JPH05129001A

JPH05129001A - イオン分析計

Info

Publication number: JPH05129001A
Application number: JP3318424A
Authority: JP
Inventors: Keiji Ishibashi; 啓次石橋
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1991-11-06
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1993-05-25

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】スパッタリング装置等、実際の装置へ容易に
取り付けることができ、分析するイオンの収率を従来よ
りも高くすることのできるイオン分析計を提供すること
を目的としている。【構成】イオンの種類及びそのエネルギーを分析する
ためのエネルギーフィルター２ａ及び四極子質量分析器
１で構成されるイオン分析計である。エネルギーフィル
ター２ａに入射するイオンの軌道３と、出射したイオン
の軌道３を平行且つ同方向にする。エネルギーフィルタ
ーは、同軸円筒型、平行平板型、同心半球型などの静電
偏向型エネルギーフィルターを点対称に配置して構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンの種類及びその
エネルギーを同時に分析するためのイオン分析計の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の薄膜技術においては、２種類以上
の元素からなる複雑な系の化合物をスパッタリング等の
方法によって薄膜形成する場合が多いが、形成する薄膜
が複雑な系の化合物になるに従って高品質の薄膜を得る
ことが困難になっている。これは成膜中の現象が複雑に
なるためで、現在ではこの複雑な現象を解明するため
に、プラズマ中のイオンの分析や基板に入射するイオン
の分析が行われている。

【０００３】イオンの持つ質量とエネルギーは、四極子
型質量分析器とエネルギーフィルターを組み合せたイオ
ン分析計により同時測定が可能で、二次イオン質量分析
計（ＳＩＭＳ）等においてよく用いられている。

【０００４】図６は前記ＳＩＭＳ等において一般に用い
られている同軸円筒型のエネルギーフィルターを用いた
イオン分析計の概略である。図中、１は四極子型質量分
析計、２はエネルギーフィルターである。四極子型質量
分析計１は四極子１１、検出器１２、四極子制御電源１
３及び直流電源１４から成り、エネルギーフィルター２
は引き込み電極２１、スリット２２、偏向電極２１１、
２１２及び偏向電極制御電源２０から成る。直流電源１
４は四極子１１の電位をエネルギーフィルター２の透過
エネルギーに対応した電位にするための電源で、偏向電
極制御電源２０と連動して動作するように構成されてい
る。点線３は分析されるイオンの軌道である。エネルギ
ーフィルター２にはこの従来例で示したような同軸円筒
型の他に、平行平板型、同心半球型、同軸円筒鏡型、四
枚球型グリッド等がある。これらエネルギーフィルター
の説明は表面分析等の文献に詳細に述べられているので
省略する。

【０００５】図７は、スパッタリング中にターゲットか
ら放出され基板に垂直入射するイオンを分析するため
に、図６に示した同軸円筒型エネルギーフィルター２を
用いたイオン分析計を実際のスパッタリング装置に取り
付けた例を示す概略図である。本図ではスパッタリング
装置におけるガス導入系や電源及びイオン分析系におけ
る制御電源等は省略してある。また、図６に示した要素
と同じ要素には同符号を付して説明を省略する。４はス
パッタリング装置で、４０は排気系、４１はスパッタリ
ング室、４２はカソード、４３はターゲット、４４は基
板ホルダーである。５はイオン分析計で、５０は四極子
型質量分析計１の動作圧力を保つための差動排気系、５
１は分析室容器である。６は基板ホルダー４４に設けら
れたサンプリングオリフィスで、イオンはこのサンプリ
ングオリフィス６を通してスパッタリング室４１からイ
オン分析計５へ導入される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし図６に示した従
来の同軸円筒型や平行平板型或いは同心半球型エネルギ
ーフィルターでは、イオンの入射軸と出射軸との間に偏
向角を持つため、イオン分析計をスパッタリング装置に
設置する場合には、図７のようにイオン分析計５をスパ
ッタリング室４１に対してエネルギーフィルター２の偏
向角と同じ角度をもって斜めに配置しなくてはならず、
差動排気系５０の配置など実際の装置への取り付けが困
難である。しかもイオン分析計を斜めに配置しなければ
ならない関係上、サンプリングオリフィス６とイオン分
析計のイオン引き込み電極２１との距離Ｄが必然的に長
くなってしまい、分析するイオンの収率が低くなってし
まう。極端な場合、イオンの収量が通常のイオン分析計
の分析限界以下となる場合がある。

【０００７】以上の同軸円筒型及び平行平板型、同心半
球型エネルギーフィルター以外の同軸円筒鏡型や４枚球
型グリッド・エネルギーフィルターでは、エネルギーフ
ィルターの中心軸上にストッパーを配置するため斜め入
射のイオンに対しては分析可能であるが、分析計の中心
軸に沿って入射してくるイオンを分析できないといった
欠点がある。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明は、以上のような問
題点に鑑みてなされたもので、実際の装置へ容易に取り
付けることができ、分析するイオンの収率を従来よりも
高くすることのできるイオン分析計を提供することを目
的としている。

【０００９】本発明のイオン分析計では、エネルギーフ
ィルターの前後におけるイオンの軌道、即ち、入射する
イオンの軌道と、出射したイオンの軌道を平行且つ同方
向にしたことを特徴としている。四極子型質量分析器と
組み合わせる前記エネルギーフィルターは、点対称に配
置した同形状の２つの静電偏向型エネルギーフィルター
により構成されている。この場合、エネルギーフィルタ
ーとして同軸円筒型、平行平板型又は同心半球型のエネ
ルギーフィルターを用いることができる。

【００１０】

【作用】本発明のイオン分析計では、イオンの軌道をエ
ネルギーフィルターの前後で平行且つ同方向にしたの
で、エネルギーフィルターと結合する四極子型質量分析
器の方向を入射イオンの軌道の方向に一致させることが
できる。この結果、スパッタリング装置その他の装置に
対して略垂直に取付け得るイオン分析計を提供すること
ができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。以下の各図において、図６及び図７と同一の要素
には同一の符号を付し、説明を省略する。

【００１２】図１は、本発明の実施例の１つであって、
エネルギーフィルターを偏向角が９０°の２つの同軸円
筒型エネルギーフィルターで構成した場合のイオン分析
計の概略図である。２ａはエネルギーフィルターであ
り、２２１、２２２は１段目の偏向電極、２２３、２２
４は２段目の偏向電極、２３は２つのエネルギーフィル
ターの間に配置されたスリットである。１段目の偏向電
極２２１、２２２と２段目の偏向電極２２３、２２４は
点対称に配置されている。この実施例のように同形状の
２つのエネルギーフィルターを点対称に配置した場合、
分析されるイオンの軌道はエネルギーフィルター２ａの
前後でｄだけ平行移動するのみである。本図では１つの
エネルギーフィルターのイオン偏向角は９０°である
が、この偏向角は何度でもよく、任意である。

【００１３】図２は図１に示したイオン分析計を、スパ
ッタリング中に基板に入射するイオンの分析を行なうた
めに、実際のスパッタリング装置４に取り付けた場合の
例である。５がイオン分析計であり、５１が分析室容器
である。２つの同形状の静電偏向型エネルギーフィルタ
ーを点対称に配置したことで、差動排気形５０を含めた
イオン分析計５は略垂直に設置することが可能で、装置
への取り付けが容易になる。さらにイオン引き込み電極
２１をサンプリングオリフィス６に近づけることがで
き、図７で示した距離Ｄを短くすることができる。従っ
て分析されるイオンの収率を容易に高くすることができ
る。

【００１４】図２に示した配置により実際に基板ホルダ
ー４４に入射するイオンを分析した結果を表１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】用いたエネルギーフィルターは偏向電極２
２１、２２３及び偏向電極２２２、２２４の半径が各々
１８mm及び１４mm、偏向角が９０°の同軸円筒型のもの
で、１段目と２段目の間隔はスリット２３を含め３mmで
ある。分析を行なったターゲット４３はＹ₁Ｂ a₂Ｃ u
₃Ｏ_7-xの酸化物超電導体で、スパッタリング条件は、
スパッタリングガスＡr 、スパッタリング圧力３．３Ｐ
a 、入力ＤＣ１５０ｗである。また、ターゲット４３の
表面からサンプリングオリフィス６までの距離は３０mm
で、サンプリングオリフィス６とイオン分析計のイオン
引き込み電極２１との距離は１mmである。尚、表１にお
いて同位体の存在する元素については存在比の最も高い
ものについて示してあり、エネルギーフィルターを各々
のイオン電流が最も多く検出されるエネルギーに合わせ
て分析したときの値である。

【００１７】図３は本発明の他の実施例であって、エネ
ルギーフィルターに平行平板型を用いた場合の概略図で
ある。２ｂは平行平板型エネルギーフィルターで２３１
と２３２及び２３３と２３４は各々１段目と２段目の偏
向電極である。

【００１８】図４は図３に示したエネルギーフィルター
２ｂの１段目の偏向電極２３２と２段目の偏向電極２３
４を１つの電極２４２にした例である。２ｃはエネルギ
ーフィルターで、２４１〜２４３は偏向電極である。特
性は図３のエネルギーフィルターと相違はない。

【００１９】図３及び図４では１つのエネルギーフィル
ターのイオン偏向角は９０°であるが、前に述べた同軸
円筒型エネルギーフィルターと同様に偏向角は任意であ
る。

【００２０】図５はもう一つの実施例であって、エネル
ギーフィルターに同心半球型を用いた場合の概略の断面
図である。２ｄはエネルギーフィルターで、２５１と２
５２及び２５３と２５４は各々１段目と２段目の半球型
のエネルギーフィルターの偏向電極である。

【００２１】図３乃至図５に示した実施例のイオン分析
計も、エネルギーフィルターに入射するイオンと通過し
たイオンの軌道を平行且つ同方向とできるので、図１、
２の場合と同様に、装置への取り付けを容易にできると
共に、分析されるイオンの収率を高くすることができ
る。

【００２２】以上に示した実施例では、引き込み電極２
１及びスリット２２、２３は全て接地電位となっている
が、色々な分析に応じて各々の電極の電位を独立に設定
できる回路を備えてもよい。また、以上の実施例では１
段目の偏向電極間と２段目の偏向電極間の電位差は同じ
になるが、エネルギーフィルターの機械的精度を考慮す
ると、１段目と２段目の偏向電極間の電位差も独立に制
御できるようにした方がよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、エネルギーフィルター
に入射するイオンと出射するイオンの軌道を平行且つ同
方向としたので、イオン分析計の実際の装置への取り付
けが容易になり、また、分析するイオンの収率を高くす
ることができる。これによりイオン分析を感度良く行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるイオン分析計の第１実施例であ
って、同軸円筒型エネルギーフィルターを用いた場合の
概略の構成図。

【図２】第１実施例のイオン分析計をスパッタリング装
置に取り付けた場合の概略の構成図。

【図３】本発明に係わる第２実施例であって、平行平板
型エネルギーフィルターを用いたイオン分析計の概略の
構成図。

【図４】同じく第３実施例であって、平行平板型エネル
ギーフィルターの偏向電極を変更したイオン分析計の概
略の構成図。

【図５】同じく第４実施例であって、同心円筒型エネル
ギーフィルターを用いたイオン分析計の概略の構成図。

【図６】従来のイオン分析計の概略の構成図。

【図７】従来のイオン分析計をスパッタリング装置に取
り付けた場合の概略の構成図。

【符号の説明】

１四極子型質量分析計２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄエネルギーフィルター３分析されるイオンの軌道４スパッタリング装置５イオン分析計ｄエネルギーフィルターの前後でのイオンの平行移動
距離Ｄサンプリングオリフィスと引き込み電極との距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンの種類及びそのエネルギーを分析
するためのエネルギーフィルター及び四極子型質量分析
器で構成されるイオン分析計において、前記エネルギー
フィルターに入射するイオンの軌道と、出射したイオン
の軌道を平行且つ同方向にしたことを特徴とするイオン
分析計。
【請求項２】エネルギーフィルターは、点対称に配置
された同形状の２つの静電偏向型エネルギーフィルター
により構成されている請求項１記載のイオン分析計。
【請求項３】静電偏向型エネルギーフィルターは、同
軸円筒型とした請求項２記載のイオン分析計。
【請求項４】静電偏向型エネルギーフィルターは、平
行平板型とした請求項２記載のイオン分析計。
【請求項５】静電偏向型エネルギーフィルターは、同
心半球型とした請求項２記載のイオン分析計。