JPH01265154A - 粒子ビームを用いたスパッタリングによりサンプルを分析する方法とこの方法を実施するための装置 - Google Patents
粒子ビームを用いたスパッタリングによりサンプルを分析する方法とこの方法を実施するための装置Info
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- JPH01265154A JPH01265154A JP63228281A JP22828188A JPH01265154A JP H01265154 A JPH01265154 A JP H01265154A JP 63228281 A JP63228281 A JP 63228281A JP 22828188 A JP22828188 A JP 22828188A JP H01265154 A JPH01265154 A JP H01265154A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、粒子ビームを用いたスパッタリングによりサ
ンプルを分析する方法とこの方法を実施するための装置
に関するものである。
ンプルを分析する方法とこの方法を実施するための装置
に関するものである。
従来の技術
粒子ビームを用いたスパッタリングにより固体の化学分
析を行う方法が従来からいくつか知られている。例えば
二次イオン質量分析法では、分析すべきサンプルの表面
を走査して平坦な底面を有するクレータを形成する機能
をもつ一次ビームと呼ばれるイオンビームによって、分
析すべきアンプルから粒子が放出され、このクレータの
平坦な底面から放出された物質が質量分析計によって同
定される。
析を行う方法が従来からいくつか知られている。例えば
二次イオン質量分析法では、分析すべきサンプルの表面
を走査して平坦な底面を有するクレータを形成する機能
をもつ一次ビームと呼ばれるイオンビームによって、分
析すべきアンプルから粒子が放出され、このクレータの
平坦な底面から放出された物質が質量分析計によって同
定される。
固体サンプルの深さ方向に信頼性のある分析を行うため
には、分析される面、すなわち高さがはっきりときまっ
た「分析面」を形成する目的でスパッタリングによって
平坦な底面を有するクレータを生成させる必要がある。
には、分析される面、すなわち高さがはっきりときまっ
た「分析面」を形成する目的でスパッタリングによって
平坦な底面を有するクレータを生成させる必要がある。
一般に、一次ビームは連続ビームである。巨大分子の分
析などの特殊な用途では、飛行時間法によって質量スペ
クトルが測定できるようにパルス状の一次ビームを用い
る。
析などの特殊な用途では、飛行時間法によって質量スペ
クトルが測定できるようにパルス状の一次ビームを用い
る。
最近になって新しい様々な方法が利用されるようになっ
ている。これらの方法では、一次ビームによって放出さ
れた中性粒子をレーザビームによってさらに「後イオン
化」する。このレーザビームは比較的パワーが大きい必
要がある。これは、レーザパルスビームを使用すること
を意味する。
ている。これらの方法では、一次ビームによって放出さ
れた中性粒子をレーザビームによってさらに「後イオン
化」する。このレーザビームは比較的パワーが大きい必
要がある。これは、レーザパルスビームを使用すること
を意味する。
一次ビームは、連続源によって生成されたイオンまたは
フォトンからなるビームである。このビームは、ビーム
源とサンプルの間の粒子の通路内に設置された偏向板に
パルス電圧を印加することによってパルスにチョップさ
れる。一次ビームのパルスはレーザビームのパルスと同
期させ、一次ビ−ムによって中性粒子がサンプルから放
出された直後にレーザパルスがこれら粒子をイオン化で
きるようにする。
フォトンからなるビームである。このビームは、ビーム
源とサンプルの間の粒子の通路内に設置された偏向板に
パルス電圧を印加することによってパルスにチョップさ
れる。一次ビームのパルスはレーザビームのパルスと同
期させ、一次ビ−ムによって中性粒子がサンプルから放
出された直後にレーザパルスがこれら粒子をイオン化で
きるようにする。
このタイプの公知の方法は例えば以下の参考文献に記載
されている。
されている。
− バースト(Hurst)他「スフパックにより開始
される共鳴イオン化分析法(Sputter In1t
iatedResonance Ionization
5pectrornetry) 」アメリカ合衆国特
許第4.442.354号、1984年4月10日。
される共鳴イオン化分析法(Sputter In1t
iatedResonance Ionization
5pectrornetry) 」アメリカ合衆国特
許第4.442.354号、1984年4月10日。
−ジェイ、イー、パークス(J、 E、Parks)他
、Th1n 5olid Films、第8巻、198
3年、69ページ。
、Th1n 5olid Films、第8巻、198
3年、69ページ。
−エフ、エム、キモツク(F、 M、 Kimock)
他、Anal。
他、Anal。
Chem、 第56巻、1984年、2782ページ
。
。
−エム、ジエイ、ペラン(M、J、 Pe1lin)他
、5urf。
、5urf。
5cience第144巻、1984年、619ページ
。
。
−シー、ベッカ−(C,Becker)他、Anal、
Chem。
Chem。
第56巻、1984年、1671ページ。
発明が解決しようとする課題
これら公知の方法を実施するには2つの問題点がある。
第1の問題点は、例えばサンプル中の所定の不純物の深
さ方向の濃度分布を測定するにあたってサンプルからか
なりの量の物質を遊離させる必要がある場合に測定に要
する時間に関する。実際、分析の効率とこの分析の実行
速度の間に大きな差がある。サンプルから放出された中
性粒子の後イオン化はレーザパルスビームを用いて行う
。というのは、比較的パワーの大きなレーザが必要とさ
れ、しかもこのタイプのレーザはパルスレーザだからで
ある。高出力レーザパルスの周波数は一般に10〜20
0Hzである。2つの連続したレーザパルスの間に一次
ビームによって放出された粒子は明らかにイオン化され
ず、従って検出されない。高い検出効率が必要な場合に
は、このタイプの情報ロスは容認しがたい。これが、一
次ビームをレーザビームと同期してパルス化する理由で
ある。
さ方向の濃度分布を測定するにあたってサンプルからか
なりの量の物質を遊離させる必要がある場合に測定に要
する時間に関する。実際、分析の効率とこの分析の実行
速度の間に大きな差がある。サンプルから放出された中
性粒子の後イオン化はレーザパルスビームを用いて行う
。というのは、比較的パワーの大きなレーザが必要とさ
れ、しかもこのタイプのレーザはパルスレーザだからで
ある。高出力レーザパルスの周波数は一般に10〜20
0Hzである。2つの連続したレーザパルスの間に一次
ビームによって放出された粒子は明らかにイオン化され
ず、従って検出されない。高い検出効率が必要な場合に
は、このタイプの情報ロスは容認しがたい。これが、一
次ビームをレーザビームと同期してパルス化する理由で
ある。
検出効率を最大にするには、各レーザパルスの前に一次
ビームのパルスが1つしかないことが必要であろう。こ
のようにすると分析が極めて遅くなる可能性がある。例
えば、一次ビームのパルスの持続時間が1マイクロ秒で
周波数が100Hzであると、そのパルス比は10−4
となる。分析速度はスパッタリングの速度に正比例する
ため、この場合の分析速度は、連続一次ビームを用いた
「後イオン化Jを行わない2次質量分析法における分析
速度よりも数桁小さくなろう。1ミクロンまでの深さの
濃度分布測定には時間が多くかかる可能性がある。この
ような長時間は容認できない。
ビームのパルスが1つしかないことが必要であろう。こ
のようにすると分析が極めて遅くなる可能性がある。例
えば、一次ビームのパルスの持続時間が1マイクロ秒で
周波数が100Hzであると、そのパルス比は10−4
となる。分析速度はスパッタリングの速度に正比例する
ため、この場合の分析速度は、連続一次ビームを用いた
「後イオン化Jを行わない2次質量分析法における分析
速度よりも数桁小さくなろう。1ミクロンまでの深さの
濃度分布測定には時間が多くかかる可能性がある。この
ような長時間は容認できない。
分析時間を短くするため、公知の方法では、連続一次ビ
ームを用いてサンプルを所定の深さまでスパッタする。
ームを用いてサンプルを所定の深さまでスパッタする。
この場合、濃度の測定は行わない。
所定の深さに達すると、この深さでの濃度測定を行うた
めに一次ビームを後イオン化用レーザビームのパルスと
同期してパルスにチョップする。そのあとで再び一次ビ
ームを用いて別の測定を行う次のレベルまでサンプルの
スパッタを行う。このように、レベルを変化させること
によってこの方法を用いて不純物の濃度の深さ方向の分
布を測定し、しかも分析時間を最小にすることができる
。
めに一次ビームを後イオン化用レーザビームのパルスと
同期してパルスにチョップする。そのあとで再び一次ビ
ームを用いて別の測定を行う次のレベルまでサンプルの
スパッタを行う。このように、レベルを変化させること
によってこの方法を用いて不純物の濃度の深さ方向の分
布を測定し、しかも分析時間を最小にすることができる
。
しかし、この濃度分布測定方法によっては深さ方向の各
レベルの間での情報は得られないのが明らかである。
レベルの間での情報は得られないのが明らかである。
本発明の目的は、情報量を実質的に失うことなく分析時
間を最小にすることのできる分析方法を提供することで
ある。
間を最小にすることのできる分析方法を提供することで
ある。
第2の問題点は分析装置の製造に関する。この分析装置
は、以下の性能特性を有する一次ビームチョッピング装
置を備えている必要がある。
は、以下の性能特性を有する一次ビームチョッピング装
置を備えている必要がある。
−任意のパルス形状を得ることができ、しかもパルスは
サンプルの表面の任意の点に向けて照射することができ
なくてはならない。
サンプルの表面の任意の点に向けて照射することができ
なくてはならない。
−一次ビームの照射面は、一次ビームがオンのときとオ
フのときにサンプル上の同じ位置にとどまっていなくて
はならない。すなわち、このビームをオンにしたりオフ
にしたりする偏向制御用電圧パルスの効果によってビー
ムがサンプル上で変位することがあってはならない。
フのときにサンプル上の同じ位置にとどまっていなくて
はならない。すなわち、このビームをオンにしたりオフ
にしたりする偏向制御用電圧パルスの効果によってビー
ムがサンプル上で変位することがあってはならない。
−サンプルに到達する一次ビームの流れは、一次ビーム
のパルス間では厳密にゼロ、すなわちこの間には一部ビ
ームが完全にオフになっていなくてはならない。
のパルス間では厳密にゼロ、すなわちこの間には一部ビ
ームが完全にオフになっていなくてはならない。
本発明の第2の目的は従って、本発明の上記の方法を実
施することができ、しかも上記の性能特性を有する分析
装置を提供することである。
施することができ、しかも上記の性能特性を有する分析
装置を提供することである。
課題を解決するための手段
本発明の方法は、本質的には、各レーザパルスの前に本
来の分析面を構成する底面をスパッタし、しかも本来の
分析面を構成しないが2つの連続したパルスの間の残り
の時間にクレータの側面をスパッタしてクレータが存在
できるようにすることからなる。
来の分析面を構成する底面をスパッタし、しかも本来の
分析面を構成しないが2つの連続したパルスの間の残り
の時間にクレータの側面をスパッタしてクレータが存在
できるようにすることからなる。
本発明によれば、一次ビームと呼ばれるパルス状の粒子
ビームを用いたスパッタリングによりサンプルを分析す
る方法であって、 − サンプル上の走査面と呼ばれる面上を中心が仮想的
に走査するように一部ビームを偏向させて、分析面と呼
ばれる面を構成する平坦な底面を有するクレータを形成
し、 −上記分析面から放出された粒子を上記一次ビームと同
期したパルス状レーザビームを用いてイオン化させ、こ
のとき上記一次ビームのパルスの周波数は上記レーザビ
ームのパルスの周波数よりも大きくし、上記レーザビー
ムのパルス間の大部分の時間は上記走査面の一部で上記
分析面の外部に位置する部分を上記一次ビームの中心が
走査し、上記一次ビームのパルスのうちでレーザビーム
の各パルスの直前の1つのパルスに対応する期間は上記
分析面を上記一次ビームの中心が走査するように上記一
次ビームを偏向させ、 −サンプルから放出されてイオン化された粒子の種類を
質量分析計を用いて同定することを特徴とする方法が提
供される。
ビームを用いたスパッタリングによりサンプルを分析す
る方法であって、 − サンプル上の走査面と呼ばれる面上を中心が仮想的
に走査するように一部ビームを偏向させて、分析面と呼
ばれる面を構成する平坦な底面を有するクレータを形成
し、 −上記分析面から放出された粒子を上記一次ビームと同
期したパルス状レーザビームを用いてイオン化させ、こ
のとき上記一次ビームのパルスの周波数は上記レーザビ
ームのパルスの周波数よりも大きくし、上記レーザビー
ムのパルス間の大部分の時間は上記走査面の一部で上記
分析面の外部に位置する部分を上記一次ビームの中心が
走査し、上記一次ビームのパルスのうちでレーザビーム
の各パルスの直前の1つのパルスに対応する期間は上記
分析面を上記一次ビームの中心が走査するように上記一
次ビームを偏向させ、 −サンプルから放出されてイオン化された粒子の種類を
質量分析計を用いて同定することを特徴とする方法が提
供される。
実施例
第1図では、サンプル1がスパッタされて平坦な底面2
と傾斜した壁面3を有するクレータが形成されている。
と傾斜した壁面3を有するクレータが形成されている。
本当の分析面は平坦な底面2だけである。というのは、
qの底面2だけが一定の深さ2に位置しているからであ
る。傾斜壁面3はスパッタリングによる必然的な結果で
あるが、サンプルl内で深さが変化しているために分析
面にはなりえない。信頼性の高い分析を行うためには、
クレータの底面2がクレータの形成中およびクレータが
形成されたときに完全に平坦でなくてはならない。この
ためには壁面3と底面2を同時にスパッタする必要があ
る。
qの底面2だけが一定の深さ2に位置しているからであ
る。傾斜壁面3はスパッタリングによる必然的な結果で
あるが、サンプルl内で深さが変化しているために分析
面にはなりえない。信頼性の高い分析を行うためには、
クレータの底面2がクレータの形成中およびクレータが
形成されたときに完全に平坦でなくてはならない。この
ためには壁面3と底面2を同時にスパッタする必要があ
る。
本実施例では、上方から見てクレータがほぼ正方形であ
り、一次ビームの照射領域4が半径rの円形であること
を仮定する。一次ビームの各パルスの位置は、照射領域
4の中心7の位置から知ることができる。一次ビームの
照射領域の中心7はすべて走査面と呼ばれる正方形領域
6の内部に位置している。この走査面が、サンプル内に
スパッタにより形成されるクレータの全幅dcを規定し
ている。従って、スパッタされる面の全体は、はっきり
しない境界線をもつ面積がdcXdcの正方形である。
り、一次ビームの照射領域4が半径rの円形であること
を仮定する。一次ビームの各パルスの位置は、照射領域
4の中心7の位置から知ることができる。一次ビームの
照射領域の中心7はすべて走査面と呼ばれる正方形領域
6の内部に位置している。この走査面が、サンプル内に
スパッタにより形成されるクレータの全幅dcを規定し
ている。従って、スパッタされる面の全体は、はっきり
しない境界線をもつ面積がdcXdcの正方形である。
この面積は走査面6の面積よりも明らかに大きい。平坦
な底面2をスパッタするための照射領域4の中心7は、
面積S6が走査面6の面積SSよりもはるかに小さい分
析面と呼ばれる正方形領域5内に位置している。
な底面2をスパッタするための照射領域4の中心7は、
面積S6が走査面6の面積SSよりもはるかに小さい分
析面と呼ばれる正方形領域5内に位置している。
別の実施態様では、クレータは正方形でなくてもよく、
例えば長方形や円形にすることが可能である。
例えば長方形や円形にすることが可能である。
第2図は、上記のクレータを形成するために本発明の方
法に従って一部ビームを仮想的に走査する経路を示す図
である。この図面では、白丸は、走査面6上ではあるが
分析面5の外部に位置する場合の照射領域4の中心7を
表し、黒丸は、分析面5の内部に位置する場合の照射領
域4の中心7を表す。分析面5は斜線で表示されている
。ビームは移動中(走査中)はオフにされるため、走査
は仮想的であると言うことができる。照射領域4の中心
は、水平方向と垂直方向に距離A離れた状態で走査面6
上に均等に分布している。距離Aは各照射領域の半径r
に比べて十分小さくして、照射領域4の重なりによって
走査面が均一にスパックされるようにしである。一次ビ
ームのパルスのうちて中心が走査面6内に含まれるもの
の数と、一次ビームのパルスのうちで中心が分析面5内
に含まれるものの全数の比Rは、R=S、/S、である
。
法に従って一部ビームを仮想的に走査する経路を示す図
である。この図面では、白丸は、走査面6上ではあるが
分析面5の外部に位置する場合の照射領域4の中心7を
表し、黒丸は、分析面5の内部に位置する場合の照射領
域4の中心7を表す。分析面5は斜線で表示されている
。ビームは移動中(走査中)はオフにされるため、走査
は仮想的であると言うことができる。照射領域4の中心
は、水平方向と垂直方向に距離A離れた状態で走査面6
上に均等に分布している。距離Aは各照射領域の半径r
に比べて十分小さくして、照射領域4の重なりによって
走査面が均一にスパックされるようにしである。一次ビ
ームのパルスのうちて中心が走査面6内に含まれるもの
の数と、一次ビームのパルスのうちで中心が分析面5内
に含まれるものの全数の比Rは、R=S、/S、である
。
分析面5の組成に関する情報を最大限に得るためには、
レーザ光源がレーザパルスを一部ビームのパルスの直後
に発生させうるのでなければ一部ビームのパルスを分析
面に照射してはならない。
レーザ光源がレーザパルスを一部ビームのパルスの直後
に発生させうるのでなければ一部ビームのパルスを分析
面に照射してはならない。
このような条件下では、分析面に照射される一部ビーム
のパルスの周波数がレーザパルスの周波数と正確に一致
している場合に最大のスパッタリング速度が得られる。
のパルスの周波数がレーザパルスの周波数と正確に一致
している場合に最大のスパッタリング速度が得られる。
高出力レーザのパルスの周波数は比較的小さいため(せ
いぜい数kHz) 、2つの連続したレーザパルスの間
隔は一部ビームのパルスを付加的に発生させるのに十分
な長さである。
いぜい数kHz) 、2つの連続したレーザパルスの間
隔は一部ビームのパルスを付加的に発生させるのに十分
な長さである。
これら付加パルスは、照射領域4の中心7が走査面6の
周辺部で分析面5の外部に位置するように照射する。こ
れら付加パルスを用いると、クレータの壁面のスパッタ
リングを行うことができる。
周辺部で分析面5の外部に位置するように照射する。こ
れら付加パルスを用いると、クレータの壁面のスパッタ
リングを行うことができる。
この操作は、引き続いてこのクレータの平坦な底面を深
くするのに必要である。
くするのに必要である。
以上の説明かられかるように、一次ビームのパルスはレ
ーザパルスの周波数よりもR倍大きな一定の周波数で照
射される。一次ビームの走査経路は以下の通りである。
ーザパルスの周波数よりもR倍大きな一定の周波数で照
射される。一次ビームの走査経路は以下の通りである。
すなわち、(R−1)番目までのパルスの一部ビームの
中心は走査面6を分析面5の外側で仮想的に走査し、次
にこの一部ビームのR番目のパルスの一部ビームの中心
は分析面5に入り、次に(R+1)番目から(2R−1
)番目のパルスの一部ビームの中心は分析面5の外側に
戻り、次に2R番目のパルスの一部ビームの中心は分析
面5の内側に戻り、次に(2R+ 1 )番目から(3
R−1)番目のパルスの一部ビームの中心は分析面5の
外側に戻り、次に3R番目のパルスの一部ビームの中心
は分析面5の内側に戻り、次に(3R+1)番目のパル
スの一部ビームの中心は分析面5の外側に戻るという操
作を走査面6の走査が終了するまで繰り返すという経路
を一部ビームの走査経路はたどる。続いてこの走査経路
を再度繰り返し走査する。走査のステップ数は例えば2
56 X256に固定しておく。ユーザーは、測定する
最小濃度と到達する最大深度とに応じて比Rを選択する
。
中心は走査面6を分析面5の外側で仮想的に走査し、次
にこの一部ビームのR番目のパルスの一部ビームの中心
は分析面5に入り、次に(R+1)番目から(2R−1
)番目のパルスの一部ビームの中心は分析面5の外側に
戻り、次に2R番目のパルスの一部ビームの中心は分析
面5の内側に戻り、次に(2R+ 1 )番目から(3
R−1)番目のパルスの一部ビームの中心は分析面5の
外側に戻り、次に3R番目のパルスの一部ビームの中心
は分析面5の内側に戻り、次に(3R+1)番目のパル
スの一部ビームの中心は分析面5の外側に戻るという操
作を走査面6の走査が終了するまで繰り返すという経路
を一部ビームの走査経路はたどる。続いてこの走査経路
を再度繰り返し走査する。走査のステップ数は例えば2
56 X256に固定しておく。ユーザーは、測定する
最小濃度と到達する最大深度とに応じて比Rを選択する
。
第3図は、このようなりレータを形成するためレーザパ
ルスト一次ビームのパルスのタイミングチャートである
。中心が分析面5内に位置する主パルスは斜線で表示さ
れているのに対し、中心が分析面5の外側に位置する主
パルスは白抜で表示しである。このタイミングチャート
から、レーザパルスが一部ビームのR番目のパルスごと
に一部ビームのパルスの立ち上がり時刻から遅延時間t
。
ルスト一次ビームのパルスのタイミングチャートである
。中心が分析面5内に位置する主パルスは斜線で表示さ
れているのに対し、中心が分析面5の外側に位置する主
パルスは白抜で表示しである。このタイミングチャート
から、レーザパルスが一部ビームのR番目のパルスごと
に一部ビームのパルスの立ち上がり時刻から遅延時間t
。
で発生することがわかる。
ミクロ27分の単位で表示されるスパッタリング速度は
、一次ビームの強度IPと、一次ビームのパルスの持続
時間Tpと、レーザパルスの周波数fとに比例し、分析
面50面積乳に反比例すると言うことができる。強度I
、と周波数fは実用上の理由から制約があり、面積Sa
は固定値である。スパッタリング速度を大きくするため
にはユーザーが一部ビームのパルスの持続時間T、を調
節することが可能であるが、すると測定可能な最小濃度
が大きくなってしまう。つまり、感度が低下する。さら
に、不均一なスパッタリングがなされることや測定が不
正確であることを避けるためには移動中は一部ビームを
絶対にオフにしておく必要があるため、一次ビームを移
動させるための所定の時間を確保しておかなくてはなら
ない。
、一次ビームの強度IPと、一次ビームのパルスの持続
時間Tpと、レーザパルスの周波数fとに比例し、分析
面50面積乳に反比例すると言うことができる。強度I
、と周波数fは実用上の理由から制約があり、面積Sa
は固定値である。スパッタリング速度を大きくするため
にはユーザーが一部ビームのパルスの持続時間T、を調
節することが可能であるが、すると測定可能な最小濃度
が大きくなってしまう。つまり、感度が低下する。さら
に、不均一なスパッタリングがなされることや測定が不
正確であることを避けるためには移動中は一部ビームを
絶対にオフにしておく必要があるため、一次ビームを移
動させるための所定の時間を確保しておかなくてはなら
ない。
従って、一次ビームのチョッピング装置は、ビームの移
動開始前にビームを完全に阻止できな(ではならず、照
射領域が所定の位置に仮想経路を通って到達するまでビ
ームを再度オンにしてはならない。さらに、一次ビーム
がオンの期間は、このチョッピング装置はビームを照射
領域かられずかでも変位させてはならない。
動開始前にビームを完全に阻止できな(ではならず、照
射領域が所定の位置に仮想経路を通って到達するまでビ
ームを再度オンにしてはならない。さらに、一次ビーム
がオンの期間は、このチョッピング装置はビームを照射
領域かられずかでも変位させてはならない。
第4図は、本発明の方法を実施するための本発明の装置
の実施例の概略図である。この実施例の装置は、イオン
源11と、ビーム伝達装置12と、ビームチョッピング
装置13と、ビームの位置決め装置14と、ビーム伝達
装置15と、質量分析計17と、レーザ光源18と、制
御装置19とを備えている。
の実施例の概略図である。この実施例の装置は、イオン
源11と、ビーム伝達装置12と、ビームチョッピング
装置13と、ビームの位置決め装置14と、ビーム伝達
装置15と、質量分析計17と、レーザ光源18と、制
御装置19とを備えている。
一次ビーム10は、例えば希ガス(アルゴンまたはキセ
ノン)または他の元素(ガリウム、インジウム)のイオ
ンによって形成され、イオン源は、典型的な値として数
マイクロアンペアの電流を出力する例えばデュオプラズ
マトロンや液体金属源によって形成される。イオンは約
数keVのエネルギに加速される。
ノン)または他の元素(ガリウム、インジウム)のイオ
ンによって形成され、イオン源は、典型的な値として数
マイクロアンペアの電流を出力する例えばデュオプラズ
マトロンや液体金属源によって形成される。イオンは約
数keVのエネルギに加速される。
ビーム伝達装置12は少なくともいくつかの集束要素を
備えているが、さらに、マグネット、質量選択アパーチ
ャ、少なくとも1つの静電偏向装置を備えていてもよい
。
備えているが、さらに、マグネット、質量選択アパーチ
ャ、少なくとも1つの静電偏向装置を備えていてもよい
。
ビーム伝達装置12は、ビーム伝達ライン内でビームチ
ョッピング装置13の中心に対応する位置でひとみCを
生成させる。ビームチョッピング装置13を用いると、
制御装置19の制御のもとに一部ビームを所定の確定し
た瞬間にのみサンプル21の方向に通過させることがで
きる。ビームチョッピング装置13から出力される一部
ビームのパルスは、ビーム伝達装置15によって整形さ
れ、ビームの位置決め装置14によってサンプル21上
での位置を決められる。ビーム伝達装置15は、例えば
1つ以上のレンズ、アパーチャ、ステイグメータ、偏向
装置を備えていてもよい。ビーム伝達装置12によって
生成された本当のひとみCは、サンプル210表面に形
成される像C′を有する。
ョッピング装置13の中心に対応する位置でひとみCを
生成させる。ビームチョッピング装置13を用いると、
制御装置19の制御のもとに一部ビームを所定の確定し
た瞬間にのみサンプル21の方向に通過させることがで
きる。ビームチョッピング装置13から出力される一部
ビームのパルスは、ビーム伝達装置15によって整形さ
れ、ビームの位置決め装置14によってサンプル21上
での位置を決められる。ビーム伝達装置15は、例えば
1つ以上のレンズ、アパーチャ、ステイグメータ、偏向
装置を備えていてもよい。ビーム伝達装置12によって
生成された本当のひとみCは、サンプル210表面に形
成される像C′を有する。
サンプル21からスパッタされた物質の粒子21は、制
御装置19の制御のもとにレーザ光源18から出力され
たレーザパルスビーム22によってイオン化される。こ
れら粒子は、やはり制御装置19によって制御される質
量分析計17で同定される。
御装置19の制御のもとにレーザ光源18から出力され
たレーザパルスビーム22によってイオン化される。こ
れら粒子は、やはり制御装置19によって制御される質
量分析計17で同定される。
第5図は、一次ビーム10のチョッピング装置13と、
このビームを位置決めする装置14と、ビーム伝達装置
15の一実施例の詳細図である。ビームチョッピング装
置13は、一次ビーム10のひとみCのそれぞれの側に
設置された静電偏向板24.24”と、この一次ビーム
10の経路の下流に位置する絞り25とを備えている。
このビームを位置決めする装置14と、ビーム伝達装置
15の一実施例の詳細図である。ビームチョッピング装
置13は、一次ビーム10のひとみCのそれぞれの側に
設置された静電偏向板24.24”と、この一次ビーム
10の経路の下流に位置する絞り25とを備えている。
静電偏向板24.24′ には電位差vfiBが印加
されているため、角度θの偏向が起こる。この偏向によ
ってサンプル210表面に′対する一部ビームlOの入
射角がθ′変化する。先に説明したように、点Cの像C
° はサンプル210表面に形成される。従って、入射
角の変化θ° によってサンプル21の表面上でビーム
の照射領域でがシフトすることはない。電位差VIIB
が十分に大きければ、角度θが十分な大きさになって一
部ビーム10が絞り25によって阻止される。一次ビー
ムは、望ましからぬシフトがない状態で点C” でオフ
にされる。同様に、一次ビーム10はシフトがない状態
で点C°で再びオンにすることができる。
されているため、角度θの偏向が起こる。この偏向によ
ってサンプル210表面に′対する一部ビームlOの入
射角がθ′変化する。先に説明したように、点Cの像C
° はサンプル210表面に形成される。従って、入射
角の変化θ° によってサンプル21の表面上でビーム
の照射領域でがシフトすることはない。電位差VIIB
が十分に大きければ、角度θが十分な大きさになって一
部ビーム10が絞り25によって阻止される。一次ビー
ムは、望ましからぬシフトがない状態で点C” でオフ
にされる。同様に、一次ビーム10はシフトがない状態
で点C°で再びオンにすることができる。
ところでビームの位置決め装置14を用いると、点Cの
像が形成されている点C′ をシフトさせることができ
る。ビームの位置決め装置14は第1の偏向板対26.
26”と第2の偏向板対27.27゛を備えている。第
1と第2の偏向板対にはそれぞれ電位差VBpSV’B
pが印加されて、上記の走査を行いながらビームの位置
を決定する。これら2対の偏向板は互いに垂直な対称面
を有する。この結果、2組の偏向板対は二次元的に位置
が決められる。
像が形成されている点C′ をシフトさせることができ
る。ビームの位置決め装置14は第1の偏向板対26.
26”と第2の偏向板対27.27゛を備えている。第
1と第2の偏向板対にはそれぞれ電位差VBpSV’B
pが印加されて、上記の走査を行いながらビームの位置
を決定する。これら2対の偏向板は互いに垂直な対称面
を有する。この結果、2組の偏向板対は二次元的に位置
が決められる。
電位差Vl!IP、 V’!IPSVii+lt、制御
装置19ニヨツて与えられる。ビーム伝達装置15は、
本実施例では単一のレンズで形成されている。別の実施
態様では、ビームの位置決め装置14は、それぞれの偏
向装置がサンプルから等距離の点に位置する互いに直交
した2対の板を有する二重偏向装置を備えていてもよい
。
装置19ニヨツて与えられる。ビーム伝達装置15は、
本実施例では単一のレンズで形成されている。別の実施
態様では、ビームの位置決め装置14は、それぞれの偏
向装置がサンプルから等距離の点に位置する互いに直交
した2対の板を有する二重偏向装置を備えていてもよい
。
第6図は、本実施例の制御装置19が出力する制御信号
のタイミングチャートである。周波数fのクロック(ト
リが)信号が遅延時間(、でレーザパルスをトリガする
。本実施例では、電位差VBBが小さいときにはビーム
がビームチョッピング装置13により伝達され、電位差
VIIBが大きいときにはビームは阻止される。この電
圧は周期的であり、その周波数はf−Rである。この周
波数はトリガ信号によって同期される。電圧VBBがR
回目にロウレベルから立ち上がる際には必ずトリガ信号
に対して固定された遅延時間t”°、が存在している。
のタイミングチャートである。周波数fのクロック(ト
リが)信号が遅延時間(、でレーザパルスをトリガする
。本実施例では、電位差VBBが小さいときにはビーム
がビームチョッピング装置13により伝達され、電位差
VIIBが大きいときにはビームは阻止される。この電
圧は周期的であり、その周波数はf−Rである。この周
波数はトリガ信号によって同期される。電圧VBBがR
回目にロウレベルから立ち上がる際には必ずトリガ信号
に対して固定された遅延時間t”°、が存在している。
電圧V0がロウレベルになるごとに、一次ビームが所定
の期間Tpネオンなる。
の期間Tpネオンなる。
一部ヒームのR番目ごとのパルスは分析面1.:照射さ
れるのに対し、一次ビームの他のパルスは分折面の外側
に照射される。分析面に照射されるパルスは図面では斜
線で表示し、他のパルスは白抜で表示しである。
れるのに対し、一次ビームの他のパルスは分折面の外側
に照射される。分析面に照射されるパルスは図面では斜
線で表示し、他のパルスは白抜で表示しである。
第6図には電位差VBPのタイミングチャートも示され
ている。電位差V′8.のタイミングチャートは同様で
あるため図示していない。電位差VBPに関するこのタ
イミングチャートは、一次ビームの各パルスの後に電位
差VBPが変化して一部ビームの次のパルスが新しい位
置に送られることを示している。1番目から(R−1)
番Hのパルス、(R+1)番目から(2R−1)番目の
パルス、(2R+1)番目から(3R−1)番目のパル
スに対しては、走査領域が分析面5の外部に位置するこ
とに対応して電位差VBPはハイレベルである。
ている。電位差V′8.のタイミングチャートは同様で
あるため図示していない。電位差VBPに関するこのタ
イミングチャートは、一次ビームの各パルスの後に電位
差VBPが変化して一部ビームの次のパルスが新しい位
置に送られることを示している。1番目から(R−1)
番Hのパルス、(R+1)番目から(2R−1)番目の
パルス、(2R+1)番目から(3R−1)番目のパル
スに対しては、走査領域が分析面5の外部に位置するこ
とに対応して電位差VBPはハイレベルである。
R番目、2R番目、3R番目38.のパルスに対しては
、走査領域が分析面5の内部に位置することに対応して
電位差VBPはロウレベルである。
、走査領域が分析面5の内部に位置することに対応して
電位差VBPはロウレベルである。
このタイプの制御信号を発生させる制御装置19の製造
法は当業者には公知である。電圧V B pとV′8.
は、メモリに記憶させることができる特殊な一連のディ
ジタル値の形態である。これらの値は順番に読まれ、D
/A変換器によって電位差に変換される。ユーザーが望
みの感度と最大到達深度とに応じて値Rを変化させるた
め、2つの異なった数値系列を比Rの各整数値に対して
記憶させる。
法は当業者には公知である。電圧V B pとV′8.
は、メモリに記憶させることができる特殊な一連のディ
ジタル値の形態である。これらの値は順番に読まれ、D
/A変換器によって電位差に変換される。ユーザーが望
みの感度と最大到達深度とに応じて値Rを変化させるた
め、2つの異なった数値系列を比Rの各整数値に対して
記憶させる。
第1図は本発明の方法の一実施例で得られたクレータの
概略断面図であり、この図にはこのクレータに対応する
走査面と分析面も図示されている。 第2図は、本発明の方法に従ってこのクレータを形成す
るために一部ビームのパルスを走査させる経路を示す図
である。 第3図は、本発明の方法の一実施例におけるレーザパル
スと一部ビームのパルスのタイミングチャートである。 第4図は、本発明の装置の一実施例の概略図である。 第5図は、第4図の実施例の詳細な図である。 第6図は、この第5図の実施例の制御信号のタイミング
チャートである。 (主な参照番号) 1.21・・サンプル、 2・・底面、3・・壁面
、 4・・照射領域、5・・分析面、
6・・走査面、7・・中心、 10・
・一次ビーム、11・・イオン源、 12.15・・ビーム伝達装置、 13・・ビームチョッピング装置、 14・・ビームの位置決め装置、 17・・質量分析計、 18・・レーザ光源、19
・・制御装置、 22・・レーザパルスビーム、 24.24°、26.26°、27.27′・・静電偏
向板、25・ ・絞り、
概略断面図であり、この図にはこのクレータに対応する
走査面と分析面も図示されている。 第2図は、本発明の方法に従ってこのクレータを形成す
るために一部ビームのパルスを走査させる経路を示す図
である。 第3図は、本発明の方法の一実施例におけるレーザパル
スと一部ビームのパルスのタイミングチャートである。 第4図は、本発明の装置の一実施例の概略図である。 第5図は、第4図の実施例の詳細な図である。 第6図は、この第5図の実施例の制御信号のタイミング
チャートである。 (主な参照番号) 1.21・・サンプル、 2・・底面、3・・壁面
、 4・・照射領域、5・・分析面、
6・・走査面、7・・中心、 10・
・一次ビーム、11・・イオン源、 12.15・・ビーム伝達装置、 13・・ビームチョッピング装置、 14・・ビームの位置決め装置、 17・・質量分析計、 18・・レーザ光源、19
・・制御装置、 22・・レーザパルスビーム、 24.24°、26.26°、27.27′・・静電偏
向板、25・ ・絞り、
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)一次ビームと呼ばれるパルス状の粒子ビームを用
いたスパッタリングによりサンプルを分析する方法であ
って、 −サンプル上の走査面と呼ばれる面上を中心が仮想的に
走査するように一次ビームを偏向させて、分析面と呼ば
れる面を構成する平坦な底面を有するクレータを形成し
、 −上記分析面から放出された粒子を上記一次ビームと同
期したパルス状レーザビームを用いてイオン化させ、こ
のとき上記一次ビームのパルスの周波数は上記レーザビ
ームのパルスの周波数よりも大きくし、上記一次ビーム
は、上記レーザビームのパルス間の大部分の時間は上記
走査面の一部で上記分析面の外部に位置する部分を走査
し、上記一次ビームのパルスのうちでレーザビームの各
パルスの直前の1つのパルスに対応する期間は上記分析
面を走査するように中心を偏向させ、−サンプルから放
出されてイオン化された粒子の種類を質量分析計を用い
て同定することを特徴とする方法。 (2)上記レーザパルスビームの周波数よりもR倍(た
だし、Rは1よりも大きな整数であり、上記走査面の所
望の面積と上記分析面の所望の面積の比に等しい)大き
な一定の周波数を有する一次ビームのパルスを発生させ
ることを特徴とする請求項1に記載の方法。(3)サン
プルの仮想走査を実行するためには、上記一次ビームを
オフにした後に仮想的にシフトさせ、新しい位置に固定
した後にこの一次ビームをオンにして、上記一次ビーム
のパルスを発生させるために連続ビームをチョップする
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 (4)−一次ビームと呼ばれるパルス状粒子ビームを分
析するサンプル上に照射してこのサンプルから粒子を放
出させる手段と、 −上記一次ビームを制御信号に従って偏向させる手段と
、 −パルス状レーザビームを照射して上記サンプルから放
出された粒子をイオン化させるレーザ光源と、 −上記サンプルから放出されてイオン化された粒子を同
定する質量分析計と、 −制御手段とを備え、 この制御手段は、 −上記偏向手段を制御することによって上記サンプル上
で上記一次ビームの中心が走査面と呼ばれる面を仮想走
査させて分析面と呼ばれる面を構成する平坦な底面を有
するクレータを形成させ、−上記一次ビーム照射手段を
制御して、一次ビームを上記レーザビームのパルスの周
波数よりも大きくてしかもこれらレーザビームのパルス
と同期して発生させるとともに、一次ビームのパルスを
レーザビームの各パルスの直前に1つ発生させ、−上記
偏向手段を制御して、上記一次ビームの中心が上記レー
ザビームのパルス間の大部分の時間は上記走査面の一部
で上記分析面の外部に位置する部分を仮想的に走査させ
、上記一次ビームのパルスのうちでレーザビームの各パ
ルスの直前の1つのパルスに対応する期間は上記分析面
を仮想的に走査させることを特徴とする分析装置。 (5)パルス状粒子ビームを発生させる上記手段が、−
連続粒子ビームを発生させる源と、 −この連続粒子ビームをこのビームのひとみのまわりに
偏向させる一対の静電偏向板と、−上記連続粒子ビーム
が所定の固定角を越えて偏向したときにこの連続粒子ビ
ームの全粒子を阻止する絞りと、 −サンプル上に上記ひとみの像を形成するためにビーム
を移動させる手段と を備えることを特徴とする請求項4に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8712598A FR2620532B1 (fr) | 1987-09-11 | 1987-09-11 | Procede d'analyse d'un echantillon par erosion au moyen d'un faisceau de particules, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede |
FR8712598 | 1987-09-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01265154A true JPH01265154A (ja) | 1989-10-23 |
JPH0574185B2 JPH0574185B2 (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=9354797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63228281A Granted JPH01265154A (ja) | 1987-09-11 | 1988-09-12 | 粒子ビームを用いたスパッタリングによりサンプルを分析する方法とこの方法を実施するための装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4912325A (ja) |
EP (1) | EP0308304B1 (ja) |
JP (1) | JPH01265154A (ja) |
DE (1) | DE3864109D1 (ja) |
FR (1) | FR2620532B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014044124A (ja) * | 2012-08-27 | 2014-03-13 | Fujitsu Ltd | 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 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5105082A (en) * | 1990-04-09 | 1992-04-14 | Nippon Telegraph & Telephone Corporation | Laser ionization sputtered neutral mass spectrometer |
WO1999015884A1 (en) * | 1997-09-22 | 1999-04-01 | Oryx Instruments & Materials Corporation | Monolayer analysis using dynamic secondary ion mass spectrometry |
US5920068A (en) | 1998-03-05 | 1999-07-06 | Micron Technology, Inc. | Analysis of semiconductor surfaces by secondary ion mass spectrometry |
FR2806527B1 (fr) * | 2000-03-20 | 2002-10-25 | Schlumberger Technologies Inc | Colonne a focalisation simultanee d'un faisceau de particules et d'un faisceau optique |
WO2013057824A1 (ja) * | 2011-10-20 | 2013-04-25 | 国立大学法人東京工業大学 | レーザイオン化質量分析装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4442354A (en) * | 1982-01-22 | 1984-04-10 | Atom Sciences, Inc. | Sputter initiated resonance ionization spectrometry |
JPS6035947U (ja) * | 1983-08-19 | 1985-03-12 | アイシン精機株式会社 | バランス修正用の凸部を有するクラツチカバ− |
US4694167A (en) * | 1985-11-27 | 1987-09-15 | Atom Sciences, Inc. | Double pulsed time-of-flight mass spectrometer |
-
1987
- 1987-09-11 FR FR8712598A patent/FR2620532B1/fr not_active Expired
-
1988
- 1988-09-09 US US07/242,134 patent/US4912325A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-09-09 DE DE8888402279T patent/DE3864109D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-09-09 EP EP88402279A patent/EP0308304B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1988-09-12 JP JP63228281A patent/JPH01265154A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014044124A (ja) * | 2012-08-27 | 2014-03-13 | Fujitsu Ltd | 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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3864109D1 (de) | 1991-09-12 |
US4912325A (en) | 1990-03-27 |
JPH0574185B2 (ja) | 1993-10-15 |
FR2620532B1 (fr) | 1989-12-01 |
EP0308304B1 (fr) | 1991-08-07 |
FR2620532A1 (fr) | 1989-03-17 |
EP0308304A1 (fr) | 1989-03-22 |
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