JP2011122988A - 分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な試料を扱う分析においても、装置周囲に付着した不純物の影響を排除し、精度のよい分析を行うことができる分析方法を提供する。
【解決手段】試料ホルダーを備えた真空チャンバー内の固体試料配置部１５に測定すべき固体試料１６を配置し、該固体試料をスパッタリングして固体試料１６の構成成分を元素分析する分析方法において、測定すべき固体試料１６に含まれる元素以外の成分からなるターゲット材を前記真空チャンバー内に配置し、前記真空チャンバーの内壁であって前記固体試料載置部１５の近傍の領域に前記ターゲット材のスパッタリングによる被膜を形成した後、前記固体試料載置部１５に前記固体試料１６を配置して前記元素分析を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体試料に一次イオン等を照射することにより固体試料をスパッタリングして、固体試料から放出された元素を分析する分析方法に関する。

固体試料をスパッタリングして、固体試料から放出された元素を分析する分析方法の一つとして、例えば二次イオン質量分析方法がある。

二次イオン質量分析方法は、試料に一次イオンと言われるイオンビームを照射し、試料から放出される二次イオンを質量分析して試料の構成成分の元素を分析する方法である。一次イオンで試料を掘り進ませることにより、深さ方向の元素の分布状態も把握できる。二次イオン質量分析方法に用いられる分析装置は、その方式によって分類され、その代表的なものとして磁場型質量分析装置、四重極質量分析装置、飛行時間型質量分析装置等がある。

図３は、標準的な磁場型二次イオン質量分析装置の概略構成図である。本装置では、一次イオン源１，２から発生した一次イオン３が、図示しないレンズ系によって細いビームへと絞られ、試料室４の、試料載置部５に載置された試料６に照射される。そして、一次イオンが照射されたことによって試料６から発生した二次イオン７を質量分離装置８を通して分離したのち検出器９に送って検出することによって試料６の元素分析が行われる。なお、試料室４の内部は、ビームを通すために、使用時は排気装置によって真空に保持されている。

ところで、試料６に一次イオンを照射して元素分析を行う際、試料６には加速電圧がかけられており、発生した二次イオンの大部分は検出器９に向かうが、一部の二次イオンや中性粒子は周辺の装置壁面やレンズカバー等に衝突し、その場に付着する。試料６の周囲に付着した二次イオンや中性粒子は、試料に照射された一次イオンの広がりや、二次イオンのエネルギーにより脱離して検出器９に入り込み、分析の際に妨害イオンとなることもある。また、多様な試料を扱う場合においては、先の試料のマトリックス元素が次の試料の分析対象元素である場合もあり、その際は先の測定で付着したマトリックス元素のイオンが次の測定の検出下限を悪化させる恐れがある。

このような問題を解決するにあたり、下記特許文献１には、測定試料の所定箇所の周辺を、被測定元素と異なる元素で構成され被測定元素イオンと同一もしくは近接した質量電荷比の多重イオンを発生する恐れが試料の所定箇所より少ない導電性膜で被覆した後に、一次イオンビームを所定箇所に照射して、二次イオン質量分析を行うことが開示されている。

特開平８−４５４６３号公報

しかしながら、引用文献１に開示された方法であっても、試料に一次イオンを照射して元素分析を行う際、試料から発生した二次イオンの一部が、装置壁面等に衝突してその場に付着することがあった。このため、前回の分析時に試料から放出されて壁面に付着していたイオンを、次の元素分析時に検出してしまうことがあり、検出精度を充分に向上できなかった。

したがって、本発明の目的は、多様な試料を扱う分析においても、装置周囲に付着した不純物の影響を排除し、精度のよい分析を効率よく行うことができる分析方法を提供することにある。

上記目的を達成するにあたり、本発明の分析方法は、試料ホルダーを備えた真空チャンバー内の固体試料配置部に測定すべき固体試料を配置し、該固体試料をスパッタリングして固体試料の構成成分を元素分析する分析方法において、測定すべき固体試料に含まれる元素以外の成分からなるターゲット材を前記真空チャンバー内に配置し、前記真空チャンバーの内壁であって前記固体試料載置部の近傍の領域に前記ターゲット材のスパッタリングによる被膜を形成した後、前記固体試料載置部に前記固体試料を配置して前記元素分析を行うことを特徴とする。

本発明の分析方法は、固体試料に一次イオンを照射して、該固体試料から放出される二次イオンを質量分離し、固体試料の構成成分を元素分析する二次イオン質量分析方法であって、前記スパッタリングによる被膜の形成箇所は、一次イオン及び二次イオンの進行方向周辺とすることが好ましい。

本発明の分析方法は、前記真空チャンバー内に、測定すべき固体試料に含まれる元素以外の成分からなるイオン化した不活性ガスを導入して前記ターゲット材のスパッタリングを行うことが好ましい。

本発明によれば、固体試料に一次イオン等を照射し、固体試料をスパッタリングして元素分析を行う前に、真空チャンバーの内壁であって固体試料載置部の近傍の領域に、固体試料に含まれる元素以外の成分からなるターゲット材のスパッタリングによる被膜を形成するので、固体試料の元素分析時に、装置壁面等に付着していたイオンによって、検出すべきイオンの検出が妨害されることがない。このため、検出下限をより向上でき、より精度のよい分析を行うことができる。

本発明の二次イオン質量分析に用いる分析装置の概略構成図である。 Ａｌ板を二次イオン質量分析を行った際の深さ方向分布図である。 従来の二次イオン質量分析に用いる分析装置の概略構成図である。

本発明の分析方法は、固体試料をスパッタリングして、固体試料から放出された元素を分析する分析方法であればいずれの分析方法であっても適用できる。例えば、二次イオン質量分析方法、オージェ電子分光分析方法、Ｘ線光電子分光分析方法などにも利用できる。以下、本発明の分析方法について、二次イオン質量分析方法を一例に挙げて説明する。

まず、二次イオン質量分析方法に用いる磁場型二次イオン質量分析装置について説明する。

図１に示すように、この分析装置１０は、一次イオン源１１，１２から発生した一次イオン１３が、図示しないレンズ系によって細いビームへと絞られ、試料室１４の、試料配置部１５に配置された試料１６に照射される。そして、一次イオンが照射されたことによって試料１６から発生した二次イオン１７が、質量分離装置１８を通して分離したのち検出器１９に送って検出することによって試料１６の元素分析が行われる。また、この分析装置の試料室１４には、スパッタリング用のイオン発生源であるイオン銃２０が配置されている。

次に、この分析装置を用いた、本発明の分析方法について説明する。

まず、試料配置部１５に、測定すべき固体試料に含まれる元素以外の成分からなるターゲット材を配置する。ターゲット材としては、例えばシリコンウエハ等が挙げられる。

そして、試料室１４内を、５×１０^−５Ｐａ以下まで真空引きした後、測定すべき固体試料に含まれる元素以外の成分からなる不活性ガスを導入する。そして、イオン銃２０から元素以外の成分からなるイオン化した不活性ガスをターゲット材に照射してスパッタリングを行い、試料室１４の内壁であって試料配置部１５の近傍の領域に、ターゲット材のスパッタリングによる被膜を形成する。

上記イオン化した不活性ガスとしては、特に限定はない。例えば、アルゴン、ヘリウム、クリプトン等が一例として挙げられる。

上記スパッタリングは、一次イオン、二次イオンの進行方向周辺が被膜形成されるように行うことが好ましい。

また、被膜の膜厚は、１００ｎｍ以上となるようにスパッタリングを行うことが好ましい。膜厚が１００ｎｍ未満であると、十分な効果が得られないことがある。

次に、試料配置部１５の近傍の領域を、ターゲット材のスパッタリングによる被膜を形成したのち、試料配置部１５に測定すべき固体試料１６を配置し、固体試料１６の表面に一次イオン１３を照射して、二次イオンを発生させて元素分析を行う。

本発明によれば、固体試料１６に一次イオンを照射して元素分析を行う前に、試料室１４の内壁であって試料配置部１５の近傍の領域に、ターゲット材のスパッタリングによる被膜を形成するので、元素分析時に、装置壁面等に付着していたイオンによって、検出すべきイオンの検出が妨害されることがない。このため、検出下限の感度をより向上でき、より精度のよい分析を行うことができる。

なお、この実施形態では、ターゲット材をスパッタリングする際、イオン銃２０から、イオン化した不活性ガスを照射して行ったが、一次イオン源１１，１２から発生した一次イオン１３を照射してスパッタリングを行ってもよい。ただし、イオン化した不活性ガスを照射してスパッタリングを行う方が、試料室１４の内壁を被覆するのに要する時間を短縮できる。

また、ターゲット材のスパッタリングの頻度は、異なる種類の固体試料を測定する際に行ってもよく、測定試料毎に行ってもよい。検出精度を向上させるためには、測定試料毎に行うことが好ましい。

また、装置内壁に形成されたターゲット材からなる被膜は、装置のメンテナンス時に剥離すればよく、スパッタリングを行う前にその都度剥離する必要は特にない。

（実施例）
図１に示す二次イオン質量分析装置を用いて、Ｓｉ基板中にＡｌをイオン注入した固体試料中のＡｌ濃度分布を測定した。
まず、試料配置部１５にＡｌ板を設置し、一次イオン３として酸素（Ｏ_２ ^＋）を用い、一次加速エネルギー１５ｋｅＶ、一次電流３００ｎＡの条件でＡｌ板に一次イオン３を３時間照射し、二次イオンを発生させた。
次に、試料配置部１５からＡｌ板を取り出すと共に、試料配置部１５にターゲット材としてシリコンウエハを設置し、イオン銃２０からアルゴンガスイオンを照射して１時間スパッタリングを行った。
その後、試料室１４からアルゴンガスを排気し、試料配置部１５にターゲット材を取り除いた。そして、試料室１４内の真空度が１０^−８Ｐａ程度になるまで真空引きを行った後に、上記固体試料を試料配置部１５に設置し、一次イオンビーム３として酸素（Ｏ_２ ^＋）を用い、一次加速エネルギー１５ｋｅＶ、一次電流３００ｎＡの条件で固体試料に一次イオン３を照射し、二次イオンを発生させ、発生した二次イオンを検出器で検出して固体試料のＡｌ濃度分布を測定した。

（比較例）
実施例において、Ａｌ板に一次イオン３を３時間照射して、二次イオンを発生させた後、試料配置部１５からＡｌ板を取り出すと共に、試料配置部１５に固体試料を設置して、固体試料に一次イオン３を照射した以外は、実施例と同様にして固体試料のＡｌ濃度分布を測定した。

上記結果を図２に記す。図２から明らかなように、固体試料に一次イオンを照射して元素分析を行う前に、試料室１４の内壁であって試料載置部１５の近傍の領域を、ターゲット材のスパッタリングによる被膜を形成することで、より精度のよい分析を行うことができた。

１，２，１１，１２：一次イオン源
３，１３：一次イオン
４，１４：試料室
５，１５：試料載置部
６，１６：試料
７，１７：二次イオン
８，１８：質量分離装置
９，１９：検出器
２０：イオン銃

Claims (3)

1. 試料ホルダーを備えた真空チャンバー内の固体試料配置部に測定すべき固体試料を配置し、該固体試料をスパッタリングして固体試料の構成成分を元素分析する分析方法において、
   測定すべき固体試料に含まれる元素以外の成分からなるターゲット材を前記真空チャンバー内に配置し、前記真空チャンバーの内壁であって前記固体試料載置部の近傍の領域に前記ターゲット材のスパッタリングによる被膜を形成した後、前記固体試料載置部に前記固体試料を配置して前記元素分析を行うことを特徴とする分析方法。
2. 前記分析方法が、固体試料に一次イオンを照射して、該固体試料から放出される二次イオンを質量分離し、固体試料の構成成分を元素分析する二次イオン質量分析方法であって、前記スパッタリングによる被膜の形成箇所は、一次イオン及び二次イオンの進行方向周辺とする、請求項１に記載の分析方法
3. 前記真空チャンバー内に、測定すべき固体試料に含まれる元素以外の成分からなるイオン化した不活性ガスを導入して前記ターゲット材のスパッタリングを行う、請求項１又は２に記載の分析方法。