度をさらに良好にする必要がある。第２に、試料ごと
の傾斜角度や、高さを調整して、イオンの透過率、スパ
ッタリングレートやビーム位置をすべての試料に渡り、
一定に保つ必要がある。そのために、傾斜角度の差を、
数十ｍｄｅｇ程度まで高さの差を数μｍ程度以内まで、
正確、迅速に測定する必要がある。第３に、その測定に
際し、傾斜角度、高さの基準面を、試料の取り付け方
法、試料ホルダ間の加工精度に依存しないような方法、
つまり、試料ホルダ本体に基準となる面をとることが必
要である。第４に、試料毎にその傾斜角度や高さを調整
する機構が必要である。

【００２９】本発明の目的は、表面プレートの撓みを防
止するとともに、各試料の傾斜角度差を精度よくかつ迅
速に測定できる２次イオン質量分析装置用試料ホルダを
提供することである。また、試料毎にその傾斜角度や高
さを調整する機構をもつ２次イオン質量分析装置用試料
ホルダを提供することである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点にお
いては、２次イオン質量分析装置に使用される２次イオ
ン質量分析装置用試料ホルダにおいて、所定位置に所定
数の窓部を有する表面板と、前記表面板の裏面における
前記窓部の周囲の面に試料を押し付けて前記表面板に試
料を当接保持する押圧部材と、前記表面板の裏面に配設
されるとともに前記表面板の撓みを防止する梁部を有す
る本体と、を備え、前記表面板の裏面における前記窓部
の周囲の面は、前記梁部に近い位置に存在するととも
に、前記窓部の周囲の裏面側のエッジから前記梁部まで
の幅が狭いことを特徴とする。

【００３１】また、前記２次イオン質量分析装置用試料
ホルダにおいて、前記表面板の裏面における前記窓部の
周囲の面は、前記梁部から前記窓部の周囲の裏面側のエ
ッジに向かって表面側に傾斜していることが好ましい。

【００３２】また、前記２次イオン質量分析装置用試料
ホルダにおいて、前記窓部の周囲の裏面側のエッジを落
すことが好ましい。

【００３３】本発明の第２の視点においては、２次イオ
ン質量分析装置に使用される２次イオン質量分析装置用
試料ホルダにおいて、所定位置に所定数の窓部を有する
表面板と、前記表面板の裏面における前記窓部の周囲の
面に試料を押し付けて前記表面板に試料を当接保持する
押圧部材と、前記表面板の裏面に配設されるとともに前
記表面板の撓みを防止する梁部を有する本体と、を備
え、前記梁部ないし本体の一部は、前記窓部から露出す
ることを特徴とする。

【００３４】また、前記２次イオン質量分析装置用試料
ホルダにおいて、前記本体は、前記表面板の中央部分一
乃至数点のみで接する構造となっていることが好まし
い。

【００３５】また、前記２次イオン質量分析装置用試料
ホルダにおいて、前記窓部は、スロット状に並列するこ
とが好ましい。

【００３６】本発明の第３の視点においては、２次イオ
ン質量分析装置に使用される２次イオン質量分析装置用
試料ホルダにおいて、所定位置に窓部を有する表面板
と、前記表面板の裏面に配設されるとともに、前記窓部
の枠内の所定位置に所定数の試料がセットされ、各試料
ごとにその表面を前記表面板の表面側の面と等しい高さ
及び傾斜角度に調整する位置調整手段を有する台と、を
備えることを特徴とする。

【００３７】また、前記２次イオン質量分析装置用試料
ホルダにおいて、前記位置調整手段は、前記台の底面部
に螺合するとともに表面側に延在し、する所定数の第１
ネジと、前記第１ネジの表面側の先端部に支持されると
ともに、前記第１ネジによって高さが調整される台座
と、前記台座に螺合するとともに、前記台の底面部側に
延在し、先端部が前記台の底面部の表面に当接し、前記
台座の高さを調整する所定数の第２ネジと、を備えるこ
とが好ましい。

【００３８】また、前記２次イオン質量分析装置用試料
ホルダにおいて、前記試料と前記台座との間に、前記試
料を固定するとともに磁力により前記台座に固定される
試料固定台を有することが好ましい。

【００３９】また、前記２次イオン質量分析装置用試料
ホルダにおいて、前記２次イオン質量分析装置は、試料
の傾斜角度及び高さを測定する表面形状測定手段及び試
料の傾斜角度及び高さを調整する位置調整手段を備え、
前記表面板又は前記梁部ないし本体の表面を基準面とし
て前記表面形状測定手段によって試料の傾斜角度及び高
さが測定されるとともに、前記表面形状測定手段による
測定結果に基づいて前記位置調整手段により各試料ごと
に試料の表面の高さ及び傾斜角度が調整されることが好
ましい。

【００４０】また、前記２次イオン質量分析装置用試料
ホルダにおいて、前記表面形状測定手段は、レーザー変
位計であることが好ましい。

【００４１】本発明の第４の視点においては、２次イオ
ン質量分析装置用試料ホルダの位置調整方法において、
２次イオン質量分析装置に使用される２次イオン質量分
析装置用試料ホルダの所定の表面を基準面として、前記
２次イオン質量分析装置に備えられた表面形状測定手段
によって、前記ホルダの表面側に表面が現れるようにし
てセットされた各試料の傾斜角度及び高さを測定し、前
記表面形状測定手段による測定結果に基づいて、前記２
次イオン質量分析装置に備えられた位置調整手段によ
り、各試料ごとに試料の表面の高さ及び傾斜角度を調整
することを特徴とする。

【００４２】

【発明の実施の形態】所定位置に所定数の窓部を有する
表面板と、前記表面板の裏面における前記窓部の周囲の
面に試料を押し付けて前記表面板に試料を当接保持する
押圧部材と、前記表面板の裏面に配設されるとともに前
記表面板の撓みを防止する梁部を有する台と、を備える
２次イオン質量分析装置用試料ホルダにおいて、前記表
面板の裏面における前記窓部の周囲の面を前記梁部に近
い位置に配するとともに、前記窓部の周囲の裏面側のエ
ッジから前記梁部までの幅を狭くすることにより、表面
プレートの撓みを防止することができる。すなわち、力
学的に説明すれば、梁部を支点とし前記表面板と前記試
料との当接する面に応力が係っても、前記窓部の周囲の
裏面側のエッジから前記梁部までの幅が狭いので、表面
板の強度不足による撓みが小さく抑えられ、梁部の強度
によってより小さく抑えられるからである。

【００４３】２次イオン質量分析装置に使用される２次
イオン質量分析装置用試料ホルダにおいて、所定位置に
窓部を有する表面板と、前記表面板の裏面に配設される
とともに、前記窓部の枠内の所定位置に所定数の試料が
セットされ、各試料ごとにその表面を前記表面板の表面
側の面と等しい高さ及び傾斜角度に調整する位置調整手
段を有する台と、を備えることによって、試料間の高さ
や傾斜角度の差を無くすことが可能となるので、１次ビ
ームの入射角度の変動やビームポジションのシフトを抑
制することができる。また、試料の測定面と試料ホルダ
の表面の高さを同じにすることが可能となるので、１次
ビーム軌道への影響を抑制することができる。

【００４４】

【実施例】本発明の実施例１について説明する。図１
は、本発明の実施例１に係る２次イオン質量分析装置用
試料ホルダであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ’
面の断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’面の断面図、（ｄ）はパ
ターン１の断面拡大図、（ｅ）はパターン２の断面拡大
図、（ｆ）はパターン３の断面拡大図である。この２次
イオン質量分析装置用試料ホルダ１は、表面プレート２
と、押圧部材３と、ホルダ台４と、を備える。

【００４５】表面プレート２は、３つのスロット状の窓
部５を有し、横長にして並列する。押圧部材３は、ホル
ダ台４の枠内に存在する台１８上に配設されるととも
に、試料９を表面プレート２の裏面における窓部の周囲
部６に押し付けて試料９を表面プレート２に保持する。
ホルダ台４は、表面プレート２の裏側に配設されるとと
もに、表面プレート２の撓みを防止し表面プレート２の
裏面に配設される梁部７を有する。梁部７の一部は、窓
部から露出している（露出部８）。

【００４６】パターン１（図１（ｄ））の場合、表面プ
レート２と試料９とが当接する面１０は幅が狭く、窓部
の周囲の裏面側のエッジ１１は梁部７に近い位置に存在
する。パターン２（図１（ｅ））の場合、表面プレート
の裏面における窓部の周囲部６の面を梁部１３からエッ
ジ１４に向かって表面側に傾斜させることによって、試
料９と表面プレート１２との当接面を狭くしている。パ
ターン３（図１（ｆ））の場合、窓部の周囲の裏面側の
エッジ１８を落すことによって、試料９と表面プレート
１５との当接面を狭くしている。

【００４７】ホルダ台２の試料表面の基準面となる部分
（質量分析系に対向する面；露出部８）は高い精度で平
坦に加工形成する。その精度は、例えば、試料取付け面
の端から端まで（露出部８の両端）で、１μｍ程度の平
坦性を保っているように加工する。

【００４８】試料表面に接する領域を狭くすることで、
表面プレートの撓みは、試料の取り付け精度に与える影
響を低減することができる。また、試料表面に接する領
域が狭いと、試料表面上のゴミや傷が、表面プレートと
試料との間に挟まる確率を低くできる。さらに、支持す
る領域が狭いと、窓枠が広くとれるので、この点からも
分析精度や分析のスループットには有利である。なお、
試料の大きさをすべて均一にしておくと、支える領域が
狭くても問題はない。

【００４９】他の実施例として、前記表面プレートの形
状を、面取りを行うことなどの方法がある。また、他の
実施例として、試料をダイサーなどを用いてすべて同じ
大きさに、かつ、試料ホルダにちょうど収まるように切
断する場合には、図１（ｅ）、（ｆ）のように、試料表
面と接する表面プレートの領域が狭く、窓部の周囲の裏
面側のエッジとホルダ台の梁部との距離をできるだけに
近くすることで（すなわち、表面プレートが試料側に撓
まないようにすることで）、取り付け時のホルダ全体の
精度が高く保てる。

【００５０】次に、本発明の実施例２に係る２次イオン
質量分析装置用試料ホルダについて説明する。ここで
は、主に傾斜測定を簡易に行うホルダの構造と、それを
用いたＳＩＭＳ測定方法について説明する。図２は、本
発明の実施例２に係る２次イオン質量分析装置用試料ホ
ルダであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ’間
の断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ’間の断面図、（ｄ）はＣ−
Ｃ’間の表面形状、（ｅ）はＤ−Ｄ’間の表面形状であ
る。

【００５１】この試料ホルダ２１のホルダ台２３には、
試料２７を収納する収納部２４を有する。試料２７を取
り付ける表面側（表面プレートの裏面側）に、試料取付
時における表面プレートの撓みを防止する梁部２５（幅
３ｍｍ、厚さ２ｍｍ程度）が、図２（ａ）における縦方
向中央に形成されている。なお、表面プレート２２の窓
部２６と窓部２６の間の部分の裏面側について実施例１
と同様に横方向の梁部を有するものでもよい。

【００５２】ホルダ台２３の表面側は、試料表面の位
置、平坦度を決める重要な部分なので、この部分は鏡面
研磨されて、ホルダ全体にわたり、撓みが１μｍ以内に
なるように、平坦に加工されている。

【００５３】この表面プレートの窓部２６は、横長のス
ロットが３段で縦に並列しており、横幅はホルダ台２３
の内のりよりも広く、縦幅は３ｍｍ程度である。表面プ
レート２２のうちホルダ台２３に接する側（表面プレー
トの裏面側）は、本体との密着性を高くするために、鏡
面に研磨されている。

【００５４】また、スロットが並んでいる縦方向には、
表面プレートは一部に穴を空けてあり、下側のホルダ台
の一部が露出している（図示せず）。表面プレートと本
体はネジなどで、表面プレートが本体側に密着するよう
に固定されている（図示せず）。

【００５５】次に、本発明の実施例２に係る２次イオン
質量分析装置用試料ホルダにおける試料の傾斜角度の測
定方法について説明する。試料ホルダに試料を取り付け
てホルダ表面側（表面プレートの外面側）から見ると、
図２（ａ）のように、表面プレートの上下の外側に、ホ
ルダ台の上面部の上下側縁部が数ｍｍ程度露出している
（露出部２８、２９参照）。また、梁を縦方向に配設し
た場合には、スロット２６から梁２５が見えるようにな
っている。また、スロット２６の左右両端付近にも露出
部３０、３１が見える。

【００５６】したがって、試料の表面とこれらのホルダ
台の上面とは、基本的には同じ面内にあるはずではある
が、やはり、試料取付時の表面プレートの撓みや、加工
誤差により、試料間で１０ｍｄｅｇ以上の傾斜角度の差
が生じる。

【００５７】そこで、表面形状測定器やレーザ変位計を
用いて、スロット長手方向（Ｘ軸とする）及び短手方向
（Ｙ軸とする）の表面形状を測定する（図２（ｂ）及び
（ｃ）参照）。その形状は、前記測定結果に基づいて、
ホルダ台の上面が平坦になるようにレベリングする（レ
ベリング前の表面形状３２からレベリング後の表面形状
３３のようにレベリングする）。そして、Ｘ軸及びＹ軸
方向におけるそれぞれの試料の傾斜角度は、各試料の表
面形状から計算する。同時にその高さを求めることがで
きる。

【００５８】次に、本発明の実施例２に係る２次イオン
質量分析装置用試料ホルダの位置調整方法について説明
する。試料のＸ軸及びＹ軸方向のそれぞれの傾斜角度や
高さに基づいて、試料ホルダが取り付けられている試料
ステージの傾斜角度を、傾斜角度や高さを調整する位置
調整手段により、試料ごとに調整（つまり傾斜しないよ
うに）する。また、高さも同様に試料ごとに同じ値にな
るようにする。なお、図２では、中央部分の梁２５は、
表面板と接するような構造となっているが、これに限ら
ず、梁の、表面板に接して、表面板を固定する、一部の
領域以外は窪んでいるようにすることもできる。この構
造では、梁２５の部分にも試料がおけるので、一度に分
析できる試料数が多くできる利点がある。

【００５９】図３に２次イオン質量分析装置用試料ホル
ダの位置調整方法の概略図を示す。図３は、本発明の実
施例２に係る２次イオン質量分析装置用試料ホルダの位
置調整方法を示した概略図であり、（ａ）は右側の試料
の測定時、（ｂ）は中間の試料の測定時、（ｃ）は左側
の試料の測定時である。（ａ）から（ｂ）へ変更する
際、表面形状測定器の試料のＸ軸及びＹ軸方向のそれぞ
れの傾斜角度や高さに基づいて、試料ホルダは、横の移
動方向４２及び回動方向４３に調整を行って中間の試料
にを質量分析できる状態になる。（ｂ）から（ｃ）へ変
更する際、表面形状測定器の試料のＸ軸及びＹ軸方向の
それぞれの傾斜角度や高さに基づいて、位置調整手段に
より試料ホルダを横の移動方向４２、縦の移動方向４４
及び回動方向４３に調整を行って、中間の試料について
質量分析できる状態になる。

【００６０】図４は、本発明の実施例３における試料の
傾斜角度及び高さの測定方法に関するものであり、
（ａ）は従来の一例に係る２次イオン質量分析装置用試
料ホルダの平面図、ｂ）はＥ−Ｅ’間の断面図、（ｃ）
はＥ−Ｅ’間の表面形状である。この試料ホルダ５１
は、従来より、多数の試料５４を同時に分析し、かつ、
取り付け精度を高くする方法として知られており、平坦
な台５３に枠５２を有し、この枠５２内に試料５４を張
り付けるタイプのホルダである。

【００６１】この試料ホルダ５１について本発明の傾斜
角度及び高さの測定方法を応用する場合には、その基準
面を枠５２の上面とすればよい。この枠５２の上面を基
準面として試料の表面形状を測定する（図３（ｂ）参
照）。その形状は、枠が平坦になるようにレベリングし
（レベリング前の表面形状５５からレベリング後の表面
形状５６へ）、Ｘ軸及びＹ軸方向におけるそれぞれの試
料の傾斜角度及び高さを各試料の表面形状から計算す
る。その高さに基づいて、試料ホルダが取り付けられて
いる試料ステージの傾斜角度を、試料ごとに位置調整
（つまり傾斜しないように）する。また、高さも同様に
試料ごとに同じ値になるようにする。

【００６２】次に、本発明の一実施例に係る個々の試料
の傾斜補正を行うホルダの構造について説明する。図５
は、本発明の実施例４に係る２次イオン質量分析装置用
試料ホルダであり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその
一部分の斜視図、（ｃ）はＦ−Ｆ’間の分解断面図であ
る。

【００６３】図５（ａ）は、試料ホルダ６１に試料６２
を装着した状態を示したものである。各試料表面と試料
ホルダのフロントプレート６３表面の高さが等しく、ま
た各試料の傾斜角度を等しくして、完全にフラットな状
態にすることが可能である。フロントプレート６３は鏡
面研磨され、ホルダ全体にわたり１μｍ以下の精度で平
坦に加工されている。図５（ｂ）は、試料装着部分であ
り、各試料６２にそれぞれ独立した試料固定台６４を設
けることにより構成されている。各試料固定台６４にそ
れぞれ試料６２を貼りつけ、図５（ｃ）に示すようにス
テージ６７にマグネット（図示せず）で固定する。ステ
ージ６７には傾斜角度調整ネジ６８を設け、試料貼りつ
け時に生じた試料の傾斜角度を補正できるようになって
いる。ホルダ台部６５に螺合された高さ調整ネジ６６に
より、試料表面の高さを自由に調整できるような構成と
なっている。表面段差計などでモニターしながら、各試
料の表面がフロントプレート表面に対してフラットにな
るように調整する。

【００６４】以上のような構造とすることにより、各試
料間の高さや傾斜角度の差を無くすことが可能となるの
で、１次ビームの入射角度の変動やビームポジションの
シフトを抑制することができる。したがって、測定時の
スパッタレート、２次イオン透過率の変動を無視できる
ため、極めて高精度な測定を行うことが可能となり、ま
た、高スループットで自動測定を行うことが可能とな
る。更に、試料の測定面と試料ホルダの表面の高さを同
じにすることにより、１次ビーム軌道への影響を抑制す
ることができ、例えば、試料の厚さが異なる場合でも、
同時に測定することが可能となる。

【００６５】なお、本実施例では、試料固定台を試料ホ
ルダ本体に装着する方法としてマグネットを用いると記
載したが、これに制限されるものではない。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、試料と表面プレートと
の当接する領域を狭くすることで、表面プレートの撓み
が、試料の取り付け精度に与える影響を低減することが
できる。また、試料の表面に付着するゴミや傷が、表面
プレートと試料との間に挟まる確率を低くできる。支え
る領域が狭いと、窓枠が広くとれるので、この点から
も、分析精度や分析のスループットには有利である。

【００６７】また、本発明によれば、試料間の高さや傾
斜角度の差を無くすことが可能となるので、１次ビーム
の入射角度の変動やビームポジションのシフトを抑制す
ることができる。したがって、測定時のスパッタレー
ト、２次イオン透過率の変動を無視できるため、極めて
高精度な測定を行うことが可能となり、また、高スルー
プットで自動測定を行うことが可能となる。

【００６８】さらに、試料の測定面と試料ホルダの表面
の高さを同じにすることにより、１次ビーム軌道への影
響を抑制することができ、膜厚が異なる試料でも同時に
測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る２次イオン質量分析装
置用試料ホルダであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−
Ａ’面の断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’面の断面図、（ｄ）
はパターン１の断面拡大図、（ｅ）はパターン２の断面
拡大図、（ｆ）はパターン３の断面拡大図である。

【図２】本発明の実施例２に係る２次イオン質量分析装
置用試料ホルダであり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は
Ｃ−Ｃ’間の断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ’間の断面図、
（ｄ）はＣ−Ｃ’間の表面形状、（ｅ）はＤ−Ｄ’間の
表面形状である。

【図３】本発明の実施例２に係る２次イオン質量分析装
置用試料ホルダの位置調整方法を示した概略図であり、
（ａ）は右側の試料の測定時、（ｂ）は中間の試料の測
定時、（ｃ）は左側の試料の測定時である。

【図４】本発明の実施例３における試料の傾斜角度及び
高さの測定方法に関するものであり、（ａ）は従来の一
例に係る２次イオン質量分析装置用試料ホルダの平面
図、ｂ）はＥ−Ｅ’間の断面図、（ｃ）はＥ−Ｅ’間の
表面形状である。

【図５】本発明の実施例４に係る２次イオン質量分析装
置用試料ホルダであり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は
その一部分の斜視図、（ｃ）はＦ−Ｆ’間の断面図であ
る。

【図６】従来の一例に係るセクタ型ＳＩＭＳの構造図で
あり、（ａ）は全体図、（ｂ）は試料付近の拡大図であ
る。

【図７】従来の一例に係る２次イオン質量分析装置用試
料ホルダであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＸ−Ｘ’間
の断面図、（ｃ）試料上のレーザー光の反射位置であ
る。

【図８】従来の一例に係る２次イオン質量分析装置用試
料ホルダであり、（ａ）平面図、（ｂ）はＹ−Ｙ’間の
断面図である。

【図９】従来の一例に係る高精度試料ホルダであり、
（ａ）は平面図、（ｂ）はＺ−Ｚ’断面図である。

【符号の説明】

１２次イオン質量分析装置用試料ホルダ２、１２、１５表面プレート３押圧部材４ホルダ台５窓部６窓部の周囲部７、１３、１６梁部８露出部９試料１０当接面１１、１４、１７エッジ１８台２１試料ホルダ２２表面プレート２３ホルダ台２４収納部２５梁部２６窓部（スロット）２７試料２８、２９、３０、３１露出部３２レベリング前の表面形状３３レベリング後の表面形状３４押圧部材３５台４１一次イオンビーム４２移動方向（横）４３回動方向４４移動方向（縦）４５試料ホルダ４６試料４７引出し電極４８押圧部材４９台５０窓部５１試料ホルダ５２枠５３台５４試料５５レベリング前の表面形状５６レベリング後の表面形状６１試料ホルダ６２試料６３フロントプレート６４試料固定台６５ホルダ台部６６高さ調整ネジ６７ステージ６８傾斜角度調整ネジ６９枠７０ばね７１セクタ型ＳＩＭＳ７２イオン源７３１次イオン収束用レンズ７４試料ステージ７５引出し電極７６イマージョンレンズ７７トランスファーレンズ７８コントラストダイヤグラム７９フィールドアパーチャ８０静電型エネルギー分析器（静電型エネルギー分析
系）８１エネルギースリット８２質量分析用マグネット（質量分析系）８３プロジェクタレンズ８４ファラデーカップ８５イオン計数管８６イオン像観察用スクリーン８７試料ホルダ８８試料８９等電位面９０一次イオン９１試料ホルダー９２表面プレート９３窓９４試料９５押圧部材９６枠９７台９８等電位面９９一次イオン１００二次イオン１０１試料ホルダ１０２表面プレート１０３窓１０４枠１０５試料１０６梁１０７押圧部材１０８台１０９一次イオン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G001 AA05 AA07 BA06 CA05 GA08 GA13 JA08 KA01 PA11 PA12 QA02 QA10 RA01 5C001 AA01 AA03 AA04 CC05 5C033 QQ05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次イオン質量分析装置に使用される２次
イオン質量分析装置用試料ホルダにおいて、所定位置に所定数の窓部を有する表面板と、前記表面板の裏面における前記窓部の周囲の面に試料を
押し付けて前記表面板に試料を当接保持する押圧部材
と、前記表面板の裏面に配設されるとともに前記表面板の撓
みを防止する梁部を有する本体と、を備え、前記表面板の裏面における前記窓部の周囲の面は、前記
梁部に近い位置に存在するとともに、前記窓部の周囲の
裏面側のエッジから前記梁部までの幅が狭いことを特徴
とする２次イオン質量分析装置用試料ホルダ。
【請求項２】前記表面板の裏面における前記窓部の周囲
の面は、前記梁部から前記窓部の周囲の裏面側のエッジ
に向かって表面側に傾斜していることを特徴とする請求
項１記載の２次イオン質量分析装置用試料ホルダ。
【請求項３】前記窓部の周囲の裏面側のエッジを落すこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の２次イオン質量分
析装置用試料ホルダ。
【請求項４】２次イオン質量分析装置に使用される２次
イオン質量分析装置用試料ホルダにおいて、所定位置に所定数の窓部を有する表面板と、前記表面板の裏面における前記窓部の周囲の面に試料を
押し付けて前記表面板に試料を当接保持する押圧部材
と、前記表面板の裏面に配設されるとともに前記表面板の撓
みを防止する梁部を有する本体と、を備え、前記梁部ないし本体の一部は、前記窓部から露出するこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の２
次イオン質量分析装置用試料ホルダ。
【請求項５】前記本体は、前記表面板の中央部分一乃至
数点のみで接する構造となっていることを特徴とする請
求項１乃至４のいずれか一に記載の２次イオン質量分析
装置用試料ホルダ。
【請求項６】前記窓部は、スロット状に並列することを
特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の２次イ
オン質量分析装置用試料ホルダ。
【請求項７】２次イオン質量分析装置に使用される２次
イオン質量分析装置用試料ホルダにおいて、所定位置に窓部を有する表面板と、前記表面板の裏面に配設されるとともに、前記窓部の枠
内の所定位置に所定数の試料がセットされ、各試料ごと
にその表面を前記表面板の表面側の面と等しい高さ・傾
斜角度に調整する位置調整手段を有する台と、を備える
ことを特徴とする２次イオン質量分析装置用試料ホル
ダ。
【請求項８】前記位置調整手段は、前記台の底面部に螺
合するとともに表面側に延在する所定数の第１ネジと、前記第１ネジの表面側の先端部に支持されるとともに、
前記第１ネジによって高さが調整される台座と、前記台座に螺合するとともに、前記台の底面部側に延在
し、先端部が前記台の底面部の表面に当接し、前記台座
の傾斜角度を調整する所定数の第２ネジと、を備えるこ
とを特徴とする請求項７記載の２次イオン質量分析装置
用試料ホルダ。
【請求項９】前記試料と前記台座との間に、前記試料を
固定するとともに磁力により前記台座に固定される試料
固定台を有することを特徴とする請求項８記載の２次イ
オン質量分析装置用試料ホルダ。
【請求項１０】前記２次イオン質量分析装置は、試料の
傾斜角度及び高さを測定する表面形状測定手段及び試料
の傾斜角度及び高さを調整する位置調整手段を備え、前
記表面板又は前記梁部ないし本体の表面を基準面として
前記表面形状測定手段によって試料の傾斜角度及び高さ
が測定されるとともに、前記表面形状測定手段による測
定結果に基づいて前記位置調整手段により各試料ごとに
試料の表面の高さ及び傾斜角度が調整されることを特徴
とする請求項１乃至９のいずれか一に記載の２次イオン
質量分析装置用試料ホルダ。
【請求項１１】前記表面形状測定手段は、レーザー変位
計であることを特徴とする請求項１０記載の２次イオン
質量分析装置用試料ホルダ。
【請求項１２】２次イオン質量分析装置に使用される２
次イオン質量分析装置用試料ホルダの所定の表面を基準
面として、前記２次イオン質量分析装置に備えられた表
面形状測定手段によって、前記ホルダの表面側に表面が
現れるようにしてセットされた各試料の傾斜角度及び高
さを測定し、前記表面形状測定手段による測定結果に基づいて、前記
２次イオン質量分析装置に備えられた位置調整手段によ
り、各試料ごとに試料の表面の高さ及び傾斜角度を調整
することを特徴とする２次イオン質量分析装置用試料ホ
ルダの位置調整方法。