JPH0438440A - Quantity analysis sample and ion implantation and secondary ion mass spectrometer with ion implantation function - Google Patents

Quantity analysis sample and ion implantation and secondary ion mass spectrometer with ion implantation function

Info

Publication number
JPH0438440A
JPH0438440A JP2145139A JP14513990A JPH0438440A JP H0438440 A JPH0438440 A JP H0438440A JP 2145139 A JP2145139 A JP 2145139A JP 14513990 A JP14513990 A JP 14513990A JP H0438440 A JPH0438440 A JP H0438440A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion
sample
internal standard
mass
analysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2145139A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hifumi Tamura
田村 一二三
Yoshinori Ikebe
池辺 義紀
Hiroyuki Sumiya
住谷 弘幸
Hiroshi Toida
問田 博
Hiroshi Hirose
広瀬 博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Instruments Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Instruments Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Instruments Engineering Co Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Instruments Engineering Co Ltd
Priority to JP2145139A priority Critical patent/JPH0438440A/en
Publication of JPH0438440A publication Critical patent/JPH0438440A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

PURPOSE:To omit a standard sample besides an analysis objective sample by providing a known amount of the same element as the analysis objective element in the analysis objective sample as an internal standard sample. CONSTITUTION:In a secondary ion mass spectrometer, an ion source 2 is provided to inject a known amount of internal standard element same as the element to be analyzed into a quantity analysis objective sample 11 as an internal standard sample. Symbol 3b shows the aperture for the ion source 2 for injecting an internal standard element and 4b shows the condenser lens for the ion source 2 for injecting an internal standard element. This system shares the system of mass separator 5 to separate mass of ion beam 18 discharged from the primary ion source 1 for analysis purpose and a system of mass separator to separate mass of ion beam 19 discharged out of the ion source 2 for internal standard element injection into the quantity analysis objective sample 11 for known amount of internal standard sample.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般固体材料の定量分析に使用される定量分
析試料と、定量分析対象試料自体にイオンを注入するイ
オン注入方法およびイオン注入機能付二次イオン質量分
析装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a quantitative analysis sample used for quantitative analysis of general solid materials, an ion implantation method for implanting ions into the quantitative analysis target sample itself, and an ion implantation function. This invention relates to a secondary ion mass spectrometer.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

イオン質量分析法(SIMS)は相対値分析であって、
従来、SIMSの実施には、分析対象試料以外に、当該
分析対象試料と同一マトリックスを有する標準試料を必
要としていた。
Ion mass spectrometry (SIMS) is a relative value analysis,
Conventionally, SIMS requires, in addition to the sample to be analyzed, a standard sample having the same matrix as the sample to be analyzed.

そして、標準試料に関する先行技術は1例えば特開昭6
1−71343号公報に記載されており、同公報に示さ
れている標準試料は、イオンマイクロアナライザ(IM
A)の分析深さ較正用として、標準(トレーサ)元素を
基準となる深さにイオン注入するというものである。
The prior art related to standard samples is 1, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 6
It is described in the publication No. 1-71343, and the standard sample shown in the publication is an ion microanalyzer (IM
For A) analysis depth calibration, a standard (tracer) element is ion-implanted to a reference depth.

ここでIMAの原理を簡単に説明すると、IMAは、試
料表面にプローブイオンを照射し、その表面原子をイオ
ン(二次イオン)の形ではじき出させ(スパッタリング
)、スパッタされた二次イオンを二次イオン検出系で検
出して質量分析することにより、イオン照射部の元素分
析をおこなうというものである。
To briefly explain the principle of IMA, IMA irradiates the surface of a sample with probe ions, expels the surface atoms in the form of ions (secondary ions) (sputtering), and converts the sputtered secondary ions into secondary ions. The next step is to perform elemental analysis of the ion irradiated area by detecting it with an ion detection system and performing mass spectrometry.

そして、前記のようにプローブイオンビームによって試
料表面をスパッタさせながら深さ方向に掘り進むことに
より、刻々その深さ方向の元素分析をおこなうことがで
き、これによって試料深さ方向における元素濃度の分布
を分析することができる。
Then, by digging in the depth direction while sputtering the sample surface with the probe ion beam as described above, elemental analysis in the depth direction can be performed moment by moment. can be analyzed.

すなわち、スパッタ時間と分析深さとは比例関係にあり
、このためスパッタ時間は分析深さ方向の濃度分布に対
応することがわかるが、従来、スパッタ時間に対応する
分析深さの絶対値自体はわからず、分析深さ(絶対値)
に対する濃度分布を得ることはできないという問題があ
ったため、前掲特開昭61−71343号公報に記載の
技術にあっては、標準試料中の基準となる深さにトレー
サ元素をイオン注入し、この注入されたイオンをIMA
分析深さの絶対値の目盛として利用するというものであ
る。
In other words, there is a proportional relationship between sputtering time and analysis depth, and therefore it can be seen that sputtering time corresponds to the concentration distribution in the direction of analysis depth.However, until now, the absolute value of analysis depth itself corresponding to sputtering time has not been known. Analysis depth (absolute value)
Since there was a problem that it was not possible to obtain the concentration distribution for IMA the implanted ions
It is used as a scale for the absolute value of analysis depth.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかして、従来のSIMSにあっては、前掲特開昭61
−71343号公報に記載のIMAを含めて、固体材料
の定量分析には、分析対象試料以外に標準試料を必要と
し、この標準試料と分析対象試料との両者に対して二次
イオン強度の測定をおこない、定量値を算出するように
しているが、分析対象試料と同一マトリックスを有する
標準試料の作製には長時間を要し、かつコスト高となる
ことは否めなかった。
However, in the case of conventional SIMS,
Quantitative analysis of solid materials, including the IMA described in Publication No. 71343, requires a standard sample in addition to the sample to be analyzed, and the secondary ion strength is measured for both the standard sample and the sample to be analyzed. However, it is undeniable that it takes a long time to prepare a standard sample that has the same matrix as the sample to be analyzed, and it is expensive.

本発明の目的は、一般固体材料の相対値分析であるSI
MSの実施にあたり、従来のように1分析対象試料以外
に標準試料を必要とせず、したがって従来のように、分
析対象試料と同一マトリックスを有する標準試料を長時
間要して作製する必要がなく、シかも標準試料作製にと
もなうコスト高の問題をも同時に解決することのできる
定量分析試料、さらには定量分析対象試料を具体的に得
るためのイオン注入方法およびイオン注入機能付二次イ
オン質量分析装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to perform SI, which is a relative value analysis of general solid materials.
When performing MS, there is no need for a standard sample other than one sample to be analyzed as in the past, and therefore there is no need to take a long time to prepare a standard sample that has the same matrix as the sample to be analyzed, as in the past. Ion implantation method and secondary ion mass spectrometer with ion implantation function to specifically obtain quantitative analysis samples, as well as quantitative analysis target samples, which can simultaneously solve the high cost problem associated with standard sample preparation. Our goal is to provide the following.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

前記目的を達成するため、本発明に係る定量分析試料は
、イオンマイクロアナライザを用いてイオン定量分析に
供される定量分析試料において、分析対象試料自体に、
内部標準試料として、分析を目的とする元素と同じ元素
が既知量存在していることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the quantitative analysis sample according to the present invention is a quantitative analysis sample that is subjected to ion quantitative analysis using an ion microanalyzer.
The internal standard sample is characterized by the presence of a known amount of the same element as the element to be analyzed.

また、本発明に係るイオン注入方法は、前記定量分析試
料を具体的に得るため、定量分析対象試料自体に、内部
標準試料として、分析を目的とする元素と同じ元素を既
知量イオン注入することを特徴とするものである。
Furthermore, in order to specifically obtain the quantitative analysis sample, the ion implantation method according to the present invention includes ion implantation of a known amount of the same element as the element to be analyzed as an internal standard sample into the quantitative analysis target sample itself. It is characterized by:

さらに、本発明に係るイオン注入機能付二次イオン質量
分析装置は、試料表面にプローブイオンを照射する分析
用一次イオン源と、一次イオンの質量分離器と、イオン
ビーム照射系と、二次イオン質量分析系とを有する二次
イオン質量分析装置において、定量分析対象試料自体に
、内部標準試料として、分析を目的とする元素と同じ元
素を既知量イオン注入する内部標準元素注入用イオン源
を付加したことを特徴とするものである。
Furthermore, the secondary ion mass spectrometer with ion implantation function according to the present invention includes a primary ion source for analysis that irradiates probe ions onto a sample surface, a primary ion mass separator, an ion beam irradiation system, and a secondary ion source. In a secondary ion mass spectrometer equipped with a mass spectrometry system, an ion source for internal standard element injection is added to the sample to be quantitatively analyzed, which injects a known amount of the same element as the element to be analyzed as an internal standard sample. It is characterized by the fact that

〔作用〕[Effect]

しかして、前記構成よりなる定量分析試料、さらには定
量分析対象試料を具体的に得るためのイオン注入方法お
よびイオン注入機能付二次イオン質量分析装置によれば
、一般固体材料の相対値分析であるSIMSの実施にあ
たり、従来のように、分析対象試料以外に標準試料を必
要とせず、したがって従来のように、分析対象試料と同
一マトリックスを有する標準試料を長時間要して作製す
る必要がなく、しかも標準試料作製にともなうコスト高
の問題をも同時に解決することができる。
According to the ion implantation method and secondary ion mass spectrometer with ion implantation function for specifically obtaining a quantitative analysis sample and a quantitative analysis target sample having the above configuration, it is possible to perform relative value analysis of general solid materials. When implementing a certain SIMS, there is no need for a standard sample in addition to the sample to be analyzed, as in the past, and there is therefore no need to take a long time to prepare a standard sample that has the same matrix as the sample to be analyzed, as in the past. Moreover, the problem of high cost associated with standard sample preparation can also be solved at the same time.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を、図面の一実施例にもとづいて説明する
と、第1図は本発明に係るイオン注入機能付二次イオン
質量分析装置の全体構成を示す一部縦断面図、第2図は
第1図に符号2で示す内部標準元素注入用スパッタイオ
ン源の拡大図、第3図は定量値の算出法を示す図、第4
図はSi中酸素の深さ方向測定例を示す図である。
Hereinafter, the present invention will be explained based on one embodiment of the drawings. FIG. 1 is a partial vertical sectional view showing the overall configuration of a secondary ion mass spectrometer with ion implantation function according to the present invention, and FIG. Figure 1 is an enlarged view of the sputter ion source for internal standard element implantation indicated by reference numeral 2, Figure 3 is a diagram showing the method for calculating quantitative values, and Figure 4 is a diagram showing the method for calculating quantitative values.
The figure shows an example of measuring oxygen in Si in the depth direction.

二次イオン質量分析装置の全体構成を示す第1図におい
て、1は定量分析対象試料11の表面にプローブイオン
を照射する分析用一次イオン源、3aは分析用一次イオ
ン源1の7パーチヤ、4aは同じく分析用一次イオン源
1のコンデンサレンズである。
In FIG. 1 showing the overall configuration of a secondary ion mass spectrometer, 1 is a primary ion source for analysis that irradiates the surface of a sample 11 for quantitative analysis with probe ions, 3a is the 7th perch of the primary ion source for analysis 1, and 4a Similarly, it is a condenser lens of the primary ion source 1 for analysis.

5はイオンビームを質量分離する質量分離器、6は質量
分離用のアパーチャを示す。
Reference numeral 5 indicates a mass separator for mass-separating the ion beam, and 6 indicates an aperture for mass separation.

7は質量分離用アパーチャ6の後段に位置するコンデン
サレンズ、8は対物レンズ絞り、9は対物レンズ、10
は偏向電極である。
7 is a condenser lens located after the mass separation aperture 6, 8 is an objective lens aperture, 9 is an objective lens, 10
is a deflection electrode.

11は先に説明した定量分析対象試料を示す。Reference numeral 11 indicates the sample to be quantitatively analyzed as described above.

12は二次イオン引出し電極、13はセクタ電場、14
はセクタ磁場、15は二次イオン検出器である。
12 is a secondary ion extraction electrode, 13 is a sector electric field, 14
is a sector magnetic field, and 15 is a secondary ion detector.

16は後述する後段加速電源を示す。Reference numeral 16 indicates a later-stage acceleration power source, which will be described later.

17はイオン電流測定用のファラデーカップである。17 is a Faraday cup for measuring ion current.

しかして、本発明に係る二次イオン質量分析装置は、前
記したごとき構成に加えて、新たに、定量分析対象試料
11自体に、内部標準試料として、分析を目的とする元
素と同じ元素を既知量イオン注入する内部標準元素注入
用イオン源2を設けたことを要旨とするものである。
Therefore, in addition to the above-described configuration, the secondary ion mass spectrometer according to the present invention newly includes the same element as the element to be analyzed as an internal standard sample in the quantitative analysis target sample 11 itself. The gist is that an ion source 2 for implanting an internal standard element is provided for implanting large amounts of ions.

第1図中、符号3bは内部標準元素注入用イオン源2の
アパーチャ、4bは同じく内部標準元素注入用イオン源
2のコンデンサレンズを示す。
In FIG. 1, reference numeral 3b indicates an aperture of the ion source 2 for implanting internal standard elements, and reference numeral 4b indicates a condenser lens of the ion source 2 for implanting internal standard elements.

なお、本実施例においては、分析用一次イオン源1から
放出されるイオンビーム18を質量分離する、第1図に
符号5で示す質量分離器の系と、分析を目的とする元素
と同じ元素を既知量内部標準試料として定量分析対象試
料11自体にイオン注入する場合に、内部標準元素注入
用イオン源2から放出されるイオンビーム19を質量分
離する質量分離器の系と を共用とし、 かつ前記質量分離器5の後段に位置して、前記両イオン
ビーム18,19が通過するコンデンサレンズ7の系お
よび対物レンズ9の系を共用とすることにより、装置全
体としての構成が複雑になるのを防止するとともに、先
の内部標準元素注入用イオン源2を新たに付設したこの
種装置のコストアップを極力抑える工夫がなされている
In this example, a mass separator system shown by reference numeral 5 in FIG. When ions are implanted into the quantitative analysis target sample 11 itself as a known amount internal standard sample, the system is shared with a mass separator system for mass-separating the ion beam 19 emitted from the ion source 2 for internal standard element implantation, and By sharing the condenser lens 7 system, which is located after the mass separator 5 and through which both the ion beams 18 and 19 pass, and the objective lens 9 system, the overall structure of the apparatus becomes complicated. Efforts have been made to prevent this and to minimize the increase in cost of this type of apparatus newly equipped with the ion source 2 for implanting the internal standard element mentioned above.

第1図に符号2で示す内部標準元素注入用イオン源を拡
大して示す第2図において、このイオン源2は、図示実
施例の場合、スパッタ機能を有するデュオプラズマトロ
ンのホローカソード20の一部にイオン源材料22を装
着したものである。
In FIG. 2 showing an enlarged view of the internal standard element implantation ion source indicated by the reference numeral 2 in FIG. The ion source material 22 is attached to the part.

すなわち、前記した内部標準元素注入用イオン源2は、
第2図に示すように、ホローカソード20のイオン薄情
21に装着したイオン源材料22と、イオン源材料22
を保持する金属網23と、中間電極24と、アノード2
5と、アノードボタン26と、加速電極27と、安定抵
抗28と、プラズマ励起用放電々@29と、加速電源3
0とにより構成されている。
That is, the internal standard element implantation ion source 2 described above is
As shown in FIG.
The metal net 23 holding the intermediate electrode 24 and the anode 2
5, an anode button 26, an accelerating electrode 27, a stabilizing resistor 28, plasma excitation discharges @ 29, and an accelerating power source 3
0.

なお、イオン源材料22を保持する手段とじては、その
イオン源材料22の形状により種々のものが考えられる
が、イオン源材料22がたとえばブロック状をしている
場合は、このイオン源材料22を、ホローカソード20
のサイドから直接ネジ押えによって保持することができ
、前記ホローカソード20に所望とする種類のイオン源
材料22を装着することにより、目的とする元素による
イオンビーム19を形成することができ、スパッタ粒子
のイオン化は、プラズマ32中で効率よくおこなわれる
Note that various means for holding the ion source material 22 can be considered depending on the shape of the ion source material 22, but if the ion source material 22 has a block shape, for example, , hollow cathode 20
By attaching the desired type of ion source material 22 to the hollow cathode 20, an ion beam 19 of the desired element can be formed, and sputtered particles The ionization of is efficiently performed in the plasma 32.

しかして、第2図において、内部標準元素注入用イオン
源2の動作原理は以下のとおりである。
In FIG. 2, the operating principle of the internal standard element implantation ion source 2 is as follows.

すなわち、まずイオン源2の全体を高真空排気する。That is, first, the entire ion source 2 is evacuated to a high vacuum.

次に、ホローカソード2oの中間電極24とアノード2
5との間に形成された空間に不活性ガス(Ar、Ne、
Nzなど)を1〜10−3Torrの圧力になるように
導入し、プラズマ励起用放電々源29より放電々圧を印
加して、前記ホローカソード20の中間電極24とアノ
ード25との間に形成された空間に放電プラズマ31を
生成する。そして、この状況のもとで、イオン源材料2
2は金属網23を通してプラズマ31の空間に向かって
スパッタされる。また、プラズマ31中にスパッタされ
た中性粒子は、既生成のプラズマ31によりイオン化さ
れ、アノード25の中央に装着しであるアノードボタン
26の細孔を通して、加速電極27により高エネルギー
ビームとして引き出される。なお、このとき、加速電圧
は、加速電源30により、アノード25と加速電極27
との間に印加される。
Next, the intermediate electrode 24 of the hollow cathode 2o and the anode 2
Inert gas (Ar, Ne,
Nz, etc.) is introduced to a pressure of 1 to 10-3 Torr, and a discharge pressure is applied from the plasma excitation discharge source 29 to form a gap between the intermediate electrode 24 and the anode 25 of the hollow cathode 20. A discharge plasma 31 is generated in the space. Under this situation, the ion source material 2
2 is sputtered through the metal mesh 23 toward the space of the plasma 31. Further, the neutral particles sputtered into the plasma 31 are ionized by the already generated plasma 31, and are extracted as a high-energy beam by the accelerating electrode 27 through the pore of the anode button 26 attached to the center of the anode 25. . Note that at this time, the acceleration voltage is applied to the anode 25 and the acceleration electrode 27 by the acceleration power source 30.
is applied between.

次に、第1図において、分析用一次イオン源1゜内部標
準元素注入用イオン源2でそれぞれ形成された分析用一
次イオンビーム18.内部標準元素注入用イオンビーム
19は、質量分離器5によって質量数ごとに分離され、
特定イオンに分けられて、この出力が質量分離用アパー
チャ6、コンデンサレンズ7、対物レンズ絞り8.対物
レンズ9゜偏向電極10に順次導入され、定量分析対象
試料11上の同一場所に照射される。
Next, in FIG. 1, a primary ion beam for analysis 18. The internal standard element implantation ion beam 19 is separated by mass number by a mass separator 5,
The output is divided into specific ions and sent to a mass separation aperture 6, a condenser lens 7, an objective lens diaphragm 8. The objective lens 9° is sequentially introduced into the deflection electrode 10, and the same location on the sample 11 to be quantitatively analyzed is irradiated.

すなわち、コンデンサレンズ7および対物レンズ9によ
り細束化された前記の分析用一次イオンビーム18ある
いは内部標準元素注入用イオンビーム19は、偏向電極
10により偏向されて、定量分析対象試料11上の所定
の場所に照射される。
That is, the primary ion beam 18 for analysis or the ion beam 19 for internal standard element implantation, which has been condensed by the condenser lens 7 and the objective lens 9, is deflected by the deflection electrode 10 to a predetermined position on the sample 11 to be quantitatively analyzed. The area is irradiated.

他方、二次イオン引出し電極12〜二次イオン検出器1
5によって構成された二次イオン質量分析系の動作原理
は以下のとおりである。
On the other hand, the secondary ion extraction electrode 12 to the secondary ion detector 1
The operating principle of the secondary ion mass spectrometry system configured by No. 5 is as follows.

すなわち、二次イオン引出し電極12により二次イオン
を引き出し、セクタ電場13に導いて、前、記二次イオ
ンのエネルギー分離をおこない、特定のエネルギーを有
するイオンのみをセクタ磁湯量分離がおこなわれ、その
結果は二次イオン検出器15によって検出される。
That is, secondary ions are extracted by the secondary ion extracting electrode 12 and guided to the sector electric field 13 to perform energy separation of the secondary ions, and only ions having a specific energy are subjected to sector magnetic separation. The result is detected by the secondary ion detector 15.

なお、先の内部標準元素注入用イオン源2の動作に関連
して、この内部標準元素注入用イオン源2からは、定量
分析対象試料11自体に、内部標準試料として、分析を
目的とする元素と同じ元素が既知量イオン注入され、そ
の結果、従来のように、分析対象試料以外に標準試料を
必要とするものではないが、前記イオンの注入量は、イ
オンビーム照射系を調整の後、ファラデーカップ17を
一部イオンビーム通路内に挿入してそのイオン量を計測
し、照射時間とイオン電流との積を照射面積で除した値
として求める。
In connection with the operation of the internal standard element implantation ion source 2 described above, the internal standard element implantation ion source 2 injects an element for the purpose of analysis into the quantitative analysis target sample 11 itself as an internal standard sample. A known amount of the same element is implanted, and as a result, there is no need for a standard sample in addition to the sample to be analyzed, as in the past, but the amount of ions to be implanted is determined by adjusting the ion beam irradiation system. The Faraday cup 17 is partially inserted into the ion beam path, the amount of ions is measured, and the value is obtained by dividing the product of the irradiation time and the ion current by the irradiation area.

ところで、定量分析対象試料11に対して、高質量イオ
ンを注入するにあたり、エネルギーが高い場合はさてお
き、エネルギーが低い場合にはスパッタ現象が激しくお
こり、注入濃度が正確に抑えられず、内部標準試料とし
て利用できないことがあるが、この問題に対しては、注
入イオンのエネルギーを注入イオン種により変化させれ
ばよく、具体的には、第1図に示すように、定量分析対
象試料11に対し、後段加速電源16から、一次イオン
と逆極性を有する後段加速電圧を印加し、所望のエネル
ギーを有するイオンビームを形成すればよい。
By the way, when high-mass ions are implanted into the quantitative analysis target sample 11, apart from when the energy is high, when the energy is low, the sputtering phenomenon occurs violently, and the injection concentration cannot be accurately suppressed, causing the internal standard sample However, to solve this problem, it is sufficient to change the energy of the implanted ions depending on the implanted ion species. Specifically, as shown in Figure 1, for the sample 11 to be quantitatively analyzed, , a post-acceleration voltage having a polarity opposite to that of the primary ions may be applied from the post-acceleration power supply 16 to form an ion beam having desired energy.

ここで、先の説明と一部重複するが、Si中酸素の定量
分析例を、図面を参照して以下に示す。
Here, an example of quantitative analysis of oxygen in Si will be shown below with reference to the drawings, although it partially overlaps with the previous explanation.

なお、以下の分析例において、定量分析を目的とする対
象試料11は、酸素濃度を1.5X1017atoms
/al含有する試料であり、測定にあたっては、この値
を未知として取り扱った。
In addition, in the following analysis example, the target sample 11 for the purpose of quantitative analysis has an oxygen concentration of 1.5×1017 atoms.
/al, and in the measurement, this value was treated as unknown.

まず、定量分析対象試料11にイオン注入する内部標準
元素として、酸素のイオン注入方法について述べると、
内部標準元素注入用イオン源2に酸素導入をおこない、
酸素プラズマ31を生成して、01ビームを引き出し、
前記イオン源2の7パーチヤ3b、コンデンサレンズ4
bおよび質量分離器5を通して、質量分離用アパーチャ
6に集束させることにより、一次イオンビーム中に含ま
れている不純物イオンを除去し、高純度O+ビームを形
成させる。
First, we will discuss the method of ion-implanting oxygen as an internal standard element to be ion-implanted into the quantitative analysis target sample 11.
Oxygen is introduced into the ion source 2 for internal standard element implantation,
Generate oxygen plasma 31 and extract 01 beam,
7 perch 3b of the ion source 2, condenser lens 4
By focusing the primary ion beam through a mass separator 5 and a mass separation aperture 6, impurity ions contained in the primary ion beam are removed and a high-purity O+ beam is formed.

そして、前記質量分離用アパーチャ6を出射したO+ビ
ームは、コンデンサレンズ7、対物レンズ絞り8.対物
レンズ9によって所望のビーム径に集束され、偏向電極
10を経て、定量分析対象試料11上の一部に対し、内
部標準試料としてイオン注入される。
The O+ beam emitted from the mass separation aperture 6 is then transferred to a condenser lens 7, an objective lens aperture 8. The beam is focused to a desired beam diameter by an objective lens 9, and ions are implanted as an internal standard sample into a portion of a quantitative analysis target sample 11 via a deflection electrode 10.

なお、前記イオンの注入量は、既述のごとく、イオンビ
ーム照射系を調整の後、ファラデーカップ17を一部イ
オンビーム通路内に挿入してそのイオン量を計測し、照
射時間とイオン電流との積を照射面積で除した値として
求める。
As mentioned above, the amount of ions to be implanted is determined by adjusting the ion beam irradiation system, inserting the Faraday cup 17 partially into the ion beam path, measuring the amount of ions, and calculating the amount of ions by adjusting the irradiation time and ion current. Calculate the value by dividing the product by the irradiated area.

そして、定量分析対象試料11に対する前記イオン注入
量(ドーズ量)Diは、イオン電流をXt(A)、イオ
ンビーム照射面積をA (csf) 、および照射時間
をt (see)とすると、次式で与えられる。
The ion implantation amount (dose amount) Di for the quantitative analysis target sample 11 is determined by the following formula, where the ion current is Xt (A), the ion beam irradiation area is A (csf), and the irradiation time is t (see). is given by

A @ e ここに、eは電荷(C)である。A @e Here, e is charge (C).

一方、イオン注入元素の最大濃度Ci、wahxC1:
注入元素名p m&注入元素量大の意)は、一般に、次
式より求められる。
On the other hand, the maximum concentration Ci of the ion-implanted element, wahxC1:
The name of the implanted element (p m & the meaning of the amount of the implanted element) is generally determined from the following formula.

ここに、σは標準偏差であり、この値は、定量分析対象
試料11の組成、注入イオン種、打込みエネルギーが決
まれば一義的に決定される。
Here, σ is the standard deviation, and this value is uniquely determined once the composition of the quantitative analysis target sample 11, the implanted ion species, and the implantation energy are determined.

このように、分析対象試料11そのものの一部に、直接
、定量分析を目的とする元素と同じ元素を既知量イオン
注入することにより、これを内部標準元素として利用す
ることができる。
In this way, by directly ion-implanting a known amount of the same element as the element targeted for quantitative analysis into a part of the sample 11 to be analyzed, this can be used as an internal standard element.

次に、二次イオン引出し電極12.セクタ電場13、セ
クタ磁場14.二次イオン検出器15により二次イオン
の質量分析がおこなわれるに先立っては、分析用一次イ
オンビーム18がコンデンサレンズ7、対物レンズ絞り
8.対物レンズ9によって所望のビーム径に集束され、
分析対象試料11上のイオン注入場所に照射される。な
お、この場合、試料11に対するイオン注入場所の選択
は、偏向電極10の電位を変え、分析用一次イオンビー
ム18を偏向させることによりおこなう。
Next, the secondary ion extraction electrode 12. Sector electric field 13, sector magnetic field 14. Before mass spectrometry of secondary ions is performed by the secondary ion detector 15, the primary ion beam 18 for analysis is passed through the condenser lens 7, the objective lens aperture 8. The beam is focused to a desired diameter by an objective lens 9,
The ion implantation location on the sample 11 to be analyzed is irradiated. In this case, the ion implantation location for the sample 11 is selected by changing the potential of the deflection electrode 10 and deflecting the primary ion beam 18 for analysis.

分析用一次イオンビーム18の照射によって試料11上
に発生した二次イオンは、二次イオン引出し電極12に
よりセクタ電場13およびセクタ磁場14に導かれ、質
量電荷比(M/ e (M :質量数、e:電荷)〕に
分離されて、二次イオン検出器15により検出される。
Secondary ions generated on the sample 11 by the irradiation of the primary ion beam 18 for analysis are guided by the secondary ion extraction electrode 12 to the sector electric field 13 and the sector magnetic field 14, resulting in a mass-to-charge ratio (M/e (M: mass number). , e: charge)] and detected by the secondary ion detector 15.

なお、前記測定は、質量分析計を分析対象イオン種に合
わせ、試料11の深さ方向測定モードにより測定する。
Note that the measurement is performed by adjusting the mass spectrometer to the ion species to be analyzed and using the depth direction measurement mode of the sample 11.

すなわち、試料11のイオン注入領域内で分析用一次イ
オンビーム18を矩形状(TV状)に走査させ、深さ方
向の関数として、分析目的とするイオンとノイズ(イオ
ンの存在しない例えば質量数=5)強度を同時に測定す
る。
That is, the primary ion beam 18 for analysis is scanned in a rectangular shape (TV shape) within the ion implantation region of the sample 11, and as a function of the depth direction, ions targeted for analysis and noise (for example, mass number = 5) Measure the intensity simultaneously.

測定結果の模式図を第3図に示す。A schematic diagram of the measurement results is shown in FIG.

そして、酸素の定量値は次のようにして算出する。なお
、第3図における符号の名称は次のとおツチング深さ(
nm)、(、s 、□8およびc8 :内部標準試料と
して注入した元素iの最大濃度(ato■s / d 
)および試料中に含まれている分析対象の元素濃度(a
toms/ d)、工@ * wax II 1元素に
おける最大イオン電流工n:ノイズ強度(cps)、1
、:c、に対応する分析対象試料11の元素濃度(CP
S)。
Then, the quantitative value of oxygen is calculated as follows. The names of symbols in Fig. 3 are as follows:
nm), (, s, □8 and c8: maximum concentration of element i injected as an internal standard sample (ato s/d
) and the concentration of the element to be analyzed contained in the sample (a
toms/d), *wax II Maximum ion current for one element n: Noise intensity (cps), 1
, :c, the elemental concentration (CP
S).

また、第3図において、イオン電流工、を■。In addition, in Fig. 3, the ion electric current is shown as ■.

とエイの記号で表わすと、求めたい試料11中のX元素
の濃度CI (atoms/ d )は次式で与えられ
る。
The desired concentration CI (atoms/d) of element X in the sample 11 is given by the following formula.

Cx=(I x/ I i−−ax) ・Ct  −a
x     −(3)ここに、Ix、Itは実測値であ
り、C1ylla!はドーズ量(D)より先の式(2)
を用いて算出することができる。
Cx=(Ix/Ii--ax) ・Ct-a
x − (3) where Ix and It are actual measured values, and C1ylla! is the equation (2) before the dose (D)
It can be calculated using

なお、試料11の定量値の評価は、酸素が1.5X 1
017atoms/ al混入しているシリコンウェハ
を用いて、定量値が分っていないとして、前記手順を経
て測定値より算出し、測定値と既知定量値とを比較する
ことによりおこなわれる。
In addition, the quantitative value of sample 11 was evaluated when oxygen was 1.5X 1
Using a silicon wafer containing 0.017 atoms/al and assuming that the quantitative value is not known, it is calculated from the measured value through the above procedure, and the measured value is compared with the known quantitative value.

そして、内部標準試料の0+注入条件は、エネルギー:
 15KeV、注入量(ドーズ量)D、:10 ”at
oms/ cxlとし、先の式(2)よりCo Hmh
xは2 X 10 ”atoms/ dと求まる・また
、前記定量分析時の二次イオン照射条件としては、一次
イオン種:Cs”、エネルギー:15keVを採用した
。測定結果の一例を第4図に示す。また、式(3)より
定量値を求め、これと真値とを比較した結果の一例を第
1表に示す。
And the 0+ injection conditions for the internal standard sample are energy:
15KeV, implantation amount (dose amount) D: 10”at
oms/cxl, and from equation (2) above, Co Hmh
x is determined as 2 x 10 ''atoms/d. Also, as the secondary ion irradiation conditions during the quantitative analysis, primary ion species: Cs'' and energy: 15 keV were adopted. An example of the measurement results is shown in FIG. Further, Table 1 shows an example of the results obtained by determining a quantitative value using equation (3) and comparing this with the true value.

第  1  表 相対誤差:1% 第1表より、両者〔式(3)より求めた定量値と真値と
〕は約1%の相対誤差で一致していることが分る。
Table 1 Relative error: 1% From Table 1, it can be seen that both [quantitative value and true value obtained from equation (3)] agree with each other with a relative error of about 1%.

このように、本例によれば、1.5X1017atom
s/aJの微量酸素を、相対誤差として約1%の高精度
で求めることができる。
Thus, according to this example, 1.5X1017 atoms
A trace amount of oxygen of s/aJ can be determined with high accuracy of about 1% as a relative error.

なお、本例では、酸素の定量分析結果に゛ついて例示し
たが、イオン源材料22としてホローカソード20にB
、I。などの元素を装填し、前記酸素の場合と同様にし
てそれぞれの定量値が得られることは勿論である。
In this example, the results of quantitative analysis of oxygen were illustrated, but B was added to the hollow cathode 20 as the ion source material 22.
,I. Of course, it is possible to load elements such as, and obtain quantitative values for each in the same manner as in the case of oxygen.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は以上のごときであり、本発明によれば。 The present invention is as described above, and according to the present invention.

一般固体材料の相対値分析であるSIMSの実施にあた
り、従来のように、分析対象試料以外に標準試料を必要
とせず、したがって従来のように、分析対象試料と同一
マトリックスを有する標準試料を長時間要して作製する
必要がなく、しかも標準試料作製にともなうコスト高の
問題をも同時に解決することのできる定量分析試料、さ
らには定量分析対象試料を具体的に得るためのイオン注
入方法およびイオン注入機能付二次イオン質量分析装置
を得ることができる。
When performing SIMS, which is a relative value analysis of general solid materials, there is no need for a standard sample other than the sample to be analyzed, as in the past, and therefore, as in the past, standard samples having the same matrix as the sample to be analyzed are used for long periods of time. Ion implantation methods and ion implantation methods for specifically obtaining quantitative analysis samples, as well as samples to be quantitatively analyzed, which do not require the preparation of standard samples and can also solve the problem of high costs associated with standard sample preparation. A functional secondary ion mass spectrometer can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図面は本発明の一実施例を示し、第1図は本発明に係る
イオン注入機能付二次イオン質量分析装置の全体構成を
示す一部縦断面図、第2図は第1図に符号2で示す内部
標準元素注入用スパッタイオン源の拡大図、第3図は定
量値の算出法を示す図、第4図はSi中酸素の深さ方向
測定例を示す図である。 1・・・分析用一次イオン源、2・・・内部標準元素注
入用イオン源、3a・・分析一次イオン源用アパーチャ
、3b・・内部標準元素注入イオン源用アパーチャ、4
a・・分析一次イオン源用コンデンサレンズ、4b・・
・内部標準元素注入イオン源用コンデンサレンズ、5・
・質量分離器、6・・・質量分離用アパーチャ、7・・
・コンデンサレンズ、8・・対物レンズ絞り。 9・・対物レンズ、10・偏向電極、11・定量分析対
象試料、12・・・二次イオン引出し電極、13・・セ
クタ電場、14・・・セクタ磁場、15・・二次イオン
検出器、16・・後段加速電源、17・・ファラデーカ
ップ、18・・・分析用一次イオンビーム、19・・内
部標準元素注入用イオンビーム、20・ホローカソード
、21・・・イオン源材料溜、22・・イオン源材料、
23・・金属網、24・・・中間電極、25・・・アノ
ード、26・・・アノードボタン、27・・加速電極、
28・・・安定抵抗、29・・・プラズマ励起用放電々
源、 30・・・加速電源、 31・・・放電プラグ マ。 第 図 第 図 □深さ 第 図 深きdfnm) ×10
The drawings show one embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a partial vertical cross-sectional view showing the overall configuration of a secondary ion mass spectrometer with ion implantation function according to the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a method for calculating a quantitative value, and FIG. 4 is a diagram showing an example of measuring oxygen in Si in the depth direction. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Primary ion source for analysis, 2... Ion source for internal standard element implantation, 3a... Aperture for analysis primary ion source, 3b... Aperture for internal standard element implantation ion source, 4
a...Condenser lens for analysis primary ion source, 4b...
・Condenser lens for internal standard element implantation ion source, 5・
・Mass separator, 6...Aperture for mass separation, 7...
・Condenser lens, 8...Objective lens aperture. 9. Objective lens, 10. Deflection electrode, 11. Sample for quantitative analysis, 12. Secondary ion extraction electrode, 13. Sector electric field, 14. Sector magnetic field, 15. Secondary ion detector. 16. Post-acceleration power supply, 17. Faraday cup, 18. Primary ion beam for analysis, 19. Ion beam for internal standard element implantation, 20. Hollow cathode, 21. Ion source material reservoir, 22.・Ion source material,
23... Metal mesh, 24... Intermediate electrode, 25... Anode, 26... Anode button, 27... Accelerating electrode,
28... Stabilizing resistor, 29... Discharge source for plasma excitation, 30... Acceleration power source, 31... Discharge pragma. Figure Figure □ Depth Figure Depth dfnm) ×10

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、イオンマイクロアナライザを用いてイオン定量分析
に供される定量分析試料において、分析対象試料自体に
、内部標準試料として、分析を目的とする元素と同じ元
素が既知量存在することを特徴とする定量分析試料。 2、定量分析対象試料自体に、内部標準試料として、分
析を目的とする元素と同じ元素を既知量イオン注入する
ことを特徴とするイオン注入方法。 3、試料表面にプローブイオンを照射する分析用一次イ
オン源と、一次イオンの質量分離器と、イオンビーム照
射系と、二次イオン質量分析系とを有する二次イオン質
量分析装置において、定量分析対象試料自体に、内部標
準試料として、分析を目的とする元素と同じ元素を既知
量イオン注入する内部標準元素注入用イオン源を付加し
たことを特徴とするイオン注入機能付二次イオン質量分
析装置。 4、請求項3において、 分析用一次イオン源から放出されるイオンビームを質量
分離する質量分離系と、 分析を目的とする元素と同じ元素を既知量内部標準試料
として定量分析対象試料自体にイオン注入する場合に、
内部標準元素注入用イオン源から放出されるイオンビー
ムを質量分離する質量分離系と を共用とし、 かつ前記質量分離器の後段に位置して、前記両イオンビ
ームが通過するコンデンサレンズ系および対物レンズ系
を共用としたイオン注入機能付二次イオン質量分析装置
。 5、請求項3または4において、 分析を目的とする元素と同じ元素を既知量内部標準試料
としてイオン注入する定量分析対象試料に、一次イオン
と逆極性を有する後段加速電圧を印加する後段加速電源
を設けたイオン注入機能付二次イオン質量分析装置。
[Claims] 1. In a quantitative analysis sample to be subjected to ion quantitative analysis using an ion microanalyzer, a known amount of the same element as the element to be analyzed exists in the sample to be analyzed as an internal standard sample. A quantitative analysis sample characterized by: 2. An ion implantation method characterized by implanting ions of a known amount of the same element as the element to be analyzed as an internal standard sample into the sample to be quantitatively analyzed. 3. Quantitative analysis in a secondary ion mass spectrometer that has a primary ion source for analysis that irradiates probe ions onto the sample surface, a primary ion mass separator, an ion beam irradiation system, and a secondary ion mass spectrometry system. A secondary ion mass spectrometer with an ion injection function, characterized in that an ion source for implanting an internal standard element is added to the target sample itself, which implants a known amount of the same element as the element to be analyzed as an internal standard sample. . 4. In claim 3, there is provided a mass separation system for mass-separating the ion beam emitted from the primary ion source for analysis, and a mass separation system for mass-separating the ion beam emitted from the primary ion source for analysis; When injecting,
A condenser lens system and an objective lens, which share the mass separation system for mass-separating the ion beam emitted from the ion source for internal standard element implantation, and are located after the mass separator, and through which both the ion beams pass. A secondary ion mass spectrometer with ion injection function that uses a shared system. 5. In claim 3 or 4, a post-acceleration power supply that applies a post-acceleration voltage having a polarity opposite to that of the primary ions to a quantitative analysis target sample into which ions of the same element as the element to be analyzed are implanted as an internal standard sample in a known amount. Secondary ion mass spectrometer with ion injection function.
JP2145139A 1990-06-02 1990-06-02 Quantity analysis sample and ion implantation and secondary ion mass spectrometer with ion implantation function Pending JPH0438440A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2145139A JPH0438440A (en) 1990-06-02 1990-06-02 Quantity analysis sample and ion implantation and secondary ion mass spectrometer with ion implantation function

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2145139A JPH0438440A (en) 1990-06-02 1990-06-02 Quantity analysis sample and ion implantation and secondary ion mass spectrometer with ion implantation function

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0438440A true JPH0438440A (en) 1992-02-07

Family

ID=15378316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2145139A Pending JPH0438440A (en) 1990-06-02 1990-06-02 Quantity analysis sample and ion implantation and secondary ion mass spectrometer with ion implantation function

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0438440A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001318064A (en) * 2000-05-09 2001-11-16 Agere Systems Guardian Corp Calibration method for quantitative analysis of element

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59132344A (en) * 1983-01-18 1984-07-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Standard sample preparing method for quantitative analysis of li in znse
JPS6171343A (en) * 1984-09-17 1986-04-12 Hitachi Ltd Standard sample
JPS62132156A (en) * 1985-12-04 1987-06-15 Hitachi Ltd Quantitative analysis halogen element in electronic component
JPS63229345A (en) * 1987-03-18 1988-09-26 Yokogawa Electric Corp Method for preparing standard specimen for quantitative analysis
JPS6435844A (en) * 1987-07-31 1989-02-06 Shimadzu Corp Mass spectrograph

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59132344A (en) * 1983-01-18 1984-07-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Standard sample preparing method for quantitative analysis of li in znse
JPS6171343A (en) * 1984-09-17 1986-04-12 Hitachi Ltd Standard sample
JPS62132156A (en) * 1985-12-04 1987-06-15 Hitachi Ltd Quantitative analysis halogen element in electronic component
JPS63229345A (en) * 1987-03-18 1988-09-26 Yokogawa Electric Corp Method for preparing standard specimen for quantitative analysis
JPS6435844A (en) * 1987-07-31 1989-02-06 Shimadzu Corp Mass spectrograph

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001318064A (en) * 2000-05-09 2001-11-16 Agere Systems Guardian Corp Calibration method for quantitative analysis of element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4521850B2 (en) Acceleration and analysis architecture for ion implanters
Cerezo et al. Performance of an energy-compensated three-dimensional atom probe
KR100397028B1 (en) Method and apparatus for detecting neutral particles in ion beams in ion implantation systems
Sztáray et al. Suppression of hot electrons in threshold photoelectron photoion coincidence spectroscopy using velocity focusing optics
JP4416949B2 (en) Particle beam current monitoring technology
JP5084085B2 (en) Method and apparatus for aligning an ion beam device using a beam current sensor
KR102186789B1 (en) Secondary ion mass spectrometry and secondary ion mass spectrometry method
GB2317047A (en) Time-of-flight mass spectrometer
Friedrich et al. The Rossendorf 3 MV tandetron: a new generation of high-energy implanters
US7858933B2 (en) Mass spectrometer
JPH0438440A (en) Quantity analysis sample and ion implantation and secondary ion mass spectrometer with ion implantation function
Gnaser et al. Verification of long-lived molecular hydrogen anions (H n−, D n−, n= 2, 3) by secondary-ion mass spectrometry
JP4009013B2 (en) Ion current detection device and ion implantation device
Gersch et al. Postionization of sputtered neutrals by a focused electron beam
JP2671723B2 (en) Ion implanter
JPH11154485A (en) Mass spectrograph and ion implantation device equipped with it
JP2748869B2 (en) Ion implanter
JPS63119151A (en) Ion implanting method
JPS6240369A (en) Ion implantation device
JP2978191B2 (en) Ion beam irradiation method
Bentz et al. Description and Applications fo a New Design Cs+ Ion Source on the COALA Ion Microprobe for Negative Ion SIMS
JP3127502B2 (en) Ion implanter
Baturin et al. Secondary ion mass spectrometer based on a high-dose ion implanter
Suter et al. A deceleration lens system for hybrid mass spectrometers
JPS5853469B2 (en) Ion implantation device