JPH04328442A - 試料ホルダ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばイオンマイクロ
アナライザ（ＩＭＡ）などの試料分析計に使用される試
料ホルダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種試料ホルダの例を図５に示
す。

【０００３】図５の（ａ）に示す試料ホルダは、試料搬
送台１１に多数のねじ穴１１ａを配列させて、これらの
ねじ穴１１ａに試料台１２をねじ機構を介して上下動可
能に装着する。試料搬送台１１の上部には各ねじ穴１１
ａに対応して試料移動案内用のガイド穴１５が上面に向
けて開口する。試料１３は試料台１２上に直接に支持さ
れつつガイド穴１３にセットされ、穴１４ａ付きの蓋１
４が搬送台１１の上面に被着される。

【０００４】試料台１２を搬送台１１の下面側からねじ
機構を介して上下移動調整することで、試料１３が蓋１
４の下面に接触して、試料が一定の高さに保持される。

【０００５】図５の（ｂ）に示す試料ホルダも、上記同
様の試料搬送台１１，試料台１２，蓋１４，ガイド穴１
５などを備えるが、支持台１２上端とばね１６を介して
試料１３を支持する。この従来例は、各ガイド穴１５に
セットされる試料１３の厚さにばらつきがあっても、ば
ね１６の機能により試料１３の位置を全て同レベルにの
高さに保持出来る利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の試
料ホルダには次のような改善すべき点があった。

【０００７】■各ガイド穴１５に試料１３をセットする
ため、ガイド穴の制約から、試料の寸法，形状などの多
様性に充分に対応できない。

【０００８】■試料装着時、試料が試料台１２の回転に
より回転移動し、そのため、試料支持蓋１４の下面で試
料がこすられて損傷，汚染の原因となり易い。

【０００９】■ガイド穴１５の存在により装着試料の数
をあまり多くすることができない。そのため、分析の作
業能率に改善すべき点があり、また試料交換頻度が高く
なり試料室の真空度に低下をきたし再現性が困難であっ
た。

【００１０】■半導体試料においては、試料と試料台ま
たは蓋との間の電気的コンタクトが取りにくい。

【００１１】本発明は以上の種々の問題を解決し、しか
も構造が簡潔にして使い勝手のよい試料台支持装置を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、基本的には次のような課題解決手段を提案する。

【００１３】内容の理解を容易にするため実施例の符号
を引用して説明する。

【００１４】すなわち、試料台装着用の複数のねじ穴１
ａを有する試料搬送台１と、ねじ機構を介してねじ穴１
ａに上下動可能に装着される試料台２と、試料搬送台１
の上面に試料５の高さ位置を決定するために被着される
蓋４とを備え、試料台２の上端に試料台２の回転に対し
フリーな状態を保ち得る試料支持片３を設け、この試料
支持片３を介して試料台２上に試料５を取り付ける構造
とし、且つ試料台２上の試料５は試料搬送台１上面の空
間にセットされて試料分析に供されるよう設定した。

【００１５】また、試料の取り付けの一例として、試料
５を試料支持片３にＩｎ，Ｇａなどの低融点金属６を介
して溶着したものを提案する。

【００１６】

【作用】試料５は試料搬送台１上面の空間Ｓにセットさ
れる。このセットは、まず、試料５を試料台２上の試料
支持片３に取り付けた後、試料搬送台１上の空間Ｓに試
料を位置させた後、蓋４を被着する。ついで、試料５が
蓋４の下面に接触するまで試料台２をねじ機構を利用し
て上方向に移動させると試料５の高さ位置が決定される
。この場合、試料台２が回転状態にあって試料５が蓋４
下面に接触しても、試料支持片３が試料台２の回転に対
しフリーの状態を保つことと、蓋４からの押さえ力によ
っての協働により回転することはなく、試料５が蓋４の
下面にこすれることはない。

【００１７】試料のセット後は、蓋４を取り去っても、
あるいは被着したまま試料の分析を行うことも可能であ
る。そして、いずれの場合も、従来のように試料をガイ
ド穴に設けて分析することがなく、その分、試料のセッ
トスペースの自由度を大きくして、形状，寸法が種々様
々な試料の装着を可能にする。１つの支持台２では支持
しきれない大きな試料の場合には、複数の試料台２によ
り支持することもできる。

【００１８】さらに、試料支持片３上に低融点金属金属
６を介して試料５を溶着させた場合には、その固定の安
定化と試料と試料支持片との間に電気的コンタクトがと
れる。この電気的コンタクトの必要性については、実施
例の項の第４使用例に詳述してあるので、参照されたい
。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を図１から図４により説明す
る。

【００２０】図１から図３に示す実施例（試料台ホルダ
）の説明に先立ち、図４により適用対象の一例としてＩ
ＭＡについて説明する。

【００２１】ＩＭＡは、１次イオン光学系４１，４２，
４３，４４，４５と、試料ホルダＡと、２次イオン光学
系４６，４７，４８及びデータ処理ユニット４９などで
構成される。

【００２２】イオン源４１で発生した１次イオンビーム
４２はレンズ４３，４５及び偏向電極４４を通り、細束
ビームとなり試料ホルダＡに支持された試料の表面を照
射する。その結果、試料表面から飛び出した２次イオン
４６は質量分析計４７で質量分離され、検出器４８で検
出された後、データ処理ユニット４９にデータ入力され
る。

【００２３】試料ホルダＡは超真空（５×１０￣　５Ｔ
ａ）を維持する試料室にセットされる。試料交換は予備
室（１×１０￣　７Ｔａ）を介して行われが、試料の出
し入れは試料室の真空を劣化させ、装置性能の低下によ
り測定データの再現性の低下原因となり易く、好ましく
ない。

【００２４】図２は本実施例における試料ホルダＡの部
品構成のうち試料搬送台１，試料台２，試料支持片３な
どを示し、図２の（ａ）が試料搬送台１の上面図、（ｂ
）がその縦断面図を示す。

【００２５】試料搬送台１には多数のねじ穴１ａが整列
状態で配設してあり、ねじ穴１ａに試料台２がねじ機構
により上下移動可能に装着される。

【００２６】試料台２の上端には試料支持片３がゆるい
状態で凹凸嵌合し、これにより支持片３は試料台２が回
転した場合でもフリーの関係を保つ。試料支持片３の上
端には穴（あるいは溝）３ａが形成され、この穴３ａに
は試料取り付け時に試料固着用の低融点金属（例えばＩ
ｎ，Ｇａ）が充填される。なお、図２（ｃ）の３´は試
料支持片の別の例を示し、その上端を平面としてある。

【００２７】図３は試料ホルダＡの部品構成のうち試料
の高さ（位置決め）を行う蓋４で、ビーム透過用の穴４
ａが多数配設してある。

【００２８】図１は試料ホルダＡの使用状態を示す縦断
面図である。

【００２９】使用時には、試料台２の少なくとも上端及
び試料支持片３は試料搬送台１の上面に突出し、試料５
は穴３ａに装填した低融点金属６を介して試料支持片３
に溶着される。試料５は、試料搬送台１及び試料台２に
試料支持片３を装着した状態で取り付けるか、或いは試
料支持片３を単独に取り出して取り付けもよい。また、
実施にあたり試料５の区別を明確にする目的で試料支持
片３に数字やアルファベットなどの刻印を取り付けるこ
ともできる。

【００３０】試料５付きの試料台２を搬送台１に装着し
た後に蓋４が被着される。この状態で試料５が蓋４下面
に接触するまで、試料台２をねじ機構を介して上方向に
移動させると、個々の試料５の分析面の高さが同レベル
となり、試料ごとの測定データの再現性を確保する。試
料５の高さ位置を設定した後は、蓋４は取り外してもよ
いし、取付けたままのビーム照射も可能である。

【００３１】ここで、具体的使用例を説明する。

【００３２】（第１の使用例）多数個の試料５を取り付
けた場合である。

【００３３】試料５としてはシリコンウエハを用い、分
析目的はウエハ表面の汚染場所による差を評価すること
にある。試料ホルダＡとしては、図１〜図３に占めすも
のを用い４０個の試料を一度にセットした。

【００３４】測定は質量スペクトルモードで測定し、１
試料の分析測定に約１０分を費やした。したがって、全
試料測定には、４０個×１０すなわち４００分（約７時
間）で全試料の測定が可能となる。

【００３５】一方、従来の試料の装着はガイド穴のスペ
ースの制約から試料の装着は最大８個程度であり、５回
にわたる真空排気サイクルを試料の装着作業に強いられ
る。

【００３６】すなわち、測定時間として、従来は約３倍
程度の長時間を要した。さらに、各真空排気サイクル後
の真空度及び真空の室に差が生じ、従来はデータの再現
性がなくバッチごとの定量値比較は困難であった。

【００３７】これに対し、本実施例によれば、測定時間
が従来方式に比較して１／３程度短縮されるばかりでな
く、データの再現性が著しく改善された。

【００３８】さらに試料交換の回数が従来の１／３と少
なくてすみ、常に真空条件として良好な状態で分析がで
きる利点がある。

【００３９】（第２の使用例）試料サイズの大幅に異な
る試料の分析を実施した。ここでは、従来困難であった
３０ｍｍ×３０ｍｍの分析対象試料と大きさが１ｍｍ×
１ｍｍサイズの標準試料を同時装着し、分析対象試料の
重金属汚染分布を測定し、良好な結果を得た。大きいサ
イズの試料のセットは、試料台２（試料支持片３を含め
）として必要な本数（例えば１本，２本，３本または４
本）のもを利用して支え、ほかの試料台２はひっこめて
試料５に触れないよう設定する。また、微小サイズの標
準試料は、試料台２の１本で支持し、できるだけ大きい
試料の近傍にセットするようにした。

【００４０】本使用例によれば、大小様々な試料群が存
在する場合でも、適用可能である。

【００４１】（第３の使用例）形状が複雑な鉄隕石を試
料５として試料支持片３に低融点金属６を介して溶着し
て試料の分析を実施した。すなわち、試料を３次元的な
自由な空間で支持できるので、試料形状の多様性に対応
できる。

【００４２】（第４の使用例）半導体材料分析の適用例
である。

【００４３】一般に半導体材料、特に高抵抗材料と試料
台などの金属との間においては、電気的なコンタクトが
とりにくく、電気容量分をもった接触となる。このよう
な状態で１次イオンビーム７を試料５に照射すると、試
料表面に電荷が蓄積し、表面電位が変化し、良好な分析
ができない。この分野の応用例として、Ｓｉをイオン注
入したＧａＡｓ試料におけるＳｉの深さ方向分析を試み
た。試料支持片３をＧａＡｓ試料との電気的コンタクト
は低融点金属で仕事関数の大きいＩｎを加熱溶融するこ
とでとった。

【００４４】これにより１次イオンビーム照射による帯
電は完全に避けられ、精度の高いＳｉの深さ方向濃度プ
ロファイルが得られた。得られたプロファイルから、１
０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３領域における横方向広がりは
、理論性に対して５％しかずれておらず、従来の１０〜
１５％に対して著しく改善された。

【００４５】本使用例によれば、比抵抗の高い半導体材
料に対しても、試料台との間に良好な電気的コンタクト
が得られた。

【００４６】（第５の使用例）試料５と接する上面が平
らな試料支持片３´を持つ試料ホルダを採用する。応用
例として、微粒子を分析する場合、試料支持片３´上面
にＩｎ膜を形成させ、その膜に微粒子を散布し、半田こ
てでＩｎを加熱して微粒子を固定する。

【００４７】本使用例によれば、試料支持片３´は微粒
子を均一に散布した状態で固定でき、１次イオン照射が
容易である。さらに、微粒子が絶縁物であってもＩｎ膜
との間に良好な電気的コンタクトがとれ、安定なプロフ
ァイルが得られた。

【００４８】（第６の使用例）ＩＣに代表される各種デ
バイスの解析評価に本発明を適用した。

【００４９】本使用例では、試料支持片３或いは３´を
絶縁物材料で作製して試料を電気的に絶縁して、ＩＣ素
子における各機能部の電位分布の２次電子像をよび２次
イオン像を撮影するのに成功した。その結果、ＩＭＡに
おいてもＩＣ素子などの電気的特性の評価が可能になり
、ＩＭＡの新しい分野が拓けた。

【００５０】なお、本発明はＩＭＡに適用対象を限定す
るものではない。

【００５１】

【発明の効果】■従来法に比較して、試料サイズを大き
くできると共に、大小様々な試料を形状，寸法を問わず
同一試料搬送台にセットできる。

【００５２】■従来法に比較して試料装着数を大幅に増
加でき、分析能率が著しく改善される。また試料交換頻
度を少なくできるので、真空度の向上および一定性が確
保される。その結果、データの再現性，信頼性が向上す
る。試料交換頻度の減少は、真空排気時間の減少を意味
し、実行分析時間を短縮させる。

【００５３】■試料支持片の利用により、試料装着時、
試料台の回転運動に対して、試料が独立可動になってい
るので、蓋下面に試料表面をこすることがなく試料の破
損，汚染などを防止できる。

【００５４】■試料支持片が独立して取り外しできるの
で、加熱が容易になり、試料と試料支持片との間の電気
的コンタクトが容易にとれる。その結果、半導体材料一
般の測定精度が著しく向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例たる試料ホルダの使用状態を
示す縦断面図。

【図２】上記試料ホルダの構成要素の一部を示す平面図
及び縦端面図。

【図３】上記試料ホルダの構成要素の一部を示す平面図
及び縦断面図。

【図４】本発明の適用対象となるＩＭＡを示す説明図。

【図５】ＩＭＡに使用される従来の試料ホルダの一例を
示す縦断面図。

【符号の説明】

Ａ…試料ホルダ、Ｓ…試料セット空間、１…試料搬送台
、１ａ…ねじ穴、２…試料台、３…試料支持片、４…蓋
、５…試料、６…低融点金属。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　試料台装着用の複数のねじ穴を有する
   試料搬送台と、ねじ機構を介して前記ねじ穴に上下動可
   能に装着される試料台と、試料搬送台の上面に試料の高
   さ位置を決定するために被着される蓋とを備え、前記試
   料台の上端に該試料台の回転に対しフリーな状態を保ち
   得る試料支持片を設け、この試料支持片を介して試料台
   上に試料を取り付ける構造とし、且つ試料台上の試料は
   試料搬送台上面の空間にセットされて試料分析に供され
   るよう設定したことを特徴とする試料ホルダ。
2. 【請求項２】　　請求項１において、前記試料は前記試
   料支持片にＩｎ，Ｇａなどの低融点金属を介して溶着さ
   れるよう設定したことを特徴とする試料ホルダ。
3. 【請求項３】　　請求項１又は請求項２において、前記
   試料台と前記試料支持片とは、相対的な回転が可能なよ
   うに凹凸嵌合させたことを特徴とする試料ホルダ。
4. 【請求項４】　　請求項１，２，３のいずれか１項にお
   いて、前記試料支持片を絶縁物材料で形成したことを特
   徴とする試料ホルダ。