JP4777006B2 - Three-dimensional fine region elemental analysis method - Google Patents

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Description

本発明は3次元微細領域元素分析方法に関するものであり、特に、金属材料や半導体材料、或いは半導体素子や磁気記録媒体・ヘッド等電子デバイスを1層ずつ制御された状態で高空間分解能で元素分析するための構成に特徴のある3次元微細領域元素分析方法に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional fine region elemental analysis method, elemental particular, a metal material or a semiconductor material, or an electronic device such as semiconductor devices and magnetic recording medium head with high spatial resolution in a state controlled by one layer the structure for analyzing those concerning the three-dimensional fine region elemental analysis method with features.

従来、微細領域の元素分析にはX線光電子分光(XPS)法、オージェ電子分光(AES)法、二次イオン質量分析(SIMS)法または二次中性粒子質量分析(SNMS)法、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)法、透過型電子顕微鏡(TEM)とX線分析(EDX)法或いは電子線損失分光(EELS)法の組み合わせ、アトムプローブ(AP)法等が用いられており、XPS法、AES法、EPMA法の場合、試料深さ方向の分析はイオンエッチングとの併用で行なっている。   Conventionally, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) method, Auger electron spectroscopy (AES) method, secondary ion mass spectrometry (SIMS) method or secondary neutral particle mass spectrometry (SNMS) method, electron probe for elemental analysis of fine regions A combination of a microanalyzer (EPMA) method, a transmission electron microscope (TEM) and an X-ray analysis (EDX) method or an electron beam loss spectroscopy (EELS) method, an atom probe (AP) method, etc. are used. In the case of the AES method and EPMA method, analysis in the sample depth direction is performed in combination with ion etching.

この内、アトムプローブ法においては、0.2mm以下の直径の細線試料を先端の曲率半径が100nm程度以下の先鋭な針状として、試料に正の高電圧を加えて、先端に発生する強電界によって先端近傍の原子を電界蒸発させ、飛行時間法によって放出された原子あるいはクラスタの質量分析を行っている(例えば、特許文献1或いは特許文献2参照)。   Among these, in the atom probe method, a thin electric wire sample having a diameter of 0.2 mm or less is made into a sharp needle shape with a radius of curvature of the tip of about 100 nm or less, and a positive high voltage is applied to the sample to generate a strong electric field generated at the tip. The atoms near the tip are subjected to field evaporation to perform mass analysis of atoms or clusters emitted by the time-of-flight method (see, for example, Patent Document 1 or Patent Document 2).

このアトムプローブ法では、理想的には試料は表面から順に一原子ずつ電界蒸発していくため、検出された元素量の分析時間に対する変化をみることによって試料の深さ方向の元素分布を知ることができる。   In this atom probe method, ideally, the sample is field-evaporated one atom at a time from the surface, so the element distribution in the depth direction of the sample can be known by looking at the change in the amount of detected element with respect to the analysis time. Can do.

図22参照
図22は、試料面内の空間分解ができるように改良した3次元アトムプローブ(3DAP)法の原理の説明図であり、位置敏感検出器92を用いて針状試料91の先端から放射状に飛散するイオン93の空間分布を計測する。
この場合、位置敏感検出器92上での位置は針状試料91の表面を拡大投影したものになっているため、針状試料91の表面のどの位置から飛来した原子かが分かり、この2次元情報と古典的なアトムプローブの深さ情報から3次元的な元素分布を得ることができる。
以下、3次元アトムプローブ法も含めて単にアトムプローブと呼称する。
FIG. 22 is an explanatory diagram of the principle of the three-dimensional atom probe (3DAP) method improved so that spatial decomposition in the sample surface can be performed. From the tip of the needle-shaped sample 91 using the position sensitive detector 92, FIG. The spatial distribution of the ions 93 scattered radially is measured.
In this case, since the position on the position sensitive detector 92 is an enlarged projection of the surface of the needle-shaped sample 91, it is possible to know from which position on the surface of the needle-shaped sample 91 the atom has come. A three-dimensional element distribution can be obtained from the information and the depth information of the classic atom probe.
Hereinafter, the three-dimensional atom probe method is simply referred to as an atom probe.

上述の各種の分析方法において、3DAP及び深さ方向の分析ができないTEMを利用する方法を除くと、面内分解能は最も優れているAESでも10nm程度である。
一方、深さ分解能は最も優れているSIMSでも0.5〜1nm程度(数原子層)である。
In the various analysis methods described above, except for the method using 3DAP and TEM that cannot analyze in the depth direction, the in-plane resolution is about 10 nm even with the best AES.
On the other hand, the depth resolution is about 0.5 to 1 nm (several atomic layers) even in the most excellent SIMS.

また、3DAP法は、上述のように原理的には面内・深さ両方向で原子分解能が得られるが、針状試料が必要であり、現状ではデバイス一般の分析は困難である。   In addition, the 3DAP method can obtain atomic resolution in both in-plane and depth directions in principle as described above, but requires a needle-like sample, and currently it is difficult to analyze a general device.

また、一般的な形状の試料の微細領域元素分析が可能な分析法の中で最も深さ分解能に優れているSIMS法でも、原子層分解能を達成することは困難である。
これは、SIMS法が試料に加速したイオンを衝突させて、イオンの運動量を試料原子に移行させることにより試料表面原子の結合を切って表面から脱離させて分析する手法であるため、カスケードに衝突が起こって試料表面から数層に渡って原子配列が乱れがちであることが大きい。
In addition, it is difficult to achieve atomic layer resolution even with the SIMS method, which has the best depth resolution among the analytical methods capable of fine region elemental analysis of samples having a general shape.
This is a method in which the SIMS method collides accelerated ions with a sample and transfers the momentum of the ions to the sample atoms to break the bond of the sample surface atoms and desorb them from the surface. In many cases, collisions tend to disturb the atomic arrangement over several layers from the sample surface.

そこで、この問題を解決するために、反応性ガスと非反応性のバッファガスとを含んでいるガス混合物を試料表面に密接させ、試料表面上のある部位にプローブビームをあてて、プローブビームとガス混合物とサンプル表面との間の相互作用により試料をエッチングする方法が考案されている(例えば、特許文献3参照)。   In order to solve this problem, a gas mixture containing a reactive gas and a non-reactive buffer gas is brought into close contact with the sample surface, a probe beam is applied to a certain part on the sample surface, A method of etching a sample by interaction between a gas mixture and a sample surface has been devised (see, for example, Patent Document 3).

この提案においては、所定部位から生じるエッチング生成物はレーザビームを用いることによりイオン化され、質量分析計に向かって加速させて質量分析を行なう。
これは、飛行時間型のSIMS法或いはSNMS法において、試料構成原子の脱離を物理的な衝撃ではなく化学的なエッチングを用いて行なうことに相当する。
In this proposal, an etching product generated from a predetermined site is ionized by using a laser beam, and is accelerated toward a mass spectrometer for mass analysis.
This corresponds to performing desorption of sample constituent atoms using chemical etching instead of physical impact in the time-of-flight SIMS method or SNMS method.

この場合、プローブビームとして低エネルギの電子ビームを用いることにより試料構造の破壊を防ぎ、また電子ビームを収束することによって試料面内の空間分解能を高めることができる。   In this case, the sample structure can be prevented from being destroyed by using a low-energy electron beam as the probe beam, and the spatial resolution in the sample surface can be increased by converging the electron beam.

この場合のエッチング生成物脱離機構は、反応性ガスがプローブビームによって解離し、同時に試料表面原子が電子ビームによって励起されて、この両者が化合して揮発性の反応生成物が生じるという原理に基づいている。
特開平09−152410号公報 特開平05−152410号公報 特開2003−194748号公報
The etching product desorption mechanism in this case is based on the principle that the reactive gas is dissociated by the probe beam, and at the same time, the sample surface atoms are excited by the electron beam, and both combine to produce a volatile reaction product. Is based.
JP 09-152410 A JP 05-152410 A JP 2003-194748 A

しかし、上述のアトムプローブ法においては、試料を電界蒸発させるために必要な電圧は試料先端の曲率半径に依存して大きくなるため、
(1)極端に先鋭な先端を持つ試料が必要となるという問題があった。
However, in the above-described atom probe method, the voltage required for field evaporation of the sample increases depending on the curvature radius of the sample tip,
(1) There is a problem that a sample having an extremely sharp tip is required.

また、飛行時間法を用いるためには電界蒸発をパルス的に行なわなければならないが、そのために、
(2)試料に印加する電界蒸発用の高電圧を高速でオン―オフしなければならないという問題もある。
In addition, in order to use the time-of-flight method, the field evaporation must be performed in a pulsed manner.
(2) There is also a problem that the high voltage for field evaporation applied to the sample must be turned on and off at high speed.

さらに、理想的には、試料は1原子層ずつ電界蒸発すると考えられるが、
(3)実際にはクラスターとして蒸発するものが多いという問題があり、加えて、
(4)電界蒸発のし易さが異なる元素が混在した試料においては電界蒸発し易い元素が先に蒸発してしまう場合があるという問題がある。
Furthermore, ideally, the sample is considered to be field evaporated one atomic layer at a time,
(3) There is a problem that there are many things that actually evaporate as clusters.
(4) In a sample in which elements having different easiness of electric field evaporation are mixed, there is a problem that an element that easily evaporates may evaporate first.

また、上述の特許文献3の場合には、ガス混合物の供給時間制御は行なわれていないため、プローブビームによって反応生成物が脱離した後の新たな表面にもガス混合物は同様に供給されるため、試料のエッチングは表面から内部へと順を追って際限なく進行してしまうことは明らかである。   In the case of the above-mentioned Patent Document 3, since the supply time of the gas mixture is not controlled, the gas mixture is similarly supplied to a new surface after the reaction product is desorbed by the probe beam. Therefore, it is clear that the etching of the sample proceeds indefinitely from the surface to the inside.

したがって、プローブビームが照射されている部分では常にエッチングが進行してしまうため、プローブビームの照射量を調整しても深さ方向の分解能を原子層レベルの分解能を持たせることは容易ではないという問題がある。   Therefore, since etching always proceeds in the portion irradiated with the probe beam, it is not easy to provide the resolution in the depth direction at the atomic layer level even if the dose of the probe beam is adjusted. There's a problem.

したがって、本発明は、試料に電界蒸発を起こすのに必要な高電圧パルスを印加することなく、一層ずつ制御された状態で、且つ、構成元素の蒸発電界の違いに影響されずに分析を行うことを目的とする。   Therefore, the present invention performs analysis in a controlled state one by one and without being affected by the difference in the evaporation electric field of the constituent elements without applying a high voltage pulse necessary for causing field evaporation to the sample. For the purpose.

図1は本発明の原理的構成図であり、ここで図1を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
上記課題を解決するために、本発明は、3次元微細領域元素分析方法において、ハロゲンガスを被分析試料1に飽和吸着させたのち前記ハロゲンガスの供給を停止する工程と、エネルギービーム5を照射して被分析試料1のハロゲンガスの吸着した部分のみを脱離させる工程と、脱離した被分析試料1由来する粒子6の質量分析を行なうことによって被分析試料1表面の元素分析を行なう工程とを備えることを特徴とする。
FIG. 1 is a diagram illustrating the basic configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a method of stopping the supply of the halogen gas after saturation adsorption of the halogen gas to the sample 1 to be analyzed in the three-dimensional fine region elemental analysis method, and energy a step of irradiating a beam 5 Ru was only adsorbed portion of the halogen gas sample to be analyzed 1 desorbed, by performing a mass analysis of the particles 6 resulting from the analyte 1 desorbed analyte sample 1 And a step of performing elemental analysis of the surface.

このように、ガス種3としてハロゲンガス、典型的には塩素を用い、ハロゲンガス飽和吸着及びその後のエネルギービーム5の照射によるエッチングを被分析試料1表面の元素の脱離に利用することによって、従来のように電界蒸発に必要な高電界を印加する必要がなくなり、且つ、構成元素の蒸発電界の違いに影響されことがなく、さらには、ハロゲンガスが吸着した部分のみが脱離するため一層ずつ制御された脱離が可能になる。 In this way, by using halogen gas , typically chlorine, as the gas species 3 , and utilizing saturation adsorption of the halogen gas and subsequent etching by irradiation with the energy beam 5 for desorption of elements on the surface of the sample 1 to be analyzed. , it is not necessary to apply a high electric field necessary to field evaporation as in the prior art and, without that will be affected to a difference in the evaporation electric field constituent elements, further, only the parts halogen gas adsorbed is desorbed Therefore, controlled desorption can be performed layer by layer .

また、吸着したガス種3がエネルギービーム5の照射によって、被分析試料1表面の元素と化合物を構成して脱離するので、クラスターとして脱離することがなく、また、電界蒸発ではなく化学的な反応を利用しているので、被分析試料1として極端に先鋭な先端を持つ試料を必要とすることがない。
なお、エネルギービーム5とは、電子ビームや原子ビーム等の粒子ビームあるいはレーザ光等の光ビームであるが、典型的には電子ビーム或いはレーザ光である。
Further, since the adsorbed gas species 3 forms an element and a compound on the surface of the sample 1 to be desorbed by irradiation with the energy beam 5, it does not desorb as a cluster, and is not a field evaporation but a chemical. Therefore, a sample having an extremely sharp tip is not required as the sample 1 to be analyzed.
The energy beam 5 is a particle beam such as an electron beam or an atomic beam or a light beam such as a laser beam, but is typically an electron beam or a laser beam.

なお、被エッチング材料に、単に吸着しただけではエッチングが進行せず、吸着が飽和するエッチャントを吸着させ、そこに電子線等を照射して、エッチャントと吸着している表面層のみをエッチングする方法は、半導体高精度加工分野においてディジタルエッチングとして知られている(必要ならば、Applied Physics Letters,Vol.56,p.1552,1990参照)。   Note that etching is not progressed by simply adsorbing to the material to be etched, an etchant that is saturated with adsorption is adsorbed, and an electron beam or the like is irradiated thereto to etch only the surface layer adsorbed to the etchant. Is known as digital etching in the semiconductor high-precision processing field (see Applied Physics Letters, Vol. 56, p. 1552, 1990 if necessary).

このディジタルエッチングにおいては、電子線等の照射により、エッチャントが吸着した材料表面の1層目の原子は、2層目との結合が切断され、エッチャントと分子を作って材料から脱離するものであり、この反応はエッチャントが吸着している材料表面でのみ起こるため、材料を原子層レベルで制御してエッチングしていくことが可能となる。   In this digital etching, the atoms of the first layer on the surface of the material adsorbed by the electron beam or the like are broken by the bond with the second layer by the irradiation of the electron beam or the like, and the etchant forms a molecule with the etchant and desorbs from the material. In addition, since this reaction occurs only on the surface of the material on which the etchant is adsorbed, the material can be etched while being controlled at the atomic layer level.

本発明者は、鋭意研究の結果、アトムプローブ法等の分析分野とは全く関連のない半導体高精度加工分野におけるディジタルエッチング技術に注目し、この技術を創意工夫の上、3次元微細領域元素分析方法に取り入れたものである。   As a result of diligent research, the present inventor has focused on digital etching technology in the field of high-precision semiconductor processing that is completely unrelated to the field of analysis such as the atom probe method. It is something that has been incorporated into the method.

この場合、脱離した被分析試料1由来の粒子6をエネルギービーム5の照射或いは電界の印加の少なくとも一方によってイオン化したのち、印加した電界によって加速させて検出器7に飛行させることになる。   In this case, the desorbed particles 6 derived from the sample 1 to be analyzed are ionized by at least one of irradiation with the energy beam 5 or application of an electric field, and then accelerated by the applied electric field to fly to the detector 7.

また、質量分析を行なう際には、飛行時間型の質量分析法を用いて元素分析を行なうことが典型的であり、その場合に、脱離の進行に対する元素分析のデータを記録することによって被分析試料1の表面から深さ方向への元素分布を分析したり、或いは、脱離した被分析試料1由来の粒子6を位置敏感検出器に拡大投影することによって、粒子6の被分析試料1上の脱離位置を判別することが望ましく、また、これらを組み合わせることによって、被分析試料11の3次元的元素分布の分析が可能になる。   Also, when performing mass spectrometry, it is typical to perform elemental analysis using time-of-flight mass spectrometry. In this case, the elemental analysis data is recorded by recording the progress of desorption. Analyzing the element distribution in the depth direction from the surface of the analysis sample 1 or by projecting the desorbed particles 6 derived from the analysis sample 1 on a position sensitive detector, the analysis sample 1 of the particles 6 It is desirable to discriminate the upper desorption position, and by combining these, it becomes possible to analyze the three-dimensional element distribution of the sample 11 to be analyzed.

また、被分析試料1が平面状試料の場合には、エネルギービーム5を収束して被分析試料1に局所的に照射すれば良く、それによって、分析試料1の表面内で空間分解能を得ることができる。   Further, when the sample 1 to be analyzed is a planar sample, the energy beam 5 may be converged to irradiate the sample 1 to be analyzed locally, thereby obtaining spatial resolution within the surface of the sample 1 to be analyzed. Can do.

この場合、収束させたエネルギビーム5を分析試料1の面上で走査して照射することにより、平面状の被分析試料1の面内の元素分布を分析することが可能になる。
特に、収束させたエネルギビーム5を走査する際に、エネルギービーム5の照射位置を吸着させたガス種3の既脱離部分と一部重なるようにエネルギービーム5を走査することによって、エネルギービーム5の径よりも空間分解能を向上することができる。
In this case, by scanning and irradiating the converged energy beam 5 on the surface of the analysis sample 1, it is possible to analyze the element distribution in the plane of the planar sample 1 to be analyzed.
In particular, when the converged energy beam 5 is scanned, the energy beam 5 is scanned so as to partially overlap the already desorbed portion of the gas species 3 to which the irradiation position of the energy beam 5 is adsorbed. The spatial resolution can be improved more than the diameter.

また、被分析試料1が平面状試料の場合に、エネルギービーム5を収束せずに被分析試料1に照射しても良く、その場合には、脱離した被分析試料1由来のイオン化した粒子6を、イオンレンズによって2次元検出器上に結像させても良いものであり、それによって、分析試料1の表面内で空間分解能を得ることができる。   Further, when the sample 1 to be analyzed is a planar sample, the sample 1 may be irradiated without focusing the energy beam 5, and in this case, ionized particles derived from the sample 1 to be desorbed. 6 may be imaged on a two-dimensional detector by an ion lens, whereby a spatial resolution can be obtained in the surface of the analysis sample 1.

また、被分析試料1が平面状試料の場合にも、質量分析を行なう際に、エッチングの進行に対する元素分析のデータを記録することによって被分析試料1の表面から深さ方向への元素分布を分析することができる。   In addition, even when the sample 1 to be analyzed is a planar sample, when mass analysis is performed, elemental data in the depth direction from the surface of the sample 1 to be analyzed is recorded by recording elemental analysis data with respect to the progress of etching. Can be analyzed.

また、ガス種3の供給に際しては、ガス種源に接続されたパルスバルブを用いてパルス的に供給するか或いは、ガス種3を構成元素として含んだ固体電解質にパルス電気に電圧を印加してパルス的に供給することが典型的な供給法であり、固体電解質を用いた場合には、発生するガス種3の量を電気量で評価できるので制御がし易くなる。   In addition, when supplying the gas species 3, the pulse is supplied by using a pulse valve connected to the gas species source, or a voltage is applied to pulse electricity to a solid electrolyte containing the gas species 3 as a constituent element. Supplying in a pulse manner is a typical supply method. When a solid electrolyte is used, the amount of the generated gas species 3 can be evaluated by the amount of electricity, so that control is facilitated.

また、被分析試料1が凸状試料の場合、ガス種3の供給に際して、ガス種3を構成元素として含んだ固体電解質にパルス電気に電圧を印加して被分析試料1の下端部にパルス的に供給して表面に吸着させたのち、被分析試料1を加熱して吸着したガス種3を熱拡散させて被分析試料1の先端部の表面まで移動させても良く、この場合には、大量のガス種3の放出がないので装置を汚染することが少なく、且つ、排気待ちの時間がないので迅速に測定を行うことが可能になる。   When the sample 1 to be analyzed is a convex sample, when supplying the gas species 3, a voltage is applied to the solid electrolyte containing the gas species 3 as a constituent element by applying pulsed electricity to the lower end of the sample 1 to be analyzed. And the sample to be analyzed 1 may be heated and diffused to move to the surface of the tip of the sample 1 to be analyzed. In this case, Since there is no release of a large amount of gas species 3, the apparatus is hardly contaminated, and since there is no waiting time for exhaust, measurement can be performed quickly.

また、本発明は、3次元微細領域元素分析装置において、被分析試料1に吸着し、且つ、エネルギービーム5の照射によってエッチングが進行するガス種3を被分析試料1に供給するガス種供給手段2、被分析試料1にエネルギービーム5を照射してエッチングを進行させて被分析試料1の表面からガス種3の吸着した部分のみを脱離させるエネルギービーム照射手段4、脱離した被分析試料1由来の粒子6をイオン化させるイオン化手段、イオン化した粒子6を加速して検出器7に飛行させる加速手段、及び、検出器7を少なくとも備えたことを特徴とする。   Further, the present invention provides a gas type supply means for supplying, to a sample to be analyzed 1, a gas type 3 that is adsorbed to the sample to be analyzed 1 and etching proceeds by irradiation with an energy beam 5 in a three-dimensional fine region elemental analyzer. 2. An energy beam irradiation means 4 for irradiating only the portion where the gas species 3 is adsorbed from the surface of the sample 1 to be analyzed by irradiating the sample 1 with the energy beam 5 and etching, and the sample to be desorbed It is characterized by comprising at least an ionizing means for ionizing the particles 6 derived from No. 1, an accelerating means for accelerating the ionized particles 6 to fly to the detector 7, and the detector 7.

この場合の、ガス種供給手段2としては、ガス種源に接続されたパルスバルブ、或いは、ガス種3を構成元素として含んだ固体電解質及び固体電解質に電気分解のための電圧を印加する電圧印加手段が典型的なものである。   In this case, the gas species supply means 2 is a pulse valve connected to a gas species source, or a voltage application for applying a voltage for electrolysis to a solid electrolyte containing the gas species 3 as a constituent element and the solid electrolyte. Means are typical.

ガス種供給手段2として固体電解質を用いる場合には、固体電解セルが典型的なものであり、個々の固体電解セルを被分析試料1に対向配置しても良いし、或いは、被分析試料1を取り囲む中空円筒状構造を有する固体電解セルを用いても良いものである。   When a solid electrolyte is used as the gas species supply means 2, a solid electrolytic cell is typical, and each solid electrolytic cell may be disposed opposite to the sample 1 to be analyzed, or the sample 1 to be analyzed Alternatively, a solid electrolytic cell having a hollow cylindrical structure surrounding the substrate may be used.

或いは、ガス種供給手段2を、陰極、陰極上に設けられ、ガス種3を構成元素として含むと共に被分析試料1の底部に間隙を介して陰極上に設けられた固体電解質、被分析試料1及び固体電解質をクランプして固定する陽極、及び、被分析試料1の温度を調整する加熱手段から構成しても良い。   Alternatively, the gas species supply means 2 is provided on the cathode, the cathode, the solid electrolyte containing the gas species 3 as a constituent element, and the bottom of the sample 1 to be analyzed is provided on the cathode via a gap. And an anode for clamping and fixing the solid electrolyte, and a heating means for adjusting the temperature of the sample 1 to be analyzed.

また、3次元微細領域元素分析装置にリフレクトロンを設けても良く、それによって、エネルギー補償ができるので、同じ質量の粒子6の飛行時間を一定することができ、複雑な多元合金でもほぼ全ての元素の分離が可能になる。   In addition, a reflectron may be provided in the three-dimensional fine region elemental analyzer, thereby enabling energy compensation, so that the time of flight of the particles 6 having the same mass can be made constant, and almost all complex multi-component alloys can be used. Separation of elements becomes possible.

なお、上記の場合のガス種3としてはハロゲン、特に、塩素が典型的なものであり、また、固体電解質としてはハロゲン化銀、特に、塩化銀AgClが典型的なものである。   In this case, the gas type 3 is typically halogen, particularly chlorine, and the solid electrolyte is typically silver halide, particularly silver chloride AgCl.

本発明においては、試料に電界蒸発を起こすのに必要な高電圧パルスを印加することなく、かつ1層ずつ制御された状態で、しかも元素による電界蒸発のし易さの違いに影響されずに、試料の元素分析を3次元的に原子レベルの分解能で行なうことが可能となる。   In the present invention, a high voltage pulse necessary to cause field evaporation is not applied to the sample, and the sample is controlled layer by layer, and is not affected by the difference in easiness of field evaporation by elements. The elemental analysis of the sample can be performed three-dimensionally with atomic level resolution.

本発明は、試料のエッチングが自発的には進行せず吸着が飽和するエッチャントを用いて、エッチャントを試料に供給する機構および吸着したエッチャントにエネルギを与えて試料をエッチングするための電子あるいは光照射機構を3次元微細領域元素分析装置に組み込むことにより、試料を1原子層ずつ脱離させ質量分析を行なうものである。   The present invention uses an etchant in which the etching of the sample does not spontaneously proceed and the adsorption is saturated, and a mechanism for supplying the etchant to the sample and an electron or light irradiation for energizing the adsorbed etchant to etch the sample By incorporating the mechanism into a three-dimensional fine region elemental analyzer, the sample is desorbed one atomic layer at a time for mass spectrometry.

まず、針状の試料或いは平面状の試料を用意するが、針状の試料の場合にも、試料の先端はアトムプローブと同様に検出器に向けて放射状の電界を形成するために先鋭なものとするが、電界蒸発を利用するわけではないため、アトムプローブほど曲率半径は小さくなくても構わない。   First, a needle-shaped sample or a planar sample is prepared, but in the case of a needle-shaped sample, the tip of the sample is sharp to form a radial electric field toward the detector in the same manner as the atom probe. However, since the field evaporation is not used, the radius of curvature does not have to be as small as that of the atom probe.

次に、この試料にエッチャントを吸着させるが、エッチャントを吸着させるためには、エッチャント気体を真空槽内に導入する方法や、エッチャント気体ビームを試料に照射する方法、試料表面での拡散を利用して試料保持部分から分析部分に供給する方法などが考えられ、分析する試料と使用するエッチャントに応じて適切なものを選択する。   Next, the etchant is adsorbed to the sample. In order to adsorb the etchant, a method of introducing an etchant gas into the vacuum chamber, a method of irradiating the sample with an etchant gas beam, or diffusion on the sample surface is used. A method of supplying the sample from the sample holding portion to the analysis portion can be considered, and an appropriate one is selected according to the sample to be analyzed and the etchant to be used.

次に、十分な量のエッチャントを供給した後、エッチャントの供給を停止し、次いで、試料に電界イオン化のための正の高電圧を印加し、しかる後、試料に電子ビーム或いは光をパルス的に照射すると、試料表面のエッチャントの吸着した原子はエッチャントと分子を形成して表面から脱離する。
ここが飛行時間計測における時間ゼロとなる。
Next, after supplying a sufficient amount of the etchant, the supply of the etchant is stopped, and then a positive high voltage for field ionization is applied to the sample, and then an electron beam or light is pulsed on the sample. When irradiated, the atoms adsorbed by the etchant on the sample surface form molecules with the etchant and desorb from the surface.
This is the time zero in time-of-flight measurement.

次いで、表面から脱離した‘試料原子−エッチャント’分子は、電界イオン顕微鏡の場合と同様に直ちに電界イオン化する。
即ち、先鋭な試料近傍に生じる強電場によって分子から電子が引き抜かれ、正のイオンとなる。
なお、平面状試料の場合には試料に電圧は印加せず、イオン化のための光ビームをパルス光ビームの立ち下がり部がエッチング用の電子ビーム或いは光の立ち下がり部と一致するように照射する。
The 'sample atom-etchant' molecule desorbed from the surface is then immediately field ionized as in the field ion microscope.
That is, electrons are extracted from molecules by a strong electric field generated in the vicinity of a sharp sample, and become positive ions.
In the case of a planar sample, no voltage is applied to the sample, and the light beam for ionization is irradiated so that the falling part of the pulsed light beam coincides with the falling part of the etching electron beam or light. .

一般に電界イオン顕微鏡で用いられる結像ガスはHe,Neなどの軽い希ガス原子であり、イオン化ポテンシャルが大きいため、試料自体が電界蒸発するのに必要な電場に近い電場でなければ電界イオン化が起こらないが、エッチングで生じた‘試料原子−エッチャント’分子のイオン化ポテンシャルは一般にそれよりもずっと小さいため、より小さな印加電圧あるいは先端の曲率半径が大きな試料においても電界イオン化が起こる。
さらにイオン化の電界強度に関する条件を緩やかにするために、イオン化部分に可視〜紫外光を照射することも有効である。
In general, an imaging gas used in a field ion microscope is a light rare gas atom such as He or Ne and has a large ionization potential. Therefore, field ionization occurs unless the sample itself is an electric field close to that required for field evaporation. Nonetheless, since the ionization potential of the 'sample atom-etchant' molecules produced by etching is generally much smaller than that, field ionization occurs even in samples with a smaller applied voltage or a larger radius of curvature at the tip.
It is also effective to irradiate the ionized portion with visible to ultraviolet light in order to loosen the conditions regarding the electric field strength of ionization.

‘試料原子―エッチャント’分子がイオン化した以降は通常のアトムプローブと同様で、この正イオンは試料電場によって引かれて検出器に向かって飛行し、検出器に到達するまでの時間を計測することにより質量分析を行なう。
なお、平面状試料の場合には、試料近傍に引出電極を設けてイオン化した‘試料原子―エッチャント’分子を検出器に向かって加速する。
After the 'sample atom-etchant' molecule is ionized, it is the same as a normal atom probe. This positive ion is attracted by the sample electric field, flies toward the detector, and measures the time until it reaches the detector. To perform mass spectrometry.
In the case of a planar sample, an extraction electrode is provided in the vicinity of the sample and ionized 'sample atoms-etchant' molecules are accelerated toward the detector.

ここで、図2乃至図5を参照して、本発明の実施例1の3次元微細領域元素分析方法を説明する。
図2参照
図2は、本発明の実施例1に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図であり、真空容器11内に、針状の被分析試料12を配置し、この被分析試料12の先端の近傍にCl2 ガス源に接続されたコリメータ付パルスバルブ13を配置するとともに、エッチング用の電子銃14を配置し、また、被分析試料12から数100mm離れた位置に、位置敏感検出器15を配置し、この位置敏感検出器15の電位は接地電位とする。
Here, with reference to FIG. 2 thru | or FIG. 5, the three-dimensional micro area | region element analysis method of Example 1 of this invention is demonstrated.
FIG. 2 is a conceptual configuration diagram of the three-dimensional fine region elemental analyzer used in Example 1 of the present invention. A needle-shaped sample 12 to be analyzed is placed in a vacuum vessel 11 and this analysis is performed. A collimator-equipped pulse valve 13 connected to a Cl 2 gas source is disposed in the vicinity of the tip of the sample 12, an etching electron gun 14 is disposed, and a position several hundred mm away from the sample 12 to be analyzed A sensitive detector 15 is arranged, and the potential of the position sensitive detector 15 is set to the ground potential.

この場合、被分析試料12と位置敏感検出器15の距離は3次元微細領域元素分析装置の質量分解能に影響すると共に試料先端の曲率半径と比がこの装置の拡大倍率となるため、空間分解能にも影響する。   In this case, the distance between the sample 12 to be analyzed and the position sensitive detector 15 affects the mass resolution of the three-dimensional fine region elemental analyzer, and the curvature radius and ratio of the sample tip become the magnification of this device, so that the spatial resolution is reduced. Also affects.

図3参照
図3は、コリメータ付パルスバルブ13の概略的構成図であり、パルスバルブ30とガスケット40を介して取り付けられたコリメータ38とからなるものであり、エッチャントガスを100マイクロ秒(μs)程度以上の任意の時間だけ方向性を持たせて供給可能なものである。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the pulse valve 13 with a collimator, which includes a pulse valve 30 and a collimator 38 attached via a gasket 40. Etchant gas is supplied for 100 microseconds (μs). It can be supplied with directionality for an arbitrary period of time greater than about.

このパルスバルブ30は、オリフィス32を有するとともにガス供給管33を備えた筐体31、筐体31内に収容されてオリフィス32の開閉を行うマグネット34に取り付けられたセラミック製等のポペット35、ポペット35をマグネット34を介してオリフィス32側に付勢するスプリング36、及び、筐体31の外周部の設けられ、マグネット34を駆動するソレノイド37から構成され、ソレノイド37にパルス的に電流を流すことにより開時間を短く取ることができる。
なお、このパルスバルブ30としては、例えば、ジェネラルバルブ社製のパルスバルブ(http://www.scilab.co.jp/general_valve.htm参照)を用いる。
The pulse valve 30 includes a casing 31 having an orifice 32 and a gas supply pipe 33, a poppet 35 made of ceramic or the like attached to a magnet 34 that is accommodated in the casing 31 and opens and closes the orifice 32, a poppet A spring 36 that urges the magnet 35 toward the orifice 32 via the magnet 34 and a solenoid 37 that drives the magnet 34 are provided on the outer periphery of the housing 31. Therefore, the opening time can be shortened.
As the pulse valve 30, for example, a pulse valve manufactured by General Valve Co., Ltd. (see http://www.scilab.co.jp/general_valve.html) is used.

また、コリメータ38は、直径数μm〜数100μm程度、長さ数mm〜数10mm程度のキャピラリを集積したキャピラリプレート39からなり、エッチャントビーム16に方向性を持たせることができるものである。
なお、このキャピラリプレート39としては、例えば、浜松ホトニクス社のキャピラリプレート(http://www.hpk.co.jp/Jpn/products/ETD/pdf/Capillary_TMCP1017J03.pdf参照)を用いる。
The collimator 38 includes a capillary plate 39 on which capillaries having a diameter of about several μm to several hundred μm and a length of about several mm to several tens of mm are integrated, and the etchant beam 16 can have directionality.
As the capillary plate 39, for example, a capillary plate manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (see http://www.hpk.co.jp/Jpn/products/ETD/pdf/Capillary_TMCP1017J03.pdf) is used.

また、エッチング用の電子銃14からの電子ビーム17は、電子ビーム加速電源19によって加速されるが、ビームエネルギとしては100eV程度が適当であり、後述するように、GaAsをCl2 と電子ビーム17でエッチングする場合、10mC/cm2 程度の電子を照射すれば吸着したCl2 を全て反応させることができる。 The electron beam 17 from the etching electron gun 14 is accelerated by an electron beam acceleration power source 19, but a beam energy of about 100 eV is appropriate. As will be described later, GaAs is Cl 2 and the electron beam 17. In the case of etching with, all of the adsorbed Cl 2 can be reacted by irradiating electrons of about 10 mC / cm 2 .

この電子ビーム17の照射時間を10ns(ナノ秒)、繰り返しレートを100kHzとすると、100μAのビームを0.1mmのスポットに収束すれば10秒程度で1回のエッチングが完了し、ほぼ通常のアトムプローブと同程度の速さで測定を進めることが可能である。   If the irradiation time of the electron beam 17 is 10 ns (nanoseconds) and the repetition rate is 100 kHz, once the 100 μA beam is converged to a 0.1 mm spot, one etching is completed in about 10 seconds, which is almost a normal atom. Measurement can proceed at the same speed as the probe.

また、被分析試料12と位置敏感検出器15との間には、イオン化・投影電源20によって10kV程度の電圧を印加するが、この電圧による電界によって脱離した分子をイオン化するとともに、イオン化した脱離種イオン21を電界加速する。   In addition, a voltage of about 10 kV is applied between the sample 12 to be analyzed and the position sensitive detector 15 by the ionization / projection power supply 20, and the desorbed molecules are ionized and ionized by the electric field generated by this voltage. The isolated ions 21 are accelerated in the electric field.

次に、図4及び図5を参照して分析工程を説明するが、図4はタイミングチャートであり、図5は吸着−脱離状況の概念的説明図である。
図4及び図5参照
各構成要素は装置全体は真空容器内に設置し、試料の汚染を避けるために1×10-9Torr程度の超高真空とする。
まず、
(1)コリメータ付パルスバルブ13からCl2 からなるエッチャントビーム16を数10ms〜数100ms間放出し、GaAsからなる被分析試料12に塩素原子18を1原子層だけ吸着させ、次いで、
(2)余分なエッチャントを排気する。
Next, the analysis process will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a timing chart, and FIG. 5 is a conceptual explanatory diagram of the adsorption-desorption situation.
4 and FIG. 5 As for each component, the whole apparatus is installed in a vacuum vessel, and in order to avoid contamination of the sample, an ultrahigh vacuum of about 1 × 10 −9 Torr is set.
First,
(1) The etchant beam 16 composed of Cl 2 is emitted from the pulse valve 13 with a collimator for several tens of milliseconds to several hundreds of milliseconds, and the chlorine atom 18 is adsorbed by only one atomic layer on the sample to be analyzed 12 composed of GaAs.
(2) Exhaust excess etchant.

次いで、
(3)被分析試料12に電界イオン化電圧を印加する。
この時、被分析試料12の先端部の曲率半径が電界イオン顕微鏡と同様の約100nmとすると、Cl2 によるGaAsのエッチングで生じるGaCl3 及びAsCl3 のイオン化ポテンシャルはそれぞれ11.5eV及び11.6eVと、電界イオン顕微鏡で使用される結像ガスであるHe24.6eV、Neの21.6eVの約半分であり、電界イオン化電圧も通常の電界イオン顕微鏡の半分程度で良い。
Then
(3) A field ionization voltage is applied to the sample 12 to be analyzed.
At this time, if the radius of curvature of the tip of the sample 12 to be analyzed is about 100 nm as in the field ion microscope, the ionization potentials of GaCl 3 and AsCl 3 generated by etching of GaAs with Cl 2 are 11.5 eV and 11.6 eV, respectively. That is about half of 21.6 eV of He24.6 eV and Ne, which are imaging gases used in the field ion microscope, and the field ionization voltage may be about half of that of a normal field ion microscope.

次いで、
(4)上記(3)の電界イオン化電圧の印加タイミングとほぼ同時に被分析試料12に対してエネルギー100eV程度、数ns〜数μs程度のパルス状の電子ビーム17を照射してエッチングを行なう。
この場合、電界イオン化電圧の印加タイミングより若干早くても問題はないが、遅いと、脱離からイオン化まで時間がかかり、分析結果が不正確になる。
Then
(4) Etching is performed by irradiating the sample 12 to be analyzed with a pulsed electron beam 17 having an energy of about 100 eV and about several ns to several μs almost simultaneously with the application timing of the field ionization voltage in (3) above.
In this case, there is no problem even if it is slightly earlier than the application timing of the field ionization voltage, but if it is late, it takes time from desorption to ionization, and the analysis result becomes inaccurate.

この時、吸着したClと被分析試料12を構成するGa,Asとは3:1の比率で化合してGaCl3 分子及びAsCl3 分子として脱離するので、1回のエッチャントビーム16の照射工程で最表層の1/3原子層が脱離することになる。 At this time, the adsorbed Cl and Ga and As constituting the sample 12 to be analyzed are combined at a ratio of 3: 1 and desorbed as GaCl 3 molecules and AsCl 3 molecules, so that the irradiation process of the etchant beam 16 is performed once. Thus, the 1/3 atomic layer of the outermost layer is detached.

次いで、
(5)表面から脱離したGaCl3 分子及びAsCl3 分子は針状の被分析試料12の先端の高電界により直ちに電界イオン化され、イオン化された脱離種イオン21は被分析試料12と位置敏感検出器15間の電界で加速されて、位置敏感検出器15上に到達する。
Then
(5) GaCl 3 molecules and AsCl 3 molecules desorbed from the surface are immediately ionized by a high electric field at the tip of the needle-shaped analyte 12, and the ionized desorbed species ions 21 are position sensitive to the analyte 12. It is accelerated by the electric field between the detectors 15 and reaches the position sensitive detector 15.

次いで、
(6)電子ビーム17の照射から位置敏感検出器15に到達するまでの時間差から脱離した元素を同定する。
次いで、
(7)このような吸着したエッチャントによるエッチングが完了するまで、即ち、最表層の1/3原子層が完全に脱離するまで、上記の(4)〜(6)の工程を繰り返す。
Then
(6) The desorbed element is identified from the time difference from the irradiation of the electron beam 17 to the position sensitive detector 15.
Then
(7) The steps (4) to (6) are repeated until the etching with the adsorbed etchant is completed, that is, until the outermost 1/3 atomic layer is completely detached.

次いで、
(8)電界イオン化電圧の印加を停止する。
次いで、
(9)上記の(1)に戻って次の層の分析を行なう。
この場合、(1)〜(8)の工程を3回繰り返すことによって、換算的に最表層の1原子層の分析が完了することになり、この繰り返しを必要とする分析深さまで行う。
Then
(8) Stop application of the field ionization voltage.
Then
(9) Returning to (1) above, the next layer is analyzed.
In this case, by repeating the steps (1) to (8) three times, the analysis of the outermost one atomic layer is completed in terms of conversion, and the analysis is performed up to the analysis depth that requires this repetition.

このように、本発明の実施例1においては、デジタルエッチングをアトムプローブ法に導入することにより、試料に電界蒸発を起こすのに必要な高電圧パルスを印加することなく、かつ1層ずつ制御された状態で、しかも元素による電界蒸発のし易さの違いに影響されずに、試料の元素分析を3次元的に原子レベルの分解能で行なうことができる。   As described above, in Example 1 of the present invention, by introducing digital etching into the atom probe method, it is possible to control one layer at a time without applying a high voltage pulse necessary to cause field evaporation on the sample. In this state, the elemental analysis of the sample can be performed three-dimensionally with atomic level resolution without being affected by the difference in easiness of field evaporation due to elements.

次に、図6及び図7を参照して、本発明の実施例2の3次元微細領域元素分析方法を説明するが、この実施例2は上記の実施例1にイオン化をアシストするためにレーザビームを照射するものであるので、主に変更点を説明する。   Next, a three-dimensional fine region elemental analysis method according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. This Example 2 is a laser for assisting ionization in Example 1 described above. Since the beam is irradiated, the changes will be mainly described.

図6参照
図6は、本発明の実施例2に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図であり、エキシマレーザ22を設けた以外は、上記の図2に示した3次元微細領域元素分析装置と同様であり、真空容器11内に、針状の被分析試料12を配置し、この被分析試料12の先端の近傍にCl2 ガス源に接続されたコリメータ付パルスバルブ13及びエッチング用の電子銃14を配置するとともに、イオン化アシスト用のエキシマレーザ22を配置し、また、被分析試料12から数100mm離れた位置に、位置敏感検出器15を配置し、この位置敏感検出器15の電位は接地電位としたものである。
FIG. 6 is a conceptual block diagram of a three-dimensional fine region elemental analyzer used in Example 2 of the present invention. Except for the excimer laser 22, the three-dimensional fine region shown in FIG. Similar to the elemental analyzer, a needle-shaped sample 12 to be analyzed is placed in the vacuum vessel 11, and a pulse valve 13 with a collimator connected to a Cl 2 gas source in the vicinity of the tip of the sample 12 to be analyzed and etching. And an excimer laser 22 for assisting ionization are arranged, and a position sensitive detector 15 is arranged at a position several hundred mm away from the sample 12 to be analyzed. Is the ground potential.

図7参照
図7は、本発明の実施例2のタイミングチャートであり、電子ビーム17の照射に同期してパルス状のレーザビーム23を照射して脱離した分子のイオン化をアシストするものである。
FIG. 7 is a timing chart of the second embodiment of the present invention, which assists ionization of the desorbed molecules by irradiating the pulsed laser beam 23 in synchronization with the irradiation of the electron beam 17. .

この場合、GaCl3 分子及びAsCl3 分子が被分析試料12の表面を脱離した直後は表面の影響下にあるため分子のイオン化ポテンシャルは孤立状態よりも低下しているのに加え、試料表面近傍においては、電子は真空準位ではなく試料のフェルミ準位以上に励起するだけで分子と表面との間のポテンシャル障壁をトンネルして試料側の導電帯に移動できるので、分子はイオン化される。 In this case, immediately after the GaCl 3 molecule and AsCl 3 molecule are desorbed from the surface of the sample 12 to be analyzed, the ionization potential of the molecule is lower than that in the isolated state since it is under the influence of the surface. In, the molecules are ionized because they can move to the sample-side conduction band by tunneling through the potential barrier between the molecule and the surface simply by exciting the electrons above the Fermi level of the sample, not the vacuum level.

この時、被分析試料12に高電圧が加わっていれば、被分析試料12に対する分子内電子のエネルギ準位は上昇するので、イオン化に要するエネルギはさらに低下し、孤立状態での分子のイオン化ポテンシャルが10eV程度とすると、被分析試料12に印加する電圧にもよるが数eVの光でイオン化可能である。
したがって、3.5eV〜6.4eV相当の波長のエキシマレーザ22を用いることによって、光イオン化を行うことができる。
At this time, if a high voltage is applied to the sample 12 to be analyzed, the energy level of intramolecular electrons with respect to the sample 12 to be analyzed increases, so that the energy required for ionization further decreases, and the ionization potential of the molecule in an isolated state. Is about 10 eV, it can be ionized with several eV of light depending on the voltage applied to the sample 12 to be analyzed.
Therefore, photoionization can be performed by using the excimer laser 22 having a wavelength corresponding to 3.5 eV to 6.4 eV.

このように、本発明の実施例2においては、イオン化アシストレーザを併用しているので、投影電界をイオン化電界と独立に設定することができるとともに、必要とする電界を低減することができる。   Thus, in Example 2 of the present invention, since the ionization assist laser is used in combination, the projection electric field can be set independently of the ionization electric field, and the required electric field can be reduced.

次に、図8を参照して、本発明の実施例3の3次元微細領域元素分析方法を説明するが、この実施例3は上記の実施例1にリフレトロンを加えたものであるので、装置構成のみを説明する。
図8参照
図8は、本発明の実施例3に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図であり、基本的には上記の図2に示した3次元微細領域元素分析装置と同様であり、真空容器11内に、針状の被分析試料12を配置し、この被分析試料12の先端の近傍にCl2 ガス源に接続されたコリメータ付パルスバルブ13を配置するとともに、エッチング用の電子銃14を配置し、被分析試料12側に位置敏感検出器15を配置するともに、被分析試料12と対向するようにリフレクトロン24を配置したものである。
Next, referring to FIG. 8, the three-dimensional fine region elemental analysis method of Example 3 of the present invention will be described. Since Example 3 is obtained by adding a reflectron to Example 1 described above, Only the device configuration will be described.
FIG. 8 is a conceptual configuration diagram of the three-dimensional microregion element analysis apparatus used in Embodiment 3 of the present invention, and is basically the same as the three-dimensional microregion element analysis apparatus shown in FIG. A needle-shaped sample 12 to be analyzed is disposed in the vacuum vessel 11, and a pulse valve 13 with a collimator connected to a Cl 2 gas source is disposed in the vicinity of the tip of the sample 12 to be analyzed. The electron gun 14 is disposed, the position sensitive detector 15 is disposed on the sample 12 to be analyzed, and the reflectron 24 is disposed so as to face the sample 12 to be analyzed.

この本発明の実施例3においては、静電反射板からなるリフレクトロン24を用いているので、イオンのエネルギー補償を行うことによって質量分解能を飛躍的に向上させることができ、複雑な多元合金でもほぼ全ての元素の分離が可能になる。   In the third embodiment of the present invention, since the reflectron 24 made of an electrostatic reflecting plate is used, the mass resolution can be dramatically improved by performing ion energy compensation, and even a complex multi-component alloy can be used. Almost all elements can be separated.

即ち、リフレクトロン24の最終電極ではイオンの最大エネルギーよりも数%高い電圧が掛かっており、エネルギーの高いイオンはリフレクトロン24に深く進入して反射され、一方、エネルギーの低いイオンは浅い位置で反射されることになり、エネルギーの高いイオンの飛行時間が長くなることによって同じ質量のイオンであれば、エネルギーの大小によらず、飛行時間が一定になるためである。   That is, a voltage several percent higher than the maximum energy of ions is applied to the final electrode of the reflectron 24, and ions having high energy penetrate deeply into the reflectron 24 and are reflected at low positions. This is because the time of flight of ions having the same mass is increased because the time of flight of ions having high energy is increased because the time of flight is constant regardless of the magnitude of energy.

次に、図9及び図10を参照して、本発明の実施例4の3次元微細領域元素分析方法を説明するが、この実施例4は上記の実施例1におけるエッチャント供給源として上記の実施例1におけるコリメータ付パルスバルブの替わりに固体電解セルを用いたものであるので、装置構成のみを説明する。
図9参照
図9は、本発明の実施例4に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図であり、基本的構成は上記の図2に示した3次元微細領域元素分析装置と同様であり、真空容器11内に、針状の被分析試料12を配置し、この被分析試料12の先端の近傍に固体電解セル25を配置するとともに、エッチング用の電子銃14を配置し、被分析試料12と対向するように、位置敏感検出器15を配置したものである。
Next, a three-dimensional fine region elemental analysis method according to Example 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. This Example 4 is an example of the etchant supply source according to Example 1 described above. Since a solid electrolytic cell is used instead of the pulse valve with collimator in Example 1, only the apparatus configuration will be described.
FIG. 9 is a conceptual block diagram of a three-dimensional fine region element analyzer used in Example 4 of the present invention, and the basic structure is the same as that of the three-dimensional fine region element analyzer shown in FIG. In the vacuum vessel 11, a needle-shaped sample 12 to be analyzed is disposed, a solid electrolytic cell 25 is disposed in the vicinity of the tip of the sample 12 to be analyzed, an electron gun 14 for etching is disposed, A position sensitive detector 15 is arranged so as to face the analysis sample 12.

図10参照
図10は、固体電解セルの概略的構成図であり、コリメータを兼ねるパイレックス(登録商標)製の直径が例えば、1cmの絶縁性管状筐体41、絶縁性管状筐体41の底部に取り付けられたAgからなる陰極42、絶縁性管状筐体41内に充填されたAgClからなる固体電解質43、固体電解質43を塞ぐように陰極42に対向して設けられたPtからなるメッシュ状の陽極44、絶縁性管状筐体41の外周部に設けられて固体電解質43を加熱するヒータ45、陰極42−陽極44間に電解用電圧を供給する電解用電源46、及び、電解用電圧をパルス的に印加してエッチャントビーム17をパルス的に供給するエッチャント供給スイッチ47から構成される(例えば、Journal of Vacuum Science and Technology,Vol.A1,p.1554,1983参照)。
なお、この場合のヒータ45は絶縁性管状筐体41の外壁にSnO2 を成膜して形成する。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a solid electrolytic cell. An insulating tubular housing 41 having a diameter of, for example, 1 cm made of Pyrex (registered trademark) that also serves as a collimator is provided at the bottom of the insulating tubular housing 41. The attached cathode 42 made of Ag, the solid electrolyte 43 made of AgCl filled in the insulating tubular casing 41, and the mesh anode made of Pt provided to face the cathode 42 so as to close the solid electrolyte 43 44, a heater 45 provided on the outer peripheral portion of the insulating tubular casing 41 for heating the solid electrolyte 43, an electrolysis power supply 46 for supplying an electrolysis voltage between the cathode 42 and the anode 44, and an electrolysis voltage in a pulsed manner. And an etchant supply switch 47 that supplies the etchant beam 17 in a pulse manner (for example, Journal of Vacuum Science). nd Technology, Vol.A1, see p.1554,1983).
In this case, the heater 45 is formed by depositing SnO 2 on the outer wall of the insulating tubular casing 41.

この固体電解セル25によるCl2 を発生原理は、ハロゲン化物の電気分解によるハロゲン分子気体の発生によるものであり、この固体電解セル25の典型的なセル抵抗は1kΩ程度で、10〜100μAの電解電流を流すことによって、1〜100秒で1原子層の吸着を行うことができる。 The principle of generation of Cl 2 by the solid electrolytic cell 25 is based on the generation of a halogen molecular gas by the electrolysis of halide. The typical cell resistance of the solid electrolytic cell 25 is about 1 kΩ, and the electrolysis of 10 to 100 μA. By passing a current, adsorption of one atomic layer can be performed in 1 to 100 seconds.

この場合、ファラデーの法則により、発生するハロゲンの量は電気量で評価できるので制御がしやすいという特長を有するが、固体電解質43内でのイオンの熱拡散を利用するので、固体電解質43がAgClの場合、ヒータ45により加熱することによって、固体電解質43の温度を550K程度に保つ必要がある。
なお、カドミウムハロゲン化物を4〜8重量%添加することにより拡散温度を420Kまで下げることが可能である。
In this case, according to Faraday's law, the amount of generated halogen can be evaluated by the amount of electricity, so that it is easy to control. However, since the thermal diffusion of ions in the solid electrolyte 43 is used, the solid electrolyte 43 is made of AgCl. In this case, it is necessary to keep the temperature of the solid electrolyte 43 at about 550 K by heating with the heater 45.
The diffusion temperature can be lowered to 420 K by adding 4 to 8% by weight of cadmium halide.

この本発明の実施例4においては、基本的には実施例1のコリメータ付パルスバルブと同様であるが、機械的に動作する部分が無いので振動の発生が無く、パルスバルブにありがちなバルブ閉止時のリークも無いため、試料近傍に配置することができ、試料近傍より供給するため、エッチャントの無駄が少なく真空槽の圧力悪化もほとんどなくなる。   The fourth embodiment of the present invention is basically the same as the collimator-equipped pulse valve of the first embodiment. However, since there is no mechanically operated portion, no vibration is generated, and the valve closing which is often found in pulse valves is used. Since there is no leakage of time, it can be placed near the sample and supplied from the vicinity of the sample, so there is little waste of the etchant and almost no deterioration of the pressure in the vacuum chamber.

また、全固体で電流のみで制御を行なうため取り扱いが容易で、アナログ(多値)制御も可能なので放出量の制御をより正確に行なうことが可能となる。   In addition, since the control is performed only with electric current in all solids, handling is easy, and analog (multi-value) control is possible, so that the discharge amount can be controlled more accurately.

次に、図11を参照して、本発明の実施例5の3次元微細領域元素分析方法を説明するが、この実施例5は固体電解セルとして中空円筒状の固体電解セルを用いたものであり、その他の構成は上記の実施例4と全く同様であるので、固体電解セルのみを説明する。   Next, with reference to FIG. 11, the three-dimensional fine region elemental analysis method of Example 5 of the present invention will be described. This Example 5 uses a hollow cylindrical solid electrolytic cell as the solid electrolytic cell. Since other configurations are exactly the same as those of the fourth embodiment, only the solid electrolytic cell will be described.

図11参照
図11は、本発明の実施例5の3次元微細領域元素分析装置に用いる固体電解セルの概略的要部切り欠き斜視図であり、ヒータ52を内蔵した一対のドーナツ状の絶縁性板からなる筐体51の外円周部にAgからなる陰極53を設けるとともに、筐体51の内円周部にPtからなるメッシュ状の陽極54を設け、陰極53と陽極54との間にAgClからなる固体電解質55を充填したものである。
FIG. 11 is a schematic cutaway perspective view of a main part of a solid electrolytic cell used in the three-dimensional fine region elemental analysis apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. A pair of donut-like insulating properties with a built-in heater 52 are shown. A cathode 53 made of Ag is provided on the outer circumferential portion of the casing 51 made of a plate, and a mesh-like anode 54 made of Pt is provided on the inner circumferential portion of the casing 51. A solid electrolyte 55 made of AgCl is filled.

この中空円筒状の固体電解セル50の場合も、陰極53−陽極54間に電解用電圧を供給する電解用電源56及びエッチャント供給スイッチ57を設け、電解用電圧をパルス的に印加してエッチャントビームをパルス的に供給する。   Also in the case of this hollow cylindrical solid electrolytic cell 50, an electrolysis power source 56 and an etchant supply switch 57 for supplying an electrolysis voltage are provided between the cathode 53 and the anode 54, and an electrolysis voltage is applied in a pulse manner to etchant beam. Is supplied in pulses.

この実施例5においては、基本的な作用効果は上記の実施例4と同様であるが、中空円筒状の固体電解セル50の中心に被分析試料12を配置することにより、エッチャントを周囲から均一に供給することが可能になる。   In this fifth embodiment, the basic function and effect are the same as in the fourth embodiment, but by arranging the sample 12 to be analyzed at the center of the hollow cylindrical solid electrolytic cell 50, the etchant is uniformly distributed from the surroundings. It becomes possible to supply to.

次に、図12を参照して、本発明の実施例6の3次元微細領域元素分析方法を説明するが、この実施例6は固体電解質を用いているが、固体電解セルとしてではなく、被分析試料を固定する固定機構に組み込んで構成したものであり、その他の構成は上記の実施例4と全く同様であるので、エッチャント供給系のみを説明する。   Next, a three-dimensional fine region elemental analysis method according to Example 6 of the present invention will be described with reference to FIG. 12. Although Example 6 uses a solid electrolyte, it is not a solid electrolytic cell. Since the configuration is built in a fixing mechanism for fixing the analysis sample, and the other configuration is exactly the same as that of the fourth embodiment, only the etchant supply system will be described.

図12参照
図12は、本発明の実施例6の3次元微細領域元素分析装置を構成するエッチャント供給系近傍の概略的構成図であり、上図は上面図であり、下図はA−A′に沿った断面図であり、アルミナ或いはテフロン(登録商標)等の絶縁物からなるとともに、固体電解質64及び陽極63を収容固定する凹部を有するホルダ61、ホルダ61の底部に固着されたAgからなる陰極62、陰極62と接するように凹部に収容されたAgClからなる固体電解質64、針状の被分析試料12をクランプするとともにホルダ61に設けた凹部に収容されるPtからなる陽極63、及び、被分析試料12を加熱するヒータ65からなる。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram in the vicinity of an etchant supply system constituting the three-dimensional fine region elemental analysis apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. The upper diagram is a top view, and the lower diagram is AA ′. Is made of an insulator such as alumina or Teflon (registered trademark), a holder 61 having a recess for accommodating and fixing the solid electrolyte 64 and the anode 63, and Ag fixed to the bottom of the holder 61. A cathode 62, a solid electrolyte 64 made of AgCl accommodated in the recess so as to be in contact with the cathode 62, an anode 63 made of Pt that clamps the needle-shaped analyte 12 and is accommodated in the recess provided in the holder 61, and It consists of a heater 65 for heating the sample 12 to be analyzed.

この場合のCl2 発生原理は固体電解セルの場合と同様であり、陰極62−陽極63間に電流を間欠的に流すことによって、エッチャントとなるCl2 をパルス的に発生させ、発生したCl2 は発生部近傍でホルダ61及び陽極63と衝突して吸着する。 The Cl 2 generation principle in this case is the same as that of the solid electrolyte cell, by passing a current intermittently between the cathode 62- anode 63, a pulsed manner to generate a Cl 2 as the etchant, generated Cl 2 Adsorbs by colliding with the holder 61 and the anode 63 in the vicinity of the generating portion.

ホルダ61及び陽極63の表面に吸着したCl2 はヒータ65によって、加熱されることによって、塩素原子18はCl或いはCl- のかたちで被分析試料12の下端の表面へ熱拡散で移動するとともに、被分析試料12の表面をさらに熱拡散で移動して先端部に供給されることになる。
なお、加熱温度は、PtとCl2 の反応してPtCl2 を生成する温度が250℃であるので、550K(〜277℃)以下の温度にする。
When Cl 2 adsorbed on the surfaces of the holder 61 and the anode 63 is heated by the heater 65, the chlorine atoms 18 move to the surface of the lower end of the sample 12 to be analyzed by thermal diffusion in the form of Cl or Cl . The surface of the sample 12 to be analyzed is further moved by thermal diffusion and supplied to the tip.
The heating temperature is set to a temperature of 550 K (˜277 ° C.) or less because the temperature at which Pt and Cl 2 react to generate PtCl 2 is 250 ° C.

この実施例6においては、通電により発生したCl2 を発生部近傍での吸着を利用しているので、真空容器11内に大量のエッチャントガスを放出することがなくなるので、装置を汚染することがなくなり、また、上記実施例1乃至実施例5のように、排気待ち時間を必要としないので迅速に測定を進行させることが可能となる。 In the sixth embodiment, since Cl 2 generated by energization uses adsorption in the vicinity of the generating portion, a large amount of etchant gas is not released into the vacuum vessel 11, which may contaminate the apparatus. Further, unlike the first to fifth embodiments, the exhaust waiting time is not required, so that the measurement can be advanced promptly.

次に、図13乃至図17を参照して、本発明の実施例7の3次元微細領域元素分析方法を説明するが、この実施例7は被分析試料を針状に加工することなくそのままの形状、典型的には平面状試料のままで元素分析するものである。   Next, a three-dimensional fine region elemental analysis method according to Example 7 of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 17. This Example 7 can be used as it is without processing the sample to be analyzed into a needle shape. Element analysis is performed with the shape, typically a flat sample.

図13参照
図13は、本発明の実施例7に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図であり、真空容器71内に、平面状の被分析試料72を配置し、この被分析試料72の近傍にCl2 ガス源に接続されたコリメータ付パルスバルブ73を配置するとともに、エッチング用の電子銃74を配置し、また、被分析試料72から10mm程度離れた位置に引出電極75を配置するとともに、被分析試料72から数100mm離れた位置にチャンネルトロン等のイオン検出器76を配置し、また、真空容器71外には、脱離種をイオン化するためのイオン化レーザ77を配置する。
FIG. 13 is a conceptual configuration diagram of a three-dimensional fine region elemental analyzer used in Example 7 of the present invention. A planar sample 72 is arranged in a vacuum vessel 71, and this analysis is performed. A pulse valve 73 with a collimator connected to a Cl 2 gas source is disposed in the vicinity of the sample 72, an electron gun 74 for etching is disposed, and an extraction electrode 75 is disposed at a position about 10 mm away from the sample 72 to be analyzed. In addition, an ion detector 76 such as a channeltron is disposed at a position several hundred mm away from the sample 72 to be analyzed, and an ionization laser 77 for ionizing the desorbed species is disposed outside the vacuum vessel 71. .

この場合、被分析試料72を接地電位として引出電極75に数kVの加速電圧を印加するとともに、イオン検出器76は引出電極75と等電位とする。   In this case, an acceleration voltage of several kV is applied to the extraction electrode 75 with the sample 72 to be analyzed as a ground potential, and the ion detector 76 has the same potential as that of the extraction electrode 75.

また、電子銃74には、数百V〜1kVの加速電圧を印加し、数百eV〜1keV程度のエネルギの電子ビームパルスを照射する。
これは、反応を効率よく起こすためには上述のように100eV程度のエネルギが必要であること、電子ビームの加速電圧を大きくするほど電子ビームを収束することができること、電子ビームのエネルギが大きすぎると2次電子による反応が起こり、かえって面内分解能が下がってしまうことなどの理由による。
Further, an acceleration voltage of several hundred V to 1 kV is applied to the electron gun 74, and an electron beam pulse with an energy of about several hundred eV to 1 keV is irradiated.
This is because the energy of about 100 eV is necessary to cause the reaction efficiently as described above, the electron beam can be converged as the acceleration voltage of the electron beam is increased, and the energy of the electron beam is too large. This is because the reaction due to secondary electrons occurs and the in-plane resolution is lowered.

また、電子ビームの電流は大きいほど高速に脱離させることができるが、短時間に多数の粒子が脱離すると検出器で数え落しをする可能性があり、さらに、電流密度が大きすぎると試料が局所的に加熱して損傷する可能性がある。
また現実的には比較的低エネルギの電子線を強く収束しつつ大きな電流を流すことは困難であるので、例えば、照射領域が平方ナノメートル(nm2 )程度の場合、電子ビームパルスの電流は照射中でナノアンペア(nA)程度とする。
In addition, the larger the electron beam current, the faster it can be desorbed, but if a large number of particles desorb in a short time, the detector may count off, and if the current density is too large, May be locally heated and damaged.
In reality, it is difficult to flow a large current while strongly focusing a relatively low energy electron beam. For example, when the irradiation area is about 2 nanometers (nm 2 ), the current of the electron beam pulse is It is set to about nanoampere (nA) during irradiation.

また、イオン化レーザ77は、反応性生物であるGaCl3 及びAsCl3 のイオン化エネルギはそれぞれ11.5eV、11.6eVであるので、光イオン化を行なう場合の励起光は真空紫外領域となり、確実にイオン化するためには大強度の光源が必要とされること、エッチングがパルス動作であること、不必要な光は余分な光電子やイオンを発生させてバックグラウンドが増加し、また意図しないエッチングが進行する可能性があることから、電子ビームに同期したピーク強度の大きなパルス光源が望ましい。 In the ionization laser 77, since the ionization energies of the reactive organisms GaCl 3 and AsCl 3 are 11.5 eV and 11.6 eV, respectively, the excitation light in the case of photoionization is in the vacuum ultraviolet region, and ionization is ensured. In order to do so, a high-intensity light source is required, the etching is a pulse operation, unnecessary light generates extra photoelectrons and ions, the background increases, and unintended etching proceeds. Because of the possibility, a pulse light source having a large peak intensity synchronized with the electron beam is desirable.

この目的には、希ガスジェットあるいは希ガスセル等を用いてパルスレーザ光の高次高調波を発生させて用いるか、あるいはシンクロトロン放射光などを利用することができる。   For this purpose, high-order harmonics of pulsed laser light can be generated using a rare gas jet or a rare gas cell, or synchrotron radiation can be used.

次に、図14及び図16を参照して分析工程を説明するが、図14はタイミングチャートであり、図15及び図16は吸着−脱離状況の概念的説明図である。
図14及び図15参照
イオン化レーザ77以外の各構成要素は装置全体は真空容器内に設置し、試料の汚染を避けるために1×10-9Torr程度の超高真空とする。
まず、
(1)コリメータ付パルスバルブ73からCl2 からなるエッチャントビーム78を数10ms〜数100ms間放出し、GaAsからなる被分析試料72に塩素原子79を1原子層だけ吸着させる。
この場合の露出量(供給量)は、別途XPS等で飽和吸着する量を決定しておいても良いし、或いは、本発明の装置内で露出量を変えてエネルギビームを十分に照射した際の脱離量が飽和する量を実測しても良く、いずれの場合も、被分析試料72に1層だけ吸着して吸着が飽和するようなエッチャントを使用するため、露出量はさほど厳密に制御せずとも十分に露出すれば必要な吸着状態を得ることができる。
Next, the analysis process will be described with reference to FIGS. 14 and 16. FIG. 14 is a timing chart, and FIGS. 15 and 16 are conceptual explanatory views of the adsorption-desorption situation.
14 and FIG. 15 As for each component other than the ionization laser 77, the entire apparatus is installed in a vacuum vessel, and an ultra-high vacuum of about 1 × 10 −9 Torr is set to avoid contamination of the sample.
First,
(1) The etchant beam 78 made of Cl 2 is emitted from the pulse valve 73 with a collimator for several tens of milliseconds to several hundreds of milliseconds, and the chlorine atom 79 is adsorbed by one atomic layer on the sample 72 made of GaAs.
In this case, the exposure amount (supply amount) may be determined separately by the amount of saturated adsorption by XPS or the like, or when the energy beam is sufficiently irradiated by changing the exposure amount in the apparatus of the present invention. It is possible to actually measure the amount at which the amount of desorbed saturates. In either case, the exposure amount is controlled so strictly because an etchant that adsorbs only one layer to the sample 72 and saturates the adsorption is used. If it is sufficiently exposed, the necessary adsorption state can be obtained.

次いで、
(2)余分なエッチャントを排気する。
この操作は過剰なエッチャントの残留による余分なエッチングを防止して深さ分解能を確保するために必要である。
Then
(2) Exhaust excess etchant.
This operation is necessary to prevent excessive etching due to excessive etchant residue and to ensure depth resolution.

次いで、
(3)エッチャントが吸着した被分析試料72に対して10n秒程度のパルス状の電子ビーム80を静電偏向板等により収束して局所的に照射してエッチングを行ない、被分析試料72から脱離分子81を脱離させる。
この場合の電子ビームパルス時間幅は電子ビームの電流値と分析の速度および検出効率とのトレードオフで決める。
Then
(3) The sample 72 to which the etchant is adsorbed is subjected to etching by focusing and locally irradiating a pulsed electron beam 80 of about 10 ns with an electrostatic deflector or the like, and removing from the sample 72 to be analyzed. The desorbed molecule 81 is desorbed.
The electron beam pulse time width in this case is determined by a trade-off between the electron beam current value, the analysis speed, and the detection efficiency.

即ち、電子ビーム1パルスで照射する電子数が多ければ、全てのエッチャントが無くなるまでの繰り返し照射回数を減らすことができるが、電子ビームパルスの時間幅が大きすぎると、電子ビームパルスの照射開始からイオン化及びイオン加速開始までの時間が長くなり、電子ビーム照射期間の早い時期に脱離した脱離分子81が分析部分から飛散してしまうため、検出感度が下がることになる。
したがって、電子ビームパルスの時間幅は、上述のように10n秒程度とする。
That is, if the number of electrons irradiated with one electron beam pulse is large, the number of times of repeated irradiation until all the etchants disappear can be reduced. However, if the time width of the electron beam pulse is too large, the electron beam pulse irradiation starts. The time until the start of ionization and ion acceleration becomes longer, and the desorbed molecules 81 desorbed at an early stage of the electron beam irradiation period are scattered from the analysis portion, so that the detection sensitivity is lowered.
Therefore, the time width of the electron beam pulse is about 10 nsec as described above.

また、GaAsをCl2 と電子ビームでエッチングする場合、10mC/cm2 程度の電子を照射すれば吸着したCl2 を全て反応させることができる。
そこで、電子ビームの直径、即ち、一点の分析範囲の径が1nmとすると、電流1nA、パルス幅10n秒のビームを10回照射すれば脱離が完了する。
When GaAs is etched with Cl 2 and an electron beam, all of the adsorbed Cl 2 can be reacted by irradiating electrons of about 10 mC / cm 2 .
Therefore, assuming that the diameter of the electron beam, that is, the diameter of one analysis range is 1 nm, desorption is completed by irradiating a beam with a current of 1 nA and a pulse width of 10 nsec 10 times.

この範囲の表面原子は10個程度であり1パルスで脱離する粒子は1個程度であるので、問題なく検出が可能である。
100nm×100nmの範囲を分析しようとすると分析点数は10,000点なので、電子ビームパルスの繰り返し周波数が10kHzならば10秒で1層の反応を完了させることができる。
Since there are about 10 surface atoms in this range and about one particle is detached in one pulse, detection is possible without any problem.
When analyzing the range of 100 nm × 100 nm, the number of analysis points is 10,000. Therefore, if the repetition frequency of the electron beam pulse is 10 kHz, the reaction of one layer can be completed in 10 seconds.

この時、吸着したClと被分析試料72を構成するGa,Asとは3:1の比率で化合してGaCl3 分子及びAsCl3 分子として脱離するので、1回のエッチャントビーム78の照射工程で最表層の1/3原子層が脱離することになる。 At this time, the adsorbed Cl and Ga and As constituting the sample 72 to be analyzed are combined at a ratio of 3: 1 and desorbed as GaCl 3 molecules and AsCl 3 molecules, so that the irradiation process of the etchant beam 78 is performed once. Thus, the 1/3 atomic layer of the outermost layer is detached.

図14及び図16参照
次いで、
(4)電子ビーム照射終了のタイミングに合わせて光イオン化用のレーザパルス82を照射し、表面から脱離したGaCl3 分子及びAsCl3 分子をプラスにイオン化する。
この場合、Ti:サファイアレーザからの波長が800nmの100f秒以下の極短パスルレーザ光を希ガスジェット等に照射することにより真空紫外から軟エックス線領域の高次高調波を発生させて使用する。
See FIG. 14 and FIG.
(4) A laser pulse 82 for photoionization is irradiated in accordance with the end of electron beam irradiation, and GaCl 3 molecules and AsCl 3 molecules desorbed from the surface are ionized positively.
In this case, high-order harmonics from the vacuum ultraviolet to the soft X-ray region are generated by irradiating a rare gas jet or the like with ultrashort pulse laser light having a wavelength of 800 nm and shorter than 100 fsec from a Ti: sapphire laser.

次いで、
(5)電子ビーム照射終了と同時に引出電極75に脱離種イオン加速用の−数kVの電圧を印加することによって脱離種イオン83をイオン検出器76に向けて加速する。
この時、引出電極75とイオン検出器76は同電位であるので、イオンは引出電極75を通過した後は等速でイオン検出器76に向かって飛行する。
この時刻が飛行時間型質量分析を行なう場合には時間ゼロになる。
Then
(5) Simultaneously with the end of electron beam irradiation, a voltage of −several kV for accelerating desorption species ions is applied to the extraction electrode 75 to accelerate the desorption species ions 83 toward the ion detector 76.
At this time, since the extraction electrode 75 and the ion detector 76 are at the same potential, the ions fly toward the ion detector 76 at a constant speed after passing through the extraction electrode 75.
This time becomes zero when performing time-of-flight mass spectrometry.

次いで、
(6)イオン検出器76で脱離種イオン83を検出する。
飛行時間型質量分析法を用いる場合、検出までの飛行時間で脱離種イオン83の質量が分かるので、脱離した元素を同定する。
Then
(6) The desorbed species ions 83 are detected by the ion detector 76.
When using time-of-flight mass spectrometry, the mass of the desorbed species ions 83 is known from the time of flight until detection, so the desorbed element is identified.

次いで、
(7)このような吸着したエッチャントによるエッチングが完了するまで、即ち、最表層の1/3原子層が完全に脱離するまで、上記の(4)〜(6)の工程を繰り返す。
なお、実用的には、予め反応が完了する繰り返し数を求めておいて、その回数だけ上記の電子ビーム照射以降の工程を繰り返しても良い。
Then
(7) The steps (4) to (6) are repeated until the etching with the adsorbed etchant is completed, that is, until the outermost 1/3 atomic layer is completely detached.
Practically, the number of repetitions for completing the reaction may be obtained in advance, and the above-described steps after the electron beam irradiation may be repeated for that number of times.

次いで、
(8)上記の(1)に戻って次の層の分析を行なう。
この場合、(1)〜(7)の工程を3回繰り返すことによって、換算的に最表層の1原子層の分析が完了することになり、この繰り返しを必要とする分析深さまで行う。
Then
(8) Returning to (1) above, the next layer is analyzed.
In this case, by repeating the steps (1) to (7) three times, the analysis of the outermost one atomic layer is completed in terms of conversion, and the analysis is performed up to the analysis depth that requires this repetition.

次いで、
(9)次の分析場所に電子ビームの照射位置を移動して(1)〜(8)を繰り返す。
一般的な面内全体の分析は電子ビームの照射位置をラスタ走査することによって行なうことができる。
Then
(9) The irradiation position of the electron beam is moved to the next analysis place, and (1) to (8) are repeated.
A general in-plane analysis can be performed by raster scanning the electron beam irradiation position.

(10)面内の分析が終了したら、記録する深さ情報を単位深さ(層の厚み)だけ深くして、上記の(1)に戻り、次の層の分析を行ない、必要な深さだけ(1)〜(9)を繰り返して3次元分析を行なう。   (10) When the in-plane analysis is completed, the depth information to be recorded is increased by the unit depth (layer thickness), the process returns to (1) above, the next layer is analyzed, and the necessary depth is obtained. Only (1) to (9) are repeated, and the three-dimensional analysis is performed.

なお、分析を深さ方向に進めるためには層ごとにエッチャントを供給しなければならないので深さ方向の分析速度には余剰エッチャント排気時間が大きく影響するが、排気時間を10秒とすると、エッチャントの供給時間および各層の正味の分析時間を含めて1〜2分で深さ1nmの分析が可能である。   In order to advance the analysis in the depth direction, an etchant must be supplied for each layer. Therefore, the excess etchant exhaust time greatly affects the analysis speed in the depth direction, but if the exhaust time is 10 seconds, the etchant 1 nm deep analysis is possible in 1 to 2 minutes including the supply time and the net analysis time of each layer.

図17参照
図17は、電子ビームの照射位置の移動状況の説明図であり、上図のように直径が1nm程度の小さいスポット径で、1nmステップで走査を行なうと分析点間に隙間が生じてしまうので、隙間を生じさせないためには分析点の移動ステップを小さくすれば良い。
FIG. 17 is an explanatory diagram of the movement of the electron beam irradiation position. As shown in the upper diagram, when scanning is performed in 1 nm steps with a small spot diameter of about 1 nm, a gap is generated between analysis points. Therefore, in order not to generate a gap, the analysis point moving step may be reduced.

或いは、下図に示すように、もう少し大きなスポット径の電子ビームを用いて、例えば1nmステップで走査して良いものであり、脱離が終了した部分に電子ビームが照射されてもエッチングは起こらないので、太い電子ビームを用いてもビーム径よりも面内分解能を高く保つことができる。   Alternatively, as shown in the figure below, an electron beam with a slightly larger spot diameter may be used to scan, for example, in 1 nm steps, and etching does not occur even when the electron beam is irradiated to the part where desorption has been completed. Even if a thick electron beam is used, the in-plane resolution can be kept higher than the beam diameter.

このように、本発明の実施例7においては、デジタルエッチングをアトムプローブ法に導入することにより、電界蒸発を必要とせずに、且つ1層ずつ制御された状態で、しかも元素による電界蒸発のし易さの違いに影響されずに、平面状試料の元素分析を3次元的に原子レベルの分解能で行なうことができる。   As described above, in Example 7 of the present invention, by introducing digital etching into the atom probe method, field evaporation is not required and is controlled in a layer-by-layer manner. The elemental analysis of the planar sample can be performed three-dimensionally with atomic level resolution without being affected by the difference in ease.

次に、図18を参照して、本発明の実施例8の3次元微細領域元素分析方法を説明するが、この実施例8は使用するイオン化用レーザパルスが異なるだけで、他の工程は上記の実施例7と全く同様であるので、タイミングチャートのみを示す。   Next, a three-dimensional fine region elemental analysis method according to Example 8 of the present invention will be described with reference to FIG. 18. This Example 8 differs only in the ionization laser pulse used, and the other steps are as described above. Since this example is exactly the same as Example 7, only the timing chart is shown.

図18参照
上記の実施例7と全く同様に、(1)乃至(3)のエッチャントの供給、余剰エッチャントの排気、電子ビームの照射を行う。
See FIG. 18 In exactly the same manner as in the seventh embodiment, the supply of the etchant (1) to (3), the exhaust of the excess etchant, and the electron beam irradiation are performed.

次いで、
(4′)電子ビーム照射開始のタイミングとパルスレーザ光の立ち上がりとが一致するように、光イオン化用のレーザパルスを照射し、表面から脱離したGaCl3 分子及びAsCl3 分子をプラスにイオン化する。
この場合、光源としては波長が193nmのArFエキシマレーザを用いて2光子過程によりイオン化する。
Then
(4 ′) Irradiation with a laser pulse for photoionization is performed so that the electron beam irradiation start timing coincides with the rise of the pulsed laser beam, and GaCl 3 molecules and AsCl 3 molecules desorbed from the surface are ionized positively. .
In this case, an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm is used as a light source, and ionization is performed by a two-photon process.

以降は、再び、上記の実施例7と全く同様に(5)乃至(10)の工程を繰り返すことによって、平面状試料の分析が完了する。   Thereafter, the analysis of the planar sample is completed by repeating the steps (5) to (10) in exactly the same manner as in Example 7 above.

次に、図19及び図20を参照して、本発明の実施例9の3次元微細領域元素分析方法を説明するが、この実施例9はエッチング用の電子ビームを収束せずに広範囲の領域に照射するとともに、位置敏感型の二次元検出器を用いるものである。   Next, a three-dimensional fine region elemental analysis method according to Example 9 of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 and 20. This Example 9 does not converge the etching electron beam and covers a wide area. And a position sensitive type two-dimensional detector is used.

図19参照
図19は、本発明の実施例9に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図であり、真空容器71内に、平面状の被分析試料72を配置し、この被分析試料72の近傍にCl2 ガス源に接続されたコリメータ付パルスバルブ73を配置するとともに、エッチング用の電子銃74を配置し、また、被分析試料72から10mm程度離れた位置に引出電極75を配置するとともに、被分析試料72から数100mm離れた位置に位置敏感型検出器84し、両者の間に入口電極86、中間電極87及び出口電極88からなるアインツェルレンズ等のイオンレンズ85を配置し、また、真空容器71外には、脱離種をイオン化するためのイオン化レーザ77を配置する。
FIG. 19 is a conceptual configuration diagram of a three-dimensional fine region elemental analyzer used in Example 9 of the present invention. A flat sample 72 is arranged in a vacuum vessel 71, and this sample is analyzed. A pulse valve 73 with a collimator connected to a Cl 2 gas source is disposed in the vicinity of the sample 72, an electron gun 74 for etching is disposed, and an extraction electrode 75 is disposed at a position about 10 mm away from the sample 72 to be analyzed. A position sensitive detector 84 is disposed at a position several hundred mm away from the sample 72 to be analyzed, and an ion lens 85 such as an Einzel lens composed of an entrance electrode 86, an intermediate electrode 87 and an exit electrode 88 is disposed therebetween. In addition, an ionization laser 77 for ionizing the desorbed species is disposed outside the vacuum vessel 71.

この場合、被分析試料72を接地電位として引出電極75に数kVの加速電圧を印加するとともに、位置敏感検出器84、入口電極86及び出口電極88は引出電極75と等電位とする。   In this case, an acceleration voltage of several kV is applied to the extraction electrode 75 with the sample 72 to be grounded, and the position sensitive detector 84, the inlet electrode 86, and the outlet electrode 88 have the same potential as the extraction electrode 75.

また、中間電極87には加速電圧より数百〜数kV高い脱離イオン収束電圧を印加してアインツェルレンズを形成し、この場合の脱離イオン収束電圧はイオンレンズ85で収束された脱離種イオン83が出口電極88と同電位の位置敏感検出器84上に結像するように調整する。   Further, a deionized ion focusing voltage that is several hundred to several kV higher than the acceleration voltage is applied to the intermediate electrode 87 to form an Einzel lens. In this case, the desorbed ion focusing voltage is desorbed by the ion lens 85. Adjustment is performed so that the seed ions 83 are imaged on the position sensitive detector 84 having the same potential as the outlet electrode 88.

また、上記の実施例7と同様に、電子銃74には、数百V〜1kVの加速電圧を印加し、数百eV〜1keV程度のエネルギの電子ビームパルスを照射する。
但し、実施例9においては、分析範囲全体に同時に照射できる太いビーム径の電子ビーム89を照射するために収束ビームとしないものである。
Similarly to the seventh embodiment, an acceleration voltage of several hundred V to 1 kV is applied to the electron gun 74 and an electron beam pulse having an energy of about several hundred eV to 1 keV is irradiated.
However, in Example 9, since the electron beam 89 having a large beam diameter that can be irradiated simultaneously to the entire analysis range is irradiated, it is not a convergent beam.

この場合の電流は、照射範囲の半径を70nmとすると面積は15,000nm2 であるので、実施例7と同様の電流密度にするとビーム電流は15μA程度必要となる。
しかし、上記の実施例1と同様の電流密度とすると分析領域全体から一斉に粒子が脱離してくるため、脱離粒子の数が多すぎて分析が困難になる。
Since the current in this case is 15,000 nm 2 when the radius of the irradiation range is 70 nm, a beam current of about 15 μA is required if the current density is the same as in Example 7.
However, if the current density is the same as in Example 1, the particles are desorbed all at once from the entire analysis region, so that the number of desorbed particles is too large and the analysis becomes difficult.

一般に、遅延線のような位置敏感検出器で飛行時間測定を行なおうとする場合、短い時間間隔での測定が可能であるものの、検出器に同時に入射する粒子は典型的には1個以下としなければならないので、電子ビームの電流は全体でナノアンペア程度とする必要がある。   In general, when performing time-of-flight measurements with a position sensitive detector such as a delay line, it is possible to measure at short time intervals, but typically no more than one particle is incident on the detector simultaneously. Therefore, the current of the electron beam needs to be about nanoamperes as a whole.

次に、図20を参照して分析工程を説明する。
図20参照
上述の実施例7と同様に、イオン化レーザ77以外の各構成要素は装置全体は真空容器内に設置し、試料の汚染を避けるために1×10-9Torr程度の超高真空とする。
まず、
(1)コリメータ付パルスバルブ73からCl2 からなるエッチャントビーム78を数10ms〜数100ms間放出し、GaAsからなる被分析試料72に塩素原子79を1原子層だけ吸着させ、次いで、
(2)余分なエッチャントを排気する。
Next, the analysis process will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 20, each component other than the ionization laser 77 is installed in a vacuum container, and an ultrahigh vacuum of about 1 × 10 −9 Torr is used to avoid contamination of the sample. To do.
First,
(1) An etchant beam 78 made of Cl 2 is emitted from a pulse valve 73 with a collimator for several tens of milliseconds to several hundreds of milliseconds, and a chlorine atom 79 is adsorbed by one atomic layer on a sample 72 made of GaAs,
(2) Exhaust excess etchant.

次いで、
(3)エッチャントが吸着した被分析試料72に対して10n秒程度のパルス状の電子ビーム89を位置敏感検出器84によって面内分解を行なうため収束せずに、例えば、半径が70nmの領域に照射してエッチングを行なう。
Then
(3) A pulsed electron beam 89 of about 10 ns is subjected to in-plane decomposition by the position sensitive detector 84 with respect to the sample 72 to which the etchant is adsorbed, so that it does not converge, for example, in a region having a radius of 70 nm. Irradiate to etch.

次いで、
(4)電子ビーム照射終了のタイミングに合わせて光イオン化用のレーザパルス82を照射し、表面から脱離したGaCl3 分子及びAsCl3 分子をプラスにイオン化する。
この場合も、Ti:サファイアレーザからの波長が800nmの100f秒以下の極短パスルレーザ光を希ガスジェット等に照射することにより真空紫外から軟エックス線領域の高次高調波を発生させて使用する。
Then
(4) A laser pulse 82 for photoionization is irradiated in accordance with the end of electron beam irradiation, and GaCl 3 molecules and AsCl 3 molecules desorbed from the surface are ionized positively.
Also in this case, a high-order harmonic is generated from the vacuum ultraviolet to the soft X-ray region by irradiating a rare gas jet or the like with an ultrashort pulse laser beam having a wavelength of 800 nm and shorter than 100 fsec from a Ti: sapphire laser.

次いで、
(5)電子ビーム照射終了と同時に引出電極75に脱離種イオン加速用の−数kVの電圧を印加することによって脱離種イオン83を位置敏感検出器84に向けて加速する。
この時刻が飛行時間型質量分析を行なう場合には時間ゼロになる。
Then
(5) Simultaneously with the end of the electron beam irradiation, a voltage of −several kV for accelerating the desorption species ions is applied to the extraction electrode 75 to accelerate the desorption species ions 83 toward the position sensitive detector 84.
This time becomes zero when performing time-of-flight mass spectrometry.

加速された脱離種イオン83はイオンレンズ85を通ることによって、位置敏感検出器84上に拡大した像として結像されて、脱離種イオン83の2次平面上の飛来位置が同定されることになる。
なお、SIMSにおいて、イオンレンズを用いて拡大投影することは知られている(例えば、実用新案登録第2520827号参照)。
The accelerated desorbed species ions 83 pass through the ion lens 85 to form an enlarged image on the position sensitive detector 84, and the flying position of the desorbed species ions 83 on the secondary plane is identified. It will be.
In SIMS, it is known to enlarge and project using an ion lens (for example, see Utility Model Registration No. 2520827).

次いで、
(6)位置敏感検出器84で脱離種イオン83を検出する。
飛行時間型質量分析法を用いる場合、検出までの飛行時間で脱離種イオン83の質量が分かるので、脱離した元素を同定する。
Then
(6) The position sensitive detector 84 detects the desorbed species ions 83.
When using time-of-flight mass spectrometry, the mass of the desorbed species ions 83 is known from the time of flight until detection, so the desorbed element is identified.

次いで、
(7)このような吸着したエッチャントによるエッチングが完了するまで、即ち、最表層の1/3原子層が完全に脱離するまで、上記の(4)〜(6)の工程を繰り返す。
なお、実用的には、予め反応が完了する繰り返し数を求めておいて、その回数だけ上記の電子ビーム照射以降の工程を繰り返しても良い。
なお、必要な数のデータが積算されてもエッチャントが残っている場合には大きい電流の電子ビームを照射して、分析を省略してエッチャントによる反応を完了させても構わない。
Then
(7) The steps (4) to (6) are repeated until the etching with the adsorbed etchant is completed, that is, until the outermost 1/3 atomic layer is completely detached.
Practically, the number of repetitions for completing the reaction may be obtained in advance, and the above-described steps after the electron beam irradiation may be repeated for that number of times.
If the etchant remains even after the necessary number of data has been integrated, the electron beam with a large current may be irradiated to omit the analysis and complete the reaction by the etchant.

次いで、
(8)上記の(1)に戻って次の層の分析を行なう。
この場合、(1)〜(7)の工程を3回繰り返すことによって、換算的に最表層の1原子層の分析が完了することになり、この繰り返しを必要とする分析深さまで行う。
Then
(8) Returning to (1) above, the next layer is analyzed.
In this case, by repeating the steps (1) to (7) three times, the analysis of the outermost one atomic layer is completed in terms of conversion, and the analysis is performed up to the analysis depth that requires this repetition.

次いで、
(9)次の分析場所に電子ビームの照射位置を移動して(1)〜(8)を繰り返す。
一般的な面内全体の分析は電子ビームの照射位置をラスタ走査することによって行なうことができる。
Then
(9) The irradiation position of the electron beam is moved to the next analysis place, and (1) to (8) are repeated.
A general in-plane analysis can be performed by raster scanning the electron beam irradiation position.

(10)面内の分析が終了したら、記録する深さ情報を単位深さ(層の厚み)だけ深くして、上記の(1)に戻り、次の層の分析を行ない、必要な深さだけ(1)〜(9)を繰り返して3次元分析を行なう。   (10) When the in-plane analysis is completed, the depth information to be recorded is increased by the unit depth (layer thickness), the process returns to (1) above, the next layer is analyzed, and the necessary depth is obtained. Only (1) to (9) are repeated, and the three-dimensional analysis is performed.

このように、本発明の実施例9においては、広い分析領域の分析を同時に行うことができるので、実施例7の場合に比べて分析時間を短縮することができる。   As described above, in the ninth embodiment of the present invention, the analysis of a wide analysis region can be performed at the same time, so that the analysis time can be shortened compared to the case of the seventh embodiment.

次に、図21を参照して、本発明の実施例10の3次元微細領域元素分析方法を説明するが、この実施例10は使用するイオン化用レーザパルスが異なるだけで、他の工程は上記の実施例9と全く同様であるので、タイミングチャートのみを示す。   Next, a three-dimensional fine region elemental analysis method according to Example 10 of the present invention will be described with reference to FIG. 21. This Example 10 differs only in the ionization laser pulse to be used. Since this is exactly the same as the ninth embodiment, only the timing chart is shown.

図21参照
上記の実施例9と全く同様に、(1)乃至(3)のエッチャントの供給、余剰エッチャントの排気、電子ビームの照射を行う。
See FIG. 21. In exactly the same manner as in the ninth embodiment, the supply of the etchant (1) to (3), the exhaust of the excess etchant, and the electron beam irradiation are performed.

次いで、上記の実施例8と同様に、
(4′)電子ビーム照射開始のタイミングとパルスレーザ光の立ち上がりとが一致するように、光イオン化用のレーザパルスを照射し、表面から脱離したGaCl3 分子及びAsCl3 分子をプラスにイオン化する。
この場合も、光源としては波長が193nmのArFエキシマレーザを用いて2光子過程によりイオン化する。
Then, as in Example 8 above,
(4 ′) Irradiation with a laser pulse for photoionization is performed so that the electron beam irradiation start timing coincides with the rise of the pulsed laser beam, and GaCl 3 molecules and AsCl 3 molecules desorbed from the surface are ionized positively. .
Also in this case, ionization is performed by a two-photon process using an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm as a light source.

以降は、再び、上記の実施例9と全く同様に(5)乃至(10)の工程を繰り返すことによって、平面状試料の分析が完了する。   Thereafter, the analysis of the planar sample is completed by repeating the steps (5) to (10) in exactly the same manner as in Example 9 above.

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載した条件・構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、各実施例に記載した装置の材質等はその性質さえ保てば任意に変更可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the conditions and configurations described in the embodiments, and various modifications can be made. For example, the devices described in the embodiments The material can be arbitrarily changed as long as its properties are maintained.

また、上記の各実施例においては、エッチャントとしてCl2 を用いているが、Cl2 に限られるものではなく、F2 或いはBr2 等の他のハロゲンガスでも良く、さらには、被分析試料を構成する元素の種類に応じてハロゲンガス以外のエッチャントを用いても良いものである。 In each of the above embodiments, Cl 2 is used as an etchant, but is not limited to Cl 2, and may be other halogen gas such as F 2 or Br 2. An etchant other than the halogen gas may be used depending on the type of constituent elements.

また、上記の各実施例においては、被分析試料をGaAsとしているが、GaAsに限られないことは言うまでもないことであり、InAs等の他のIII-V族化合物半導体、或いは、Si等のIV族半導体にも適用可能であり、さらには、半導体以外の金属材料にも適用可能である。   In each of the above embodiments, the sample to be analyzed is GaAs. However, it goes without saying that the sample is not limited to GaAs, and other III-V group compound semiconductors such as InAs, or IV such as Si. The present invention can also be applied to group semiconductors, and can also be applied to metal materials other than semiconductors.

例えば、金属のハロゲン化物は蒸気圧が高いので、金属試料に上記の実施例1に示した方法によって、Cl2 を吸着させ、その後にエネルギビームを用いて瞬間的に温度を上昇させて金属塩化物として脱離させれば良い。 For example, since a metal halide has a high vapor pressure, Cl 2 is adsorbed on a metal sample by the method shown in Example 1 above, and then the temperature is instantaneously increased using an energy beam to cause metal chloride. What is necessary is just to detach | desorb as a thing.

単結晶試料の場合、例えば、Niの(001)面では、Cl2 は解離吸着し、0.5ML(モノレイヤ)の吸着比率で吸着は飽和する。
その後、例えば、Nd:YAGの基本波や2倍波等からなる赤外〜可視光パルスレーザを用いて試料を瞬間的に数100Kまで加熱して熱脱離によってNiCl2 の形で脱離させれば良く、レーザ照射時刻を時間ゼロとして表面原子の元素分析を行なうことができる。
なお、レーザビームで加熱する部分を試料先端に限定すれば、熱は試料の柄の部分、試料ホルダと散逸するので試料は速やかに冷却される。
In the case of a single crystal sample, for example, Cl 2 dissociates and adsorbs on the (001) face of Ni, and the adsorption is saturated at an adsorption ratio of 0.5 ML (monolayer).
Thereafter, for example, the sample is instantaneously heated to several hundred K using an infrared to visible light pulse laser composed of Nd: YAG fundamental wave or second harmonic wave, and desorbed in the form of NiCl 2 by thermal desorption. The elemental analysis of the surface atoms can be performed by setting the laser irradiation time to zero.
If the portion heated by the laser beam is limited to the tip of the sample, the heat is dissipated from the handle portion of the sample and the sample holder, so that the sample is quickly cooled.

また、上記の実施例1乃至実施例3においては、図示を簡単にするためにコリメータ付パルスバルブ全体を真空容器内に収容しているが、超高真空系に設置するためには、ベーキングを行うために、パルスバルブ部を真空容器外に設置して、キャピラリープレートのみを試料近傍になるように真空容器内に配置することが望ましい。   In the first to third embodiments, the entire pulse valve with a collimator is accommodated in a vacuum vessel for the sake of simplicity. However, in order to install in an ultra-high vacuum system, baking is performed. For this purpose, it is desirable to install the pulse valve unit outside the vacuum vessel and place only the capillary plate in the vicinity of the sample in the vacuum vessel.

また、上記の実施例4乃至実施例6においては固体電解質としてAgClを用いているが、AgBr等の他のハロゲン化銀を用いても良いものであり、さらには銀系に限られるものではなく、他のハロゲン化合物を用いても良いものである。   In Examples 4 to 6, AgCl is used as the solid electrolyte. However, other silver halides such as AgBr may be used, and the silver electrolyte is not limited to silver. Other halogen compounds may be used.

また、上記の実施例4乃至実施例6においては陰極としてAgを用いているが、Agに限られるものではなく、他の金属でも良く、特に、固定電解質を構成する金属元素と同じ金属で構成することが望ましく、それによって、電気分解が進行して固定電解質を構成する金属元素が陰極に析出しても、電気分解の条件が変わることがない。   Further, in Examples 4 to 6 described above, Ag is used as the cathode, but it is not limited to Ag, and may be other metals, and in particular, composed of the same metal as the metal element constituting the fixed electrolyte. Therefore, even when the electrolysis progresses and the metal element constituting the fixed electrolyte is deposited on the cathode, the electrolysis conditions do not change.

また、上記の実施例4乃至実施例6においては陽極としてPtを用いているが、Ptに限られるものではなく、使用するエッチャントに対する耐性の高い金属であれば良い。   Further, in Examples 4 to 6 described above, Pt is used as the anode, but it is not limited to Pt, and any metal having high resistance to the etchant used may be used.

また、上記の実施例2においてはイオン化アシストレーザとして3.5eV〜6.4eV相当の波長のエキシマレーザを用いているが、エキシマレーザに限られるものではなく、Nd:YAGレーザの3倍波(3.5eV)或いは4倍波(4.7eV)等の高調波を用いても良いものである。   In the second embodiment, an excimer laser having a wavelength corresponding to 3.5 eV to 6.4 eV is used as the ionization assist laser. However, the excimer laser is not limited to the excimer laser, and the third harmonic of the Nd: YAG laser ( Harmonics such as 3.5 eV) or fourth harmonic (4.7 eV) may be used.

また、上記の実施例4においては、コリメータ部分を筐体と一体に構成しているが、このコリメータ部分はエッチャントであるハロゲンに腐食されない材質で独立した部品として作製しても良いものである。   In the fourth embodiment, the collimator portion is formed integrally with the housing. However, the collimator portion may be manufactured as an independent part using a material that is not corroded by the etchant halogen.

また、上記の実施例6において、エッチャント発生部から表面のみを通ってなるべく短距離で試料先端に到達する経路を確保しつつ、真空槽内へのガスの流出を防ぐためになるべく固体電解質が隠れるように構成してあるが、両側からクランプにする陽極の形状を固体電解質を間隙を介してほぼ完全に囲む形状とする、例えば、一対の水平断面が円弧状の陽極とすることによって、Cl2 の真空槽内への流出をより効果的に抑制することができる。 Further, in Example 6 described above, the solid electrolyte is hidden as much as possible in order to prevent the outflow of gas into the vacuum chamber while ensuring a path from the etchant generation part through the surface only to reach the sample tip as short as possible. to it are constituted, the shape surrounding almost completely the shape of the anode of the clamp from both sides through a gap the solid electrolyte, for example, a pair of horizontal cross-section by an arc-shaped anode, the Cl 2 The outflow into the vacuum chamber can be more effectively suppressed.

また、上記の実施例3乃至実施例6においては、イオン化をイオン化電界による電界イオン化のみで行っているが、実施例2と同様にイオン化アシストレーザを併用しても良いものである。   Further, in the above-described third to sixth embodiments, ionization is performed only by field ionization using an ionization electric field, but an ionization assist laser may be used in combination as in the second embodiment.

また、上記の各実施例においては、脱離した分子のイオン化に際して、少なくともイオン化電界を用いているが、イオン化電界を全く用いることなく、電子ビームを含む粒子ビーム、或いは、レーザビームを用いても良いものであり、この場合には、分子のイオン化ポテンシャルである10eV程度以上のエネルギーのエネルギービームを照射すれば良い。   In each of the above embodiments, at least an ionization electric field is used for ionizing the desorbed molecules. However, a particle beam including an electron beam or a laser beam may be used without using the ionization electric field at all. In this case, an energy beam having an energy of about 10 eV or more, which is the ionization potential of the molecule, may be irradiated.

また、上記の実施例2及び実施例4乃至実施例6においては、被分析試料から飛翔してきたイオン化分子をそのまま検出器で検出しているが、実施例3と同様にリフレクトロンを介して検出しても良いものであり、それによって、精度の高い検出が可能になる。   In Example 2 and Examples 4 to 6, the ionized molecules flying from the sample to be analyzed are detected as they are by the detector, but they are detected via the reflectron as in Example 3. It is also possible to perform detection with high accuracy.

また、上記の各実施例においては、分子の脱離を電子ビーム照射によって行っているが、電子ビームに限られるものではなく、Arビーム等の他の粒子ビームを用いても良いものであり、さらには、レーザ光等の光ビームを用いても良いものである。   In each of the above embodiments, desorption of molecules is performed by electron beam irradiation, but the present invention is not limited to electron beams, and other particle beams such as Ar beams may be used. Furthermore, a light beam such as a laser beam may be used.

また、上記の実施例7,8においては、引出電極で加速した脱離種イオンをそのまま飛行管を飛行させて荷電粒子検出器に入射させているが、検出効率を上げるために飛行管の途中にイオンレンズやコリメータを挿入しても良いし、或いは、質量分解能をあげるためにリフレクトロンを使用しても良いものである。   In Examples 7 and 8, the desorbed species ions accelerated by the extraction electrode are caused to fly as they are through the flight tube and enter the charged particle detector. However, in order to increase detection efficiency, An ion lens or a collimator may be inserted into the tube, or a reflectron may be used to increase the mass resolution.

また、上記の実施例7,8においては、質量分析を飛行時間型で行っているが、四重極質量分析器など、他の方式の質量分析方法を用いても良く、この場合は、飛行時間による制限を受けずに電子ビームおよびイオン化用光パルスならびに引出電圧印加の繰り返し周波数を高めることが可能になる。
但し、飛行時間型でない質量分析器を用いれば分析速度を高めることが可能であるが、同時には単一の質量の分子種しか検出できないため、飛行時間型と比較して質量分析部分の感度が低くなる。
In Examples 7 and 8 described above, mass spectrometry is performed in a time-of-flight type, but other types of mass spectrometry methods such as a quadrupole mass analyzer may be used. It is possible to increase the repetition frequency of the application of the electron beam, the ionization light pulse, and the extraction voltage without being limited by time.
However, using a non-time-of-flight mass analyzer can increase the analysis speed, but at the same time, only a single mass molecular species can be detected. Lower.

さらには、パルス化しない電子ビームを用いて引出電圧も印加したままで用いて、上述の(3)以降の工程まで連続的に行なうことも可能である。
この場合、引出電圧を印加した状態で電子ビームが所望の位置に照射されるように調整することは言うまでもない。
Furthermore, it is also possible to use the electron beam that is not pulsed while applying the extraction voltage and continuously perform the steps (3) and subsequent steps.
In this case, it goes without saying that adjustment is performed so that the electron beam is irradiated to a desired position while the extraction voltage is applied.

また、上記の実施例9,10においては脱離種イオンの検出に時間分解可能な位置敏感検出器を用いているが、位置敏感検出器に限られるものではなく、蛍光板とCCDカメラを組み合わせて使用しても良いものである。
なお、蛍光板とCCDカメラの組み合わせでμ秒単位以下の時間分解測定を行なおうとする場合には、検出器面上の位置が異なれば同時に入射する粒子を検出可能であるが、検出器の測定速度の制限から数μ秒程度以下の時間間隔での連続測定はできず、トリガからの撮像時間をずらしながら同条件で繰り返し測定を行なわなければならず、たとえば50μ秒の期間を10n秒の分解能で測定するとすると50,000回の繰り返し測定が必要となる。
Further, in the above-described Examples 9 and 10, a position sensitive detector capable of time resolution is used for detection of desorbed species ions, but it is not limited to the position sensitive detector, and a combination of a fluorescent screen and a CCD camera is used. It can be used.
In addition, when performing time-resolved measurement in units of microseconds or less with a combination of a fluorescent screen and a CCD camera, it is possible to detect incident particles simultaneously if the position on the detector surface is different. Due to speed limitations, continuous measurement cannot be performed at time intervals of about several microseconds or less, and repeated measurement must be performed under the same conditions while shifting the imaging time from the trigger. For example, a 50 microsecond period has a resolution of 10 nanoseconds. If it measures by 50,000, the measurement of 50,000 times will be needed.

測定が進行することによる条件( 残留粒子) の変化の影響を少なくするために、1組5,000回の繰り返し測定終了後にたとえば半数の表面原子が残っているようにすると、やはり全体でナノアンペア程度の電流とする必要がある。   In order to reduce the influence of changes in the conditions (residual particles) due to the progress of measurement, if, for example, half of the surface atoms remain after the completion of a set of 5,000 repetitions, the total nanoamperes are also obtained. It is necessary to set the current to a degree.

ここで再び図1を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図1参照
(付記1)ハロゲンガスを被分析試料1に飽和吸着させたのち、前記ハロゲンガスの供給を停止する工程と、エネルギービーム5を照射して被分析試料1のハロゲンガスの吸着した部分のみを脱離させる工程と、脱離した被分析試料1由来する粒子6の質量分析を行なうことによって被分析試料1表面の元素分析を行なう工程とを備えることを特徴とする3次元微細領域元素分析方法。
(付記2) 前記脱離した被分析試料1由来する粒子6を電界の印加によってイオン化したのち、イオン化された脱離種イオンを加速させて分析器に飛行させることを特徴とする付記1記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記3) 前記質量分析を行なう際に、飛行時間型の質量分析法を用いて元素分析を行なう付記1または付記2に記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記4) 前記質量分析を行なう際に、脱離の進行に対する元素分析のデータを記録することによって前記被分析試料1の表面から深さ方向への元素分布を分析することを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1に記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記5) 前記質量分析を行なう際に、前記脱離した被分析試料1由来する粒子6を位置敏感検出器に拡大投影することによって、前記粒子6の前記被分析試料1上の脱離位置を判別することを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記6) 前記質量分析を行なう際に、脱離の進行に対する被分析試料1由来する粒子6の脱離位置を記録することによって前記被分析試料1の3次元的元素分布を分析することを特徴とする付記5記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記7) 前記被分析試料が平面状試料であり、且つ、前記エネルギービームを収束して前記被分析試料に局所的に照射することを特徴とする付記1記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記8) 前記収束させたエネルギビームを前記分析試料の面上で走査して照射することを特徴とする付記7記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記9)前記収束させたエネルギビームを走査する際に、前記エネルギービームの照射位置を吸着させたガス種の既脱離部分と一部重ねるよう前記エネルギービームを走査することを特徴とする付記8記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記10) 前記被分析試料が平面状試料であり、且つ、前記エネルギービームを収束せずに前記被分析試料に照射するとともに、前記脱離した被分析試料由来するイオン化した粒子を、イオンレンズによって2次元検出器上に結像させることを特徴とする付記1記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記11)前記質量分析を行なう際に、エッチングの進行に対する元素分析のデータを記録することによって前記被分析試料1の表面から深さ方向への元素分布を分析することを特徴とする付記7乃至付記10のいずれか1に記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記12) 前記ハロゲンガスの供給を、ハロゲンガス源に接続されたパルスバルブを用いてパルス的に供給することを特徴とする付記1乃至付記11のいずれか1に記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記13)前記ハロゲンガスの供給を、前記ハロゲンガスを構成元素として含んだ固体電解質にパルス電気に電圧を印加してパルス的に供給することを特徴とする付記1乃至付記12のいずれか1に記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記14) 前記被分析試料が凸状試料であり、且つ、前記ハロゲンガスの供給を、前記ハロゲンガスを構成元素として含んだ固体電解質にパルス電気に電圧を印加して前記被分析試料1の下端部にパルス的に供給して表面に吸着させたのち、前記被分析試料1を加熱して前記吸着したハロゲンガスを熱拡散させて前記被分析試料1の先端部の表面まで移動させることを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか1に記載の3次元微細領域元素分析方法。
(付記15) 被分析試料1にハロゲンガスを供給するハロゲンガス供給手段、前記被分析試料1にエネルギービーム5を照射してエッチングを進行させて被分析試料1の表面からハロゲンガスの吸着した部分のみを脱離させるエネルギービーム照射手段4、前記脱離した被分析試料1由来する粒子6をイオン化させるイオン化手段、前記イオン化した粒子6を加速して検出器7に飛行させる加速手段、及び、検出器7を少なくとも備えたことを特徴とする3次元微細領域元素分析装置。
(付記16前記イオン化した粒子6を、リフレクトロンを介して検出器7で検出することを特徴とする付記15に記載の3次元微細領域元素分析装置。
(付記17前記ハロゲンガス供給手段が、前記ハロゲンガス源に接続されたパルスバルブを含んでいることを特徴とする付記15または付記16に記載の3次元微細領域元素分析装置。
(付記18 前記ハロゲンガス供給手段が、前記ハロゲンガスを構成元素として含んだ固体電解質及び前記固体電解質に電気分解のための電圧を印加する電圧印加手段を含んでいることを特徴とする付記16または付記17に記載の3次元微細領域元素分析装置。
(付記19前記ハロゲンガス供給手段が、前記ハロゲンガスを構成元素として含んだ固体電解質を収容した固体電解セルであることを特徴とする付記18に記載の3次元微細領域元素分析装置。
(付記20 前記固体電解セルが、前記被分析試料1を取り囲む、中空円筒状構造を有する固体電解セルであることを特徴とする付記19に記載の3次元微細領域元素分析装置。
(付記21前記ハロゲンガス供給手段が、陰極、前記陰極上に設けられ、前記ハロゲンガスを構成元素として含むと共に前記被分析試料1の底部に間隙を介して前記陰極上に設けられた固体電解質、前記被分析試料1及び固体電解質をクランプして固定する陽極、及び、前記被分析試料1の温度を調整する加熱手段を少なくとも備えていることを特徴とする付記18に記載の3次元微細領域元素分析装置。
(付記22) 前記固体電解質がハロゲン化銀であることを特徴とする付記18乃至付記21のいずれか1に記載の3次元微細領域元素分析装置。
The detailed features of the present invention will be described again with reference to FIG. 1 again.
Referring again to FIG. 1 (Appendix 1), the halogen gas is saturatedly adsorbed on the sample 1 to be analyzed, and then the supply of the halogen gas is stopped, and the energy gas 5 is irradiated to adsorb the halogen gas on the sample 1 to be analyzed. characterized in that it comprises the only the steps of the Ru desorbed portion, and performing elemental analysis of the sample to be analyzed first surface by performing a mass analysis of the particles 6 resulting from the analyte 1 desorbed Three-dimensional fine region elemental analysis method.
(Supplementary Note 2) after the and therefore ionize to application of an electric field the particles 6 resulting from the desorbed sample to be analyzed 1, Appendix 1, characterized in that to fly to the analyzer to accelerate desorption species ions ionized 3D micro region elemental analysis method according to.
(Supplementary Note 3) when performing the mass spectrometry, three-dimensional micro-regions elemental analysis method according to Appendix 1 or Appendix 2 perform elemental analysis using mass spectrometry time-of-flight.
(Additional remark 4) When performing the said mass spectrometry, the element distribution to the depth direction from the surface of the said to- be-analyzed sample 1 is analyzed by recording the data of the elemental analysis with respect to progress of desorption, The additional remark characterized by the above-mentioned The three-dimensional fine region elemental analysis method according to any one of 1 to Appendix 3.
(Supplementary Note 5) when performing the mass spectrometry, the by enlarged and projected position sensitive detector particles 6 resulting from the desorbed analytes 1, leaving on the sample to be analyzed 1 of the particles 6 The three-dimensional fine region elemental analysis method according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein the position is determined.
(Supplementary Note 6) when performing the mass spectrometry to analyze the three-dimensional element distribution of the sample to be analyzed 1 by recording the detachment position of the particles 6 resulting from the analyte 1 on the progression of desorption The three-dimensional fine region elemental analysis method according to appendix 5 , characterized by:
(Supplementary Note 7) The sample to be analyzed is planar sample, and three-dimensional micro-region elemental analysis according to Appendix 1, characterized by locally irradiating converged said energy beam to said sample to be analyzed Method.
(Supplementary Note 8) 3-dimensional microscopic region elemental analysis method described energy beam is the converged to Appendix 7, characterized in that irradiation is scanned over the surface of the analytical sample.
When scanning (Supplementary Note 9) energy beam is the convergence, and wherein the scanning the energy beam so as to overlap the energy beam part and already desorption part of the gas species is adsorbed irradiation position The three-dimensional fine region elemental analysis method according to appendix 8.
(Supplementary Note 10) In the case of the sample to be analyzed is planar sample, and irradiates the sample to be analyzed without converging said energy beam, the ionized particles derived from analytes that releases the de-ion The three-dimensional fine region elemental analysis method according to appendix 1 , wherein the image is formed on a two-dimensional detector by a lens.
(Supplementary Note 11) when performing the mass spectrometry, Appendix 7, wherein analyzing the element distribution in a depth direction from the sample to be analyzed first surface by recording the data of elemental analysis on the progression of etching The three-dimensional fine region elemental analysis method according to any one of 1 to appendix 10.
(Supplementary note 12) The three-dimensional fine region element according to any one of Supplementary notes 1 to 11, wherein the halogen gas is supplied in a pulse manner using a pulse valve connected to a halogen gas source. Analysis method.
Supply (Note 13) said halogen gas, any one of Appendixes 1 to Appendix 12 and supplying the halogen gas contains the solid electrolyte by applying a voltage to the electrical pulse in a pulsed manner but as a constituent element 1 The three-dimensional fine region elemental analysis method described in 1.
(Supplementary Note 14) The sample to be analyzed is convex sample, and, the supply of the halogen gas, by applying a voltage pulse electricity to the solid electrolyte containing as an element the halogen gas in the sample to be analyzed 1 After the pulse is supplied to the lower end and adsorbed on the surface, the sample 1 to be analyzed is heated to thermally diffuse the adsorbed halogen gas and move to the surface of the tip of the sample 1 to be analyzed. The three-dimensional fine region elemental analysis method according to any one of supplementary notes 1 to 6, which is a feature.
(Supplementary Note 15 ) Halogen gas supply means for supplying a halogen gas to the sample 1 to be analyzed, a portion where the sample 1 is irradiated with an energy beam 5 and etching proceeds to adsorb the halogen gas from the surface of the sample 1 to be analyzed Energy beam irradiation means 4 for desorbing only ions, ionization means for ionizing particles 6 derived from the desorbed sample 1 , acceleration means for accelerating and flying the ionized particles 6 to a detector 7, and A three-dimensional fine region elemental analysis apparatus comprising at least a detector (7).
(Supplementary note 16 ) The three-dimensional microregion elemental analysis apparatus according to supplementary note 15, wherein the ionized particle 6 is detected by a detector 7 through a reflectron.
(Supplementary note 17 ) The three-dimensional fine region elemental analysis apparatus according to supplementary note 15 or 16 , wherein the halogen gas supply means includes a pulse valve connected to the halogen gas source.
Appendix (Supplementary Note 18) The halogen gas supply means, characterized in that it includes a voltage application means for applying a voltage for electrolysis to the solid electrolyte and the solid electrolyte containing the halogen gas as an element 16 Or the three-dimensional fine region elemental analyzer according to appendix 17 .
(Supplementary note 19 ) The three-dimensional fine region elemental analysis apparatus according to supplementary note 18, wherein the halogen gas supply means is a solid electrolytic cell containing a solid electrolyte containing the halogen gas as a constituent element.
(Supplementary Note 20) The solid electrolytic cell, said surround the sample to be analyzed 1, 3-dimensional micro-regions elemental analyzer according to note 19, which is a solid electrolyte cell having a hollow cylindrical structure.
(Supplementary Note 21) The halogen gas supply means, a cathode, disposed on the cathode, a solid electrolyte provided on the cathode through said gap at the bottom of the sample to be analyzed 1 with containing the halogen gas as an element The three-dimensional microregion according to appendix 18 , further comprising: an anode that clamps and fixes the sample 1 to be analyzed and a solid electrolyte; and a heating unit that adjusts the temperature of the sample 1 to be analyzed. Elemental analyzer.
(Supplementary note 22) The three-dimensional fine region elemental analyzer according to any one of supplementary notes 18 to 21 , wherein the solid electrolyte is silver halide.

本発明の活用例としては、GaAs等のIII-V族化合物半導体等の半導体を用いた試料の不純物濃度分布等の組成分布の分析が典型的であるが、GMR素子等の金属材料からなる多層薄膜積層構造の3次元構造解析にも適用されるものである。   As an application example of the present invention, analysis of a composition distribution such as an impurity concentration distribution of a sample using a semiconductor such as a III-V group compound semiconductor such as GaAs is typical, but a multilayer made of a metal material such as a GMR element is typical. The present invention is also applied to a three-dimensional structural analysis of a thin film laminated structure.

本発明の原理的構成の説明図である。It is explanatory drawing of the fundamental structure of this invention. 本発明の実施例1に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a notional block diagram of the three-dimensional micro area | region element analyzer used for Example 1 of this invention. コリメータ付パルスバルブの概略的構成図である。It is a schematic block diagram of a pulse valve with a collimator. 本発明の実施例1の3次元微細領域元素分析方法のタイミングチャートである。It is a timing chart of the three-dimensional fine region elemental analysis method of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の3次元微細領域元素分析方法における吸着−脱離状況の概念的説明図である。It is a conceptual explanatory drawing of the adsorption-desorption state in the three-dimensional fine region elemental analysis method of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例2に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図である。It is a notional block diagram of the three-dimensional micro area | region element analyzer used for Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の3次元微細領域元素分析方法のタイミングチャートである。It is a timing chart of the three-dimensional fine area elemental analysis method of Example 2 of the present invention. 本発明の実施例3に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図である。It is a notional block diagram of the three-dimensional micro area | region element analyzer used for Example 3 of this invention. 本発明の実施例4に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図である。It is a notional block diagram of the three-dimensional micro area | region element analyzer used for Example 4 of this invention. 固体電解セルの概略的構成図である。It is a schematic block diagram of a solid electrolytic cell. 本発明の実施例5の3次元微細領域元素分析装置に用いる固体電解セルの概略的要部切り欠き斜視図である。It is a schematic principal part notch perspective view of the solid electrolytic cell used for the three-dimensional micro area | region elemental analyzer of Example 5 of this invention. 本発明の実施例6の3次元微細領域元素分析装置を構成するエッチャント供給系近傍の概略的構成図である。It is a schematic block diagram of the etchant supply system vicinity which comprises the three-dimensional micro area elemental analyzer of Example 6 of this invention. 本発明の実施例7に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図である。It is a notional block diagram of the three-dimensional micro area elemental analyzer used for Example 7 of this invention. 本発明の実施例7の3次元微細領域元素分析方法のタイミングチャートである。It is a timing chart of the three-dimensional fine area elemental analysis method of Example 7 of this invention. 本発明の実施例7の3次元微細領域元素分析方法における吸着−脱離状況の途中までの概念的説明図である。It is a conceptual explanatory drawing to the middle of the adsorption-desorption state in the three-dimensional fine region elemental analysis method of Example 7 of the present invention. 本発明の実施例7の3次元微細領域元素分析方法における吸着−脱離状況の図15以降の概念的説明図である。It is a conceptual explanatory drawing after FIG. 15 of the adsorption | suction-desorption state in the three-dimensional micro area | region elemental analysis method of Example 7 of this invention. 本発明の実施例7の3次元微細領域元素分析方法における電子ビームの照射位置の移動状況の説明図である。It is explanatory drawing of the movement condition of the irradiation position of the electron beam in the three-dimensional micro area elemental analysis method of Example 7 of this invention. 本発明の実施例8の3次元微細領域元素分析方法のタイミングチャートである。It is a timing chart of the three-dimensional fine region elemental analysis method of Example 8 of the present invention. 本発明の実施例9に用いる3次元微細領域元素分析装置の概念的構成図である。It is a notional block diagram of the three-dimensional fine area elemental analyzer used in Example 9 of the present invention. 本発明の実施例9の3次元微細領域元素分析方法のタイミングチャートである。It is a timing chart of the three-dimensional fine area elemental analysis method of Example 9 of this invention. 本発明の実施例10の3次元微細領域元素分析方法のタイミングチャートである。It is a timing chart of the three-dimensional fine area elemental analysis method of Example 10 of this invention. 3次元アトムプローブ法の原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle of a three-dimensional atom probe method.

符号の説明Explanation of symbols

1 被分析試料
2 ガス種供給手段
3 ガス種
4 エネルギービーム照射手段
5 エネルギービーム
6 粒子
7 検出器
11 真空容器
12 被分析試料
13 コリメータ付パルスバルブ
14 電子銃
15 位置敏感検出器
16 エッチャントビーム
17 電子ビーム
18 塩素原子
19 電子ビーム加速電源
20 イオン化・投影電源
21 脱離種イオン
22 エキシマレーザ
23 レーザビーム
24 リフレクトロン
25 固体電解セル
30 パルスバルブ
31 筐体
32 オリフィス
33 ガス供給管
34 マグネット
35 ポペット
36 スプリング
37 ソレノイド
38 コリメータ
39 キャピラリプレート
40 ガスケット
41 絶縁性管状筐体
42 陰極
43 固体電解質
44 陽極
45 ヒータ
46 電解用電源
47 エッチャント供給スイッチ
51 筐体
52 ヒータ
53 陰極
54 陽極
55 固体電解質
56 電解用電源
57 エッチャント供給スイッチ
61 ホルダ
62 陰極
63 陽極
64 固体電解質
65 ヒータ
71 真空容器
72 被分析試料
73 コリメータ付パルスバルブ
74 電子銃
75 引出電極
76 イオン検出器
77 イオン化レーザ
78 エッチャントビーム
79 塩素原子
80 電子ビーム
81 脱離分子
82 レーザパルス
83 脱離種イオン
84 位置敏感型検出器
85 イオンレンズ
86 入口電極
87 中間電極
88 出口電極
89 電子ビーム
91 針状試料
92 位置敏感検出器
93 イオン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Analyzed sample 2 Gas seed | species supply means 3 Gas seed | species 4 Energy beam irradiation means 5 Energy beam 6 Particle | grain 7 Detector 11 Vacuum container 12 Analyzed sample 13 Pulse valve 14 with a collimator Electron gun 15 Position sensitive detector 16 Etchant beam 17 Electron Beam 18 Chlorine atom 19 Electron beam acceleration power supply 20 Ionization / projection power supply 21 Desorption species ion 22 Excimer laser 23 Laser beam 24 Reflectron 25 Solid electrolysis cell 30 Pulse valve 31 Housing 32 Orifice 33 Gas supply pipe 34 Magnet 35 Poppet 36 Spring 37 Solenoid 38 Collimator 39 Capillary plate 40 Gasket 41 Insulating tubular housing 42 Cathode 43 Solid electrolyte 44 Anode 45 Heater 46 Electrolytic power supply 47 Etchant supply switch 51 Housing 52 Heater 53 Cathode 54 Anode 55 Solid electrolyte 56 Electrolytic power source 57 Etchant supply switch 61 Holder 62 Cathode 63 Anode 64 Solid electrolyte 65 Heater 71 Vacuum vessel 72 Sample 73 Collimated pulse valve 74 Electron gun 75 Extraction electrode 76 Ion detector 77 Ionization laser 78 Etchant Beam 79 Chlorine atom 80 Electron beam 81 Desorbed molecule 82 Laser pulse 83 Desorbed species ion 84 Position sensitive detector 85 Ion lens 86 Inlet electrode 87 Intermediate electrode 88 Exit electrode 89 Electron beam 91 Needle-shaped sample 92 Position sensitive detector 93 ion

Claims (4)

ハロゲンガスを被分析試料に飽和吸着させたのち、前記ハロゲンガスの供給を停止する工程と、
エネルギービームを照射して前記被分析試料のハロゲンガスの吸着した部分のみを脱離させる工程と、
脱離した前記被分析試料由来する粒子の質量分析を行なうことによって前記被分析試料表面の元素分析を行なう工程と
を備えることを特徴とする3次元微細領域元素分析方法。
A step of saturatedly adsorbing the halogen gas to the sample to be analyzed and then stopping the supply of the halogen gas;
A step of Ru was only desorbed adsorbed portion of the energy beam halogen gas in the sample to be analyzed by irradiating,
Step of performing elemental analysis of the surface of the sample to be analyzed by performing a mass analysis of the particles derived from the analyte desorbed and
3D micro region elemental analysis method, characterized in that it comprises a.
前記脱離した被分析試料由来する粒子を電界の印加によってイオン化したのち、イオン化された脱離種イオンを加速させて分析器に飛行させることを特徴とする請求項1記載の3次元微細領域元素分析方法。 The three-dimensional microscopic image according to claim 1 , wherein the particles derived from the desorbed sample to be analyzed are ionized by applying an electric field , and then the ionized desorbed species ions are accelerated to fly to an analyzer. Domain element analysis method. 前記被分析試料が平面状試料であり、且つ、前記エネルギービームを収束して前記被分析試料に局所的に照射することを特徴とする請求項1記載の3次元微細領域元素分析方法。 The sample to be analyzed is planar sample, and three-dimensional micro-regions elemental analysis method according to claim 1, characterized in that locally irradiated by converging the energy beam on the sample to be analyzed. 前記被分析試料が平面状試料であり、且つ、前記脱離した被分析試料由来するイオン化した粒子を、イオンレンズによって2次元検出器上に結像させることを特徴とする請求項1記載の3次元微細領域元素分析方法。 Wherein a sample to be analyzed is planar samples, and, according ionized particles derived from analytes that released the prolapse to claim 1, characterized in that focusing on the two-dimensional detector by the ion lens 3D fine region elemental analysis method.
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