JP6024292B2

JP6024292B2 - 二次イオン質量分析装置および二次イオン質量分析方法

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Publication number: JP6024292B2
Application number: JP2012186862A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　真; 真佐々木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-08-27
Also published as: JP2014044124A

Description

本発明は、二次イオン質量分析装置および二次イオン質量分析方法に関し、例えば、試料表面内のイオンビームが照射される領域を時間とともに連続的に縮小させる二次イオン質量分析装置および二次イオン質量分析方法に関する。

二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectrometry：SIMS）は、試料の表面を構成している元素の情報を得ることを目的とする表面分析法である。ＳＩＭＳにおいては、加速した一次イオンを試料の表面に照射し、試料の表面からスパッタリング現象によって放出される二次イオンを質量分析器で検出することにより表面分析を行なう。ＳＩＭＳは、検出感度の高さから、半導体産業をはじめとして、様々な分野において広く活用されている。

ＳＩＭＳ装置において、一次イオンビームを試料表面にラスタースキャンさせ、試料表面のラスタースキャンされる領域の一部をスキャンする間は、一次イオンビームを照射させない手段を設けることが知られている（例えば、特許文献１）。

特開平３−２８５２４１号公報

ＳＩＭＳにおいては、一次イオンビームにより試料表面をエッチングしながら分析を行なう。一次イオンビームによりエッチングされたクレーターの側壁に一次イオンビームが照射されると、側壁から放出された不純物原子がクレーター底面に再付着する。これにより、測定が影響される。例えば、不純物原子を含有する層をエッチングした後に、一次イオンビームの照射される領域を小さく切り換えることにより、クレーターの側壁からの不純物原子の放出を抑制できる。しかしながら、一次イオンビームの照射される領域を切り換えるタイミングにより、測定結果が影響されてしまう。

本二次イオン質量分析装置および二次イオン質量分析方法は、イオンビームの照射領域を切り換えるタイミングにより測定結果が影響されることを抑制することを目的とする。

イオンビームを試料表面に照射し、前記イオンビームを前記試料表面にスキャンさせるスキャン機構と、前記イオンビームの前記試料表面への照射を遮断する遮断機構と、を備える照射部と、前記イオンビームにより前記試料表面から放出された二次イオンを検出する検出部と、前記試料表面内のイオンビームが照射される第１領域を時間とともに連続的に縮小させるように前記照射部を制御する制御部と、を具備し、前記スキャン機構は、前記イオンビームをスキャンさせる領域を一定とし、前記遮断機構が前記イオンビームを遮断しないときに前記スキャン機構が前記イオンビームをスキャンさせる前記試料表面が前記第１領域であることを特徴とする二次イオン質量分析装置を用いる。

イオンビームを試料表面に照射し、前記イオンビームにより前記試料表面から放出された二次イオンを検出する二次イオン質量分析方法であって、前記イオンビームを前記試料表面にスキャンさせるスキャン機構は前記イオンビームをスキャンさせる領域を一定とし、前記イオンビームの前記試料表面への照射を遮断する遮断機構が前記イオンビームを遮断しないときに前記スキャン機構が前記イオンビームをスキャンさせる前記試料表面が前記試料表面内のイオンビームが照射される領域であり、前記領域を時間とともに連続的に縮小させることを特徴とする二次イオン質量分析方法を用いる。

本二次イオン質量分析装置および二次イオン質量分析方法によれば、イオンビームの照射領域を切り換えるタイミングにより測定結果が影響されることを抑制することができる。

図１は、二次イオン質量分析法について説明する図である。図２は、二次イオン質量分析装置のブロック図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ比較例１の方法における試料の平面図および断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例２の方法における試料の断面図および平面図である。図５は、比較例２の方法における問題を説明する試料の断面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ比較例３の方法における試料の平面図および断面図である。図７（ａ）は、実施例に係る二次イオン質量分析装置の動作を説明するための試料の平面図、図７（ｂ）は、各領域の外周のスキャン領域の中心からの距離Ｘの時間依存を示す図である。図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例の動作を説明するための試料の断面図および斜視図である。図９は、実施例に係る二次イオン質量分析装置のブロック図である。図１０は、制御部の処理を示すフローチャートである。図１１は、実施例の試料の断面図である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、それぞれ比較例４および実施例における時間に対する二次イオン信号強度を示す図である。

以下、図面を参照し、実施例について説明する。

図１は、二次イオン質量分析法について説明する図である。図１を参照し、二次イオン質量分析装置１００は、一次イオンガン１４、質量分析器１８および試料台１２を備えている。試料台１２は試料１０を保持する。一次イオンガン１４は、内部で発生させた一次イオンを試料１０表面に照射する。一次イオンのエネルギーは例えば１００ｅＶから数１０００ｅＶである。一次イオンは、例えばＯ_２ ^＋イオンまたはＣｓ^＋イオンである。一次イオンは、一次イオンガン１４において、１または複数段階の静電レンズを通過し、空間的に細いビーム状の一次イオンビーム１６となり、試料１０に照射される。

試料１０表面に照射された一次イオンビーム１６の直径は、例えば０．１μｍから数μｍである。一次イオンビーム１６が試料１０表面に照射されると、試料１０の表面において、一次イオンと、試料１０を構成している原子との間で、エネルギーと運動量との複雑なやりとりが行なわれる。その結果、試料１０の最表面から、試料１０に含まれる原子が空間に放出されるスパッタリング現象が発生する。スパッタリング現象によって空間に放出された原子の一部はイオン化して二次イオン２０となる。二次イオン２０は空間内のあらゆる方向に放出される。図１においては、二次イオン２０として質量分析器１８に向かうものを矢印で示している。質量分析器１８は、二次イオン２０を取り込み、二次イオン２０を質量数ごとに分離する。質量分析器１８は、質量数ごとに単位時間あたりの二次イオン２０の検出個数（すなわち二次イオン信号強度）を計測する。

一方、一次イオンビーム１６を試料１０表面に照射し続けると、試料１０の最表面に含まれる原子がスパッタリング現象により空間に放出され続ける。これにより、試料１０の表面がエッチングされていく。二次イオン信号強度は、試料１０の最表面の元素のうち対応する質量数の元素の濃度に比例する。これにより、試料１０の表面からのエッチング深さと特定の元素の二次イオン信号強度を計測することにより、試料１０の表面からの深さ方向の特定の元素の濃度分布を測定できる。

図２は、二次イオン質量分析装置のブロック図である。二次イオン質量分析装置１００において、真空チャンバ２１内に図１に示したように試料１０が配置される真空チャンバ２１内は真空ポンプにより高真空に維持されている。一次イオンガン１４は、偏向電極およびブランキング電極（例えば特許文献１のデイフレクタ）を備えている。偏向電極に電圧を印加することにより、一次イオンビーム１６により試料１０の表面をスキャンさせることができる。ブランキング電極に電圧が印加される（ブランキング電極がオン）と、一次イオンビーム１６が回折し、一次イオンガン１４から照射できなくなる。ブランキング電極に電圧が印加されない（ブランキング電極がオフ）と、一次イオンビーム１６は一次イオンガン１４から試料１０表面に照射される。ブランキング電極制御部３８および偏向電極制御部４０は、それぞれ、ブランキング電極および偏向電極を制御する。

質量分析器１８は、引き出し電極、質量分離器３４、イオン検出器３２を備える。引き出し電極は、二次イオン２０を質量分析器１８内に取り込む。引き出し電極制御部２６は、引き出し電極を制御する。質量分離器３４は、二次イオン２０のうち注目する特定の質量数の二次イオンをイオン検出器３２に送り込む。イオン検出器３２は、二次イオンを捕獲するごとにパルス電気信号を発生させる。イオン強度計測部３０は、単位時間当たりのパルス信号数を単位時間当たりに検出された二次イオンの数として計測する。イオン強度計測部３０が検出した単位時間当たりの二次イオンの数が二次イオン信号強度に相当する。記録処理部２８は、試料１０のエッチング開始時間からの経過時間と二次イオン信号強度とを対応付けて補助記憶装置に記録する。経過時間が試料１０の深さ、二次イオン信号強度が対応する元素の濃度となる。なお、質量分析器１８は、同時に質量数の異なる二次イオンの二次イオン信号強度を計測できないが、質量分離器３４を通過する二次イオンの質量数の設定を、時間を分割して行なう。これにより、複数の元素について、深さに対する元素の濃度を測定することができる。

主制御部２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および補助記憶装置を備えている。主制御部２４は、ブランキング電極制御部３８および偏向電極制御部４０に一次イオンビーム１６を制御させる。また、主制御部２４は、引き出し電極制御部２６に二次イオン２０を質量分析器１８取り込ませる。主制御部２４は、質量分析器１８に、所望の二次イオンの分析を行なわせ、経過時間に対する二次イオン信号強度のデータを補助記憶装置に記憶させる。

ユーザは、操作盤（および表示画面）２２を操作することにより、主制御部２４に様々な測定の指示を行なう。また、操作盤２２は、測定結果等を表示する。

まず、比較例１について説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ比較例１の方法における試料の平面図および断面図である。図３（ａ）を参照し、試料１０の表面にスキャン領域５０が設けられている。スキャン領域５０は、一次イオンビーム１６がスキャンする領域である。一次イオンビーム１６は、軌跡５２のようにスキャンの始点５４からスキャンの終点５６まで矢印の方向にラスタースキャンされる。スキャン領域５０の大きさは、例えば数百μｍから数ｍｍである。一次イオンビーム１６の直径は、例えば０．１μｍから数μｍである。軌跡５２の折り返し数は、例えばスキャン領域５０あたり５１２である。軌跡５２の折り返し数は、任意に設定可能である。軌跡５２の折り返し数は、隣接する軌跡５２の間隔が一次イオンビーム１６の直径より小さくなるように設定することが好ましい。これにより、試料１０表面のエッチングの分布を均一にできる。

図３（ｂ）を参照し、一次イオンビーム１６が幅６０内でスキャンされ、試料１０の表面に照射された範囲がスキャン領域５０である。スキャン領域５０の試料１０は、点線６６のように時間経過とともにエッチングされる。試料１０がエッチングされることにより、試料１０の表面にクレーター８０が形成される。クレーター８０の底面８２から放出される二次イオンが質量分析される。図３（ａ）および図３（ｂ）においては、スキャン領域５０を正方形に記載しているが、図３（ａ）および以降の図において、長方形等でもよい。図３（ｂ）において、一次イオンビーム１６が試料１０の表面に対し傾斜して照射されてもよい。しかしながら、図３（ｂ）および以降に説明する図においては、一次イオンビーム１６を垂直に照射したものとして図示する。

比較例１では、点線６６のように、クレーター８０の底面８２が略平行にエッチングされるため、底面８２内の各点は、試料１０の表面からの深さが略等しくなる。これにより、深さ分解能のよい測定を行なうことができる。

しかしながら、一次イオンビーム１６の断面内の一次イオンの密度は均一ではない。たとえば、一次イオンビーム１６の中心で密度が高く、周辺では密度が低い。このため、スキャン領域５０の最外周においては、クレーター８０の側壁８３にも一次イオンビーム１６の一部が照射される。これにより、質量分析器１８が、スキャン領域５０内から放出される二次イオンを分析する場合、クレーター８０の底面８２に加え側壁８３に照射された一次イオンビーム１６により放出される二次イオンも分析してしまう。よって、クレーター８０の底面８２に含まれる元素以外に側壁８３に含まれる元素を検出する。これにより、測定の深さ分解能が低下してしまう。

比較例２は、側壁８３からの二次イオン放出に起因した深さ方向の分解能低下を抑制するエレクトリックゲート法の例である。図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ比較例２の方法における試料の断面図および平面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）を参照し、二次イオンの計測領域６４をクレーター８０の底面８２のうち中央部分のみとする。例えば、主制御部２４は、図３（ａ）のように一次イオンビーム１６をスキャン領域５０全体にスキャンさせる。主制御部２４は、一次イオンビーム１６が計測領域６４内の場合、引き出し電極制御部２６に二次イオンを質量分析器１８に取り込ませる。一次イオンビーム１６が計測領域６４外の場合、引き出し電極制御部２６に二次イオンを質量分析器１８に取り込ませない。

比較例２によれば、一次イオンビーム１６が側壁８３に照射されているときに、質量分析器１８は二次イオンを取り込まない。これにより、側壁８３から放出された二次イオンに起因した深さ方向の分解能の低下を抑制できる。

図５は、比較例２の方法における問題を説明する試料の断面図である。図５を参照し、試料１０は深さ方向に異なる複数の層を含んでいる。例えば、不純物含有層１１が試料１０内に設けられている。不純物含有層１１はその他の試料１０の層に対し異なる元素を含んでいる。クレーター８０が不純物含有層１１より深くなると、一次イオンビーム１６により不純物含有層１１の二次イオンと原子が放出される。放出される原子には、クレーター８０の底面８２に含まれない不純物原子８４も含まれる。不純物原子８４はあらゆる方向に放出されるため、不純物原子８４の一部はクレーター８０の底面８２の計測領域６４内に付着する。一次イオンビーム１６が計測領域６４内をスキャンする際に、付着した不純物原子８４が二次イオンとして放出される。これにより、質量分析器１８は、底面８２に含まれない元素を検出してしまう。これにより、不純物原子８４をバックグランドとして検出してしまう。

比較例３は、比較例２における不純物含有層１１から放出された不純物原子の計測領域６４への再付着を抑制するペリメーターブランキング法の例である。図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ比較例３の方法における試料の平面図および断面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）を参照し、不純物含有層１１をエッチングするまでは、スキャン領域５０全体に一次イオンビーム１６を照射する。不純物含有層１１をエッチングした後、一次イオンビーム１６を照射する領域を照射領域６２とする。このとき、偏向電極制御部４０は、一次イオンビーム１６がスキャン領域５０内をスキャンするように偏向電極を制御する。ブランキング電極制御部３８は、一次イオンビーム１６が照射領域６２内のときはブランキング電極をオフし、一次イオンビーム１６が照射領域６２外のときはブランキング電極をオンする。これにより、一次イオンビーム１６は照射領域６２内に照射され、照射領域６２外に照射されない。これにより、試料１０の表面に、スキャン領域５０に対応するクレーター８０ａと照射領域６２に対応するクレーター８０ｂとが形成される。

一次イオンビーム１６が照射領域６２内に照射される際は、不純物含有層１１の側壁８３ａには一次イオンビーム１６は照射されない。このため、不純物含有層１１の側壁８３ａから不純物原子は放出されない。側壁８３ｂに一次イオンビーム１６が照射されるが、側壁８３ｂは不純物を含まない。これにより、クレーター８０ｂの底面８２の計測領域６４内に不純物原子が付着することはない。

比較例３によれば、不純物含有層１１の側壁８３ａから放出される不純物原子の計測領域６４への再付着を抑制できる。しかしながら、比較例３においては、一次イオンビーム１６を照射する領域をスキャン領域５０から照射領域６２に切り換えるタイミングによって、不純物原子８４が計測される深さが異なってくる。例えば、検出された元素が不純物含有層１１の側壁８３ａから放出された不純物原子８４に起因したバックグランドか、底面８２に含まれる元素か、が判断できない場合がありうる。このような場合には、スキャン領域５０から照射領域６２に切り換えるタイミングによって、不純物原子８４の二次イオン信号強度が異なってしまう。このように、上記タイミングによって、測定結果が影響されてしまい、測定を客観的に行なうことができない。例えば、照射領域６２の切り換えタイミングを測定者が判断する場合、測定者に起因した恣意的な要素が測定結果に影響してしまう。さらに、試料１０が多層構造の場合、各層が不純物含有層となり得るため、不純物原子の底面８２への再付着を抑制できない。

実施例は、比較例３における照射領域６２の切り換えタイミングによる測定結果への影響を抑制する例である。図７（ａ）は、実施例に係る二次イオン質量分析装置の動作を説明するための試料の平面図、図７（ｂ）は、各領域の外周のスキャン領域の中心からの距離Ｘの時間依存を示す図である。図７（ａ）を参照し、試料１０の表面にスキャン領域５０と計測領域６４が設けられる。照射領域６２は、スキャン領域５０と計測領域６４との間に設けられる。図７（ｂ）を参照し、時間ｔ０に一次イオンビーム１６の試料１０への照射を開始し、時間ｔ１に一次イオンビーム１６の試料１０への照射を終了する。スキャン領域５０および計測領域６４の距離Ｘは、それぞれＸ２およびＸ０であり、時間に対し不変である。照射領域６２の距離Ｘは、時間の経過とともにＸ２からＸ１まで徐々に短くなる。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例の動作を説明するための試料の断面図および斜視図である。図８（ａ）および図８（ｂ）を参照し、照射領域６２が時間とともに小さくなるため、クレーター８０の側壁８８は斜めに形成される。一次イオンビーム１６の照射が終わったとき、照射領域６２は計測領域６４より大きい。これにより、一次イオンビーム１６の照射が終了する直前においても、側壁８８からの二次イオンの放出を抑制できる。

このように、照射領域６２が徐々に小さくなるため、試料１０をエッチングして形成される側壁８８は、以降に試料１０をエッチングする際に一次イオンビーム１６に曝されない。これにより、側壁８８から不純物原子が放出されることを抑制できる。よって、比較例３のようにタイミングによって、測定結果が影響されてしまうことを抑制でき、測定を客観的に行なうことができる。さらに、試料１０が多層構造の場合であっても、不純物原子の底面８２への再付着を抑制できる。

また、スキャン領域５０が一定なため、単位時間に単位面積に照射される一次イオンの数は時間によらず一定である。このため、一次イオンの照射に起因するスパッタリング現象も時間によらず同一条件で生じる。試料１０の深さ方向のエッチング速度は時間によらず一定である。さらに、計測領域６４が一定なため二次イオンの検出感度は時間によらず一定である。このように、時間によらず、同一条件での測定が可能である。

図９は、実施例に係る二次イオン質量分析装置のブロック図である。図９を参照し、二次イオン質量分析装置１００は、制御部９０、照射部９２および検出部９４を備えている。照射部９２は、例えば図２の一次イオンガン１４、ブランキング電極制御部３８および偏向電極制御部４０を含む。照射部９２は、一次イオンビーム１６を試料１０に照射する。検出部９４は、例えば図２の質量分析器１８、引き出し電極制御部２６、イオン強度計測部３０および記録処理部２８を含む。検出部９４は、一次イオンビーム１６により試料１０表面から放出された二次イオン２０を検出する。制御部９０は、例えば図２の主制御部２４を含む。制御部９０は、図７（ａ）から図８（ｂ）のように試料１０表面内の一次イオンビーム１６が照射される照射領域６２を時間とともに連続的に縮小させる。

図１０は、制御部の処理を示すフローチャートである。図１０を参照し、制御部９０は、スキャン領域５０を設定する（ステップＳ１０）。例えば、測定者が操作盤２２を用いスキャン領域５０を設定する。制御部９０は、計測領域６４を設定する（ステップＳ１２）。例えば、測定者が操作盤２２を用い計測領域６４を設定する。制御部９０は、エッチング深さまたはエッチング時間を設定する（ステップＳ１４）。例えば、測定者が操作盤２２を用いエッチング深さまたはエッチング時間を設定する。

制御部９０は、スキャン領域５０および計測領域６４に基づき、照射領域６２の時間ごとの大きさを設定する（ステップＳ１６）。例えば、図７（ｂ）のように、測定開始時間ｔ０においては、照射領域６２とスキャン領域５０とを等しくし、測定終了時間ｔ１においては、照射領域６２が計測領域６４よりやや大きくなるように設定する。測定開始時間ｔ０と測定終了時間ｔ１との間の時間においては、照射領域６２が連続的に縮小するように設定する。

制御部９０は、測定を開始するか判断する（ステップＳ１８）。例えば、測定者が操作盤２２を用い測定開始を制御部９０に指示すると、制御部９０は、測定を開始すると判断する。Ｎｏの場合、ステップＳ１８に戻る。Ｙｅｓの場合、制御部９０は、一次イオンビーム１６による試料１０表面のスキャンを開始する（ステップＳ２０）。例えば、制御部９０は、偏向電極制御部４０に、図３（ａ）の始点５４から一次イオンビーム１６のスキャンを開始させる。制御部９０は、図３（ａ）の軌跡５２のように、一次イオンビーム１６をスキャンさせながら、一次イオンビーム１６が照射領域６２内かを判断する（ステップＳ２２）。Ｙｅｓの場合、制御部９０は、一次イオンビーム１６を試料１０に照射する（ステップＳ２４）。例えば、制御部９０は、ブランキング電極制御部３８にブランキング電極をオフにさせる。Ｎｏの場合、制御部９０は、一次イオンビーム１６を遮断する（ステップＳ２６）。例えば、制御部９０は、ブランキング電極制御部３８にブランキング電極をオンにさせる。

次に、制御部９０は、一次イオンビーム１６が計測領域６４内かを判断する（ステップＳ２８）。Ｙｅｓの場合、制御部９０は、二次イオンを検出する（ステップＳ３０）。例えば、制御部９０は、引き出し電極制御部２６に、二次イオン２０を質量分析器１８に取り込ませる。Ｎｏの場合、制御部９０は、二次イオンを検出しない（ステップＳ３２）。例えば、制御部９０は、引き出し電極制御部２６に、二次イオン２０を質量分析器１８に取り込ませない。

次に制御部９０は、スキャンが終了かを判断する（ステップＳ３４）。例えば、図３（ａ）において、一次イオンビーム１６の位置が終点５６の場合、制御部９０は、スキャン終了と判断する。Ｎｏの場合、ステップＳ２２に戻る。例えば、制御部９０は、軌跡５２のように一次イオンビーム１６をスキャンさせる。ステップＳ３４においてＹｅｓの場合、制御部９０は、測定を終了するか判断する（ステップＳ３６）。例えば、測定終了時間となった場合、制御部９０は、測定終了と判断する。Ｙｅｓの場合、終了する。Ｎｏの場合、制御部９０は、照射領域６２を縮小する（ステップＳ４０）。例えば、制御部９０は、ステップＳ１６において設定した時間と照射領域６２の関係から照射領域６２を縮小させる。ステップＳ２０に戻り、始点５４から一次イオンビーム１６のスキャンを開始する。

実施例の二次イオン質量分析装置１００を用い、実験を行った。図１１は、実施例の試料の断面図である。図１０を参照し、試料１０は、表面側から膜厚が１００ｎｍのＧａＮ層１０ａ、膜厚が２０ｎｍのＡｌＧａＮ層１０ｂおよび膜厚が１２００ｎｍのＧａＮ層１０ｃを備えている。

一次イオンとしてＯ_２ ^＋を用いた。一次イオンの加速エネルギーを５ｋｅＶとした。一次イオンビームは試料１０の表面に垂直に照射した。スキャン領域５０は、１ｍｍ×１ｍｍの正方形とした。計測領域６４は、スキャン領域５０の中心と同じ中心を有し９０μｍ×９０μｍの正方形とした。測定開始時点の照射領域６２は、スキャン領域５０と同じとした。スキャン領域５０と計測領域６４は、測定時間によらず一定とした。測定時間を６０分とした。照射領域６２は、測定終了時点において、照射領域６２の大きさが３００μｍ×３００μｍとなるように、時間に対し線形的に照射領域６２を縮小させた。

測定時間によらず照射領域６２をスキャン領域５０と同じとした測定を比較例４とした。比較例４および実施例において、二次イオンとして^２７Ａｌ^＋、^６９Ｇａ^＋および^１４Ｎ^＋を計測した。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、それぞれ比較例４および実施例における時間に対する二次イオン信号強度を示す図である。図１２（ａ）に示すように、比較例４においては、^２７Ａｌ^＋のピークのあとに^２７Ａｌ^＋の信号に１０^２程度の強度のバックグランドが観測される。一方、図１２（ｂ）に示すように、実施例においては、^２７Ａｌ^＋のピークのあとの^２７Ａｌ^＋の信号強度は１０^０程度である。このように、実施例においては、ＡｌＧａＮ層１０ｂの側壁からの不純物原子Ａｌによる測定への影響を小さくできる。

実施例によれば、制御部９０が試料１０表面内の照射領域６２（第１領域）を時間とともに連続的に縮小させるように照射部９２を制御する。これにより、比較例３のように照射領域６２を切り換えるタイミングにより測定結果が影響されることを抑制できる。また、多層構造の測定を精度よく行なうことができる。

また、検出部９４が二次イオンを検出する試料１０表面の計測領域６４（第２領域）を照射領域６２より小さくする。これにより、検出部９４がクレーター８０の側壁から放出された二次イオンを検出することを抑制できる。

さらに、検出部９４は、照射領域６２が変化した場合であっても計測領域６４を変えない。これにより、二次イオンの検出感度を一定にできる。

さらに、計測領域６４は、照射領域６２の最も小さい領域より小さい。これにより、照射領域６２が小さくなったときにおいても検出部９４がクレーター８０の側壁から放出された二次イオンを検出することを抑制できる。

さらに、照射部９２は、照射領域６２が変化した場合であっても一次イオンビーム１６が試料１０表面をエッチングする速度を変化させないように一次イオンビーム１６を試料１０表面に照射する。例えば、単位時間かつ単位面積あたりの一次イオンの数が時間とともに変化しないようにする。これにより、試料１０の深さ方向のエッチング速度を時間によらず一定にできる。

さらに、照射部９２は、一次イオンビーム１６を試料１０表面にスキャンさせるスキャン機構と、一次イオンビーム１６の試料１０表面への照射を遮断する遮断機構と、を備える。スキャン機構は、例えば一次イオンガン１４と偏向電極制御部４０であり、遮断機構は、例えば一次イオンガン１４とブランキング電極制御部３８である。遮断機構が一次イオンビーム１６を遮断しないときにスキャン機構が一次イオンビーム１６によりスキャンする試料１０表面が照射領域６２である。これにより、照射領域６２が変化した場合であっても一次イオンビーム１６が試料１０表面をエッチングする速度を変化させないように一次イオンビーム１６を試料１０表面に照射することができる。

さらに、スキャン機構は、時間とともに照射領域６２を縮小しても、一次イオンビーム１６が試料１０表面をスキャンする速度を変化させない。例えば図３（ａ）の左端から右端への一次イオンビーム１６のスキャン速度は時間によらず一定である。例えば、ラスタースキャンの１行のスキャン速度は一定である。これにより、照射領域６２が変化した場合であっても一次イオンビーム１６が試料１０表面をエッチングする速度を変化させないように一次イオンビーム１６を試料１０表面に照射することができる。

実施例においては、測定開始から測定終了まで照射領域６２を時間とともに連続して縮小させる例を説明した。測定開始から測定終了までの少なくとも一部の期間において、照射領域６２を時間とともに連続して縮小させてもよい。また、照射領域６２が時間とともに線形的に縮小する例を説明したが、非線形に縮小してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）イオンビームを試料表面に照射する照射部と、前記イオンビームにより前記試料表面から放出された二次イオンを検出する検出部と、前記試料表面内のイオンビームが照射される第１領域を時間とともに連続的に縮小させるように前記照射部を制御する制御部と、を具備することを特徴とする二次イオン質量分析装置。
（付記２）前記制御部は、前記検出部が前記二次イオンを検出する前記試料表面の第２領域を前記第１領域より小さくすることを特徴とする付記１記載の二次イオン質量分析装置。
（付記３）前記制御部は、前記第１領域を縮小させる際に、前記第２領域を変えないことを特徴とする付記２記載の二次イオン質量分析装置。
（付記４）前記制御部は、前記第２領域を前記第１領域の最も小さい領域より小さくすることを特徴とする付記３記載の二次イオン質量分析装置。
（付記５）前記照射部は、前記イオンビームが前記試料表面をエッチングする速度を変化させないように前記イオンビームを前記試料表面に照射することを特徴とする付記１から４のいずれか一項記載の二次イオン質量分析装置。
（付記６）前記照射部は、前記イオンビームを前記試料表面にスキャンさせるスキャン機構と、前記イオンビームの前記試料表面への照射を遮断する遮断機構と、を備えることを特徴とする付記１から５のいずれか一項記載の二次イオン質量分析装置。
（付記７）前記遮断機構が前記イオンビームを遮断しないときに前記スキャン機構が前記イオンビームをスキャンされる前記試料表面が前記第１領域であることを特徴とする付記６記載の二次イオン質量分析装置。
（付記８）前記スキャン機構は、前記第１領域が縮小する際に、前記イオンビームが前記試料表面をスキャンする速度を変化させないことを特徴とする付記６または７記載の二次イオン質量分析装置。
（付記９）前記スキャン機構は、前記イオンビームを前記試料表面にラスタースキャンさせることを特徴とする付記６から８のいずれか一項記載の二次イオン質量分析装置。
（付記１０）イオンビームを試料表面に照射し、前記イオンビームにより前記試料表面から放出された二次イオンを検出する二次イオン質量分析方法であって、前記試料表面内のイオンビームが照射される領域を時間とともに連続的に縮小させることを特徴とする二次イオン質量分析方法。

１０試料
１４一次イオンガン
１６一次イオンビーム
１８質量分析器
２０二次イオン
５０スキャン領域
６２照射領域
６４計測領域
９０制御部
９２照射部
９４検出部

Claims

イオンビームを試料表面に照射し、前記イオンビームを前記試料表面にスキャンさせるスキャン機構と、前記イオンビームの前記試料表面への照射を遮断する遮断機構と、を備える照射部と、
前記イオンビームにより前記試料表面から放出された二次イオンを検出する検出部と、
前記試料表面内のイオンビームが照射される第１領域を時間とともに連続的に縮小させるように前記照射部を制御する制御部と、
を具備し、
前記スキャン機構は、前記イオンビームをスキャンさせる領域を一定とし、
前記遮断機構が前記イオンビームを遮断しないときに前記スキャン機構が前記イオンビームをスキャンさせる前記試料表面が前記第１領域であることを特徴とする二次イオン質量分析装置。
前記制御部は、前記検出部が前記二次イオンを検出する前記試料表面の第２領域を前記第１領域より小さくすることを特徴とする請求項１記載の二次イオン質量分析装置。
前記制御部は、前記第１領域を縮小させる際に、前記第２領域を変えないことを特徴とする請求項２記載の二次イオン質量分析装置。
前記制御部は、前記第２領域を前記第１領域の最も小さい領域より小さくすることを特徴とする請求項３記載の二次イオン質量分析装置。
前記照射部は、前記イオンビームが前記試料表面をエッチングする速度を変化させないように前記イオンビームを前記試料表面に照射することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の二次イオン質量分析装置。
前記照射部は、前記第１領域に単位時間に単位面積に照射される前記イオンビームのイオンの数を時間によらず一定とすることで、前記イオンビームが前記試料表面をエッチングする速度を変化させないように前記イオンビームを前記試料表面に照射することを特徴とする請求項５記載の二次イオン質量分析装置。
イオンビームを試料表面に照射し、前記イオンビームにより前記試料表面から放出された二次イオンを検出する二次イオン質量分析方法であって、
前記イオンビームを前記試料表面にスキャンさせるスキャン機構は前記イオンビームをスキャンさせる領域を一定とし、前記イオンビームの前記試料表面への照射を遮断する遮断機構が前記イオンビームを遮断しないときに前記スキャン機構が前記イオンビームをスキャンさせる前記試料表面が前記試料表面内のイオンビームが照射される領域であり、前記領域を時間とともに連続的に縮小させることを特徴とする二次イオン質量分析方法。