JPH07105900A - 二次イオン質量分析装置 - Google Patents
二次イオン質量分析装置Info
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- JPH07105900A JPH07105900A JP5253868A JP25386893A JPH07105900A JP H07105900 A JPH07105900 A JP H07105900A JP 5253868 A JP5253868 A JP 5253868A JP 25386893 A JP25386893 A JP 25386893A JP H07105900 A JPH07105900 A JP H07105900A
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Landscapes
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】一次イオン・ビームでスパッタリングされた粒
子のイオン化率を高めることによって、試料に含まれる
極微量成分をも高感度に検出する。 【構成】真空槽１と、この真空槽１内に設けられた試料
２の表面に一次イオンを照射し二次イオン５を放出され
るためのイオン源３と、この二次イオン５を分離しその
成分を検出する質量分析器６と、試料２の表面にＸ線１
０を照射するための放射性同位元素７を収納した密封容
器８とから主に構成する。
子のイオン化率を高めることによって、試料に含まれる
極微量成分をも高感度に検出する。 【構成】真空槽１と、この真空槽１内に設けられた試料
２の表面に一次イオンを照射し二次イオン５を放出され
るためのイオン源３と、この二次イオン５を分離しその
成分を検出する質量分析器６と、試料２の表面にＸ線１
０を照射するための放射性同位元素７を収納した密封容
器８とから主に構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体試料表面の極微量不
純物の分析に用いられる二次イオン質量分析装置に関す
る。
純物の分析に用いられる二次イオン質量分析装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、二次イオン質量分析装置は、真空
槽内でＡｒ+ ，Ｃｓ+ ，Ｏ- 等の励起用一次イオンビー
ムを数ｋｅＶ〜数十ｋｅＶに加速して固体試料に照射し
て試料表面をスパッタリングし、そのとき放出された試
料の粒子のうち、電離してできた二次イオンの質量を、
電場磁場二重集束型や直流高周波重畳四重極型もしくは
イオン飛行時間型の質量分析器によって分析すること
で、試料に含まれていた成分元素の種類や量を測定する
装置である。これは、他の分析手法と比較して検出感度
が高いこと、スパッタリングしながら測定するので深さ
方向プロファイル・データが得られること等の利点があ
るため、特に半導体中の不純物分析に多く用いられてい
る。
槽内でＡｒ+ ，Ｃｓ+ ，Ｏ- 等の励起用一次イオンビー
ムを数ｋｅＶ〜数十ｋｅＶに加速して固体試料に照射し
て試料表面をスパッタリングし、そのとき放出された試
料の粒子のうち、電離してできた二次イオンの質量を、
電場磁場二重集束型や直流高周波重畳四重極型もしくは
イオン飛行時間型の質量分析器によって分析すること
で、試料に含まれていた成分元素の種類や量を測定する
装置である。これは、他の分析手法と比較して検出感度
が高いこと、スパッタリングしながら測定するので深さ
方向プロファイル・データが得られること等の利点があ
るため、特に半導体中の不純物分析に多く用いられてい
る。
【０００３】ここで、スパッタリングされて生じた粒子
のうち、電離して二次イオンとなるものの割合は極めて
小さく、また元素種によってイオン化率が大きく異なる
という性質があるため、微量成分を分析するためには測
定上の工夫が必要とされている。たとえば、Ａｓのよう
な電子親和力の高い元素の分析には、一次イオン種とし
て不活性ガスのイオンであるＡｒ+ よりもアルカリ金属
のイオンのＣｓ+ を用いることで二次イオン収率を高め
ている。また、Ｚｎのような電子親和力の非常に小さい
元素の分析では、一次イオン成分との分子イオンである
ＺｎＣｓ+ を二次イオン種として検出することで、分析
感度を高めている。
のうち、電離して二次イオンとなるものの割合は極めて
小さく、また元素種によってイオン化率が大きく異なる
という性質があるため、微量成分を分析するためには測
定上の工夫が必要とされている。たとえば、Ａｓのよう
な電子親和力の高い元素の分析には、一次イオン種とし
て不活性ガスのイオンであるＡｒ+ よりもアルカリ金属
のイオンのＣｓ+ を用いることで二次イオン収率を高め
ている。また、Ｚｎのような電子親和力の非常に小さい
元素の分析では、一次イオン成分との分子イオンである
ＺｎＣｓ+ を二次イオン種として検出することで、分析
感度を高めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら測定上の
工夫だけでは、目標物質の含有量が極微量な場合には、
必ずしも充分な効果を得ることができなかった。
工夫だけでは、目標物質の含有量が極微量な場合には、
必ずしも充分な効果を得ることができなかった。
【０００５】特に高集積度半導体デバイスにおける分析
のように、微小な区域の特定の薄い領域にだけ導入した
ドーパント不純物の分析を行なうような場合、スパッタ
リング粒子に含まれる目標物質の絶対量が少ないので、
イオン化率が低ければ極わずかな量の二次イオン信号し
か得られないことになる。
のように、微小な区域の特定の薄い領域にだけ導入した
ドーパント不純物の分析を行なうような場合、スパッタ
リング粒子に含まれる目標物質の絶対量が少ないので、
イオン化率が低ければ極わずかな量の二次イオン信号し
か得られないことになる。
【０００６】そこで、スパッタリング粒子の大部分を占
める中性粒子を積極的にイオン化する試みがなされてい
る。たとえば図２に示すように、真空槽１中に設置され
た試料２の表面にイオン源３からの一次イオンビーム４
を照射し、放出された中性粒子に紫外線レーザー装置１
１からレーザ光１２を照射して、光励起によって電離を
促進させる方法がある。しかし、現在利用できるエキシ
マ・レーザーのような紫外線レーザー装置では、パルス
光しか得られないことや装置が大がかりとなり、高圧電
源や有害なガスを用いるので安全対策が必要になる等の
問題点があった。
める中性粒子を積極的にイオン化する試みがなされてい
る。たとえば図２に示すように、真空槽１中に設置され
た試料２の表面にイオン源３からの一次イオンビーム４
を照射し、放出された中性粒子に紫外線レーザー装置１
１からレーザ光１２を照射して、光励起によって電離を
促進させる方法がある。しかし、現在利用できるエキシ
マ・レーザーのような紫外線レーザー装置では、パルス
光しか得られないことや装置が大がかりとなり、高圧電
源や有害なガスを用いるので安全対策が必要になる等の
問題点があった。
【０００７】本発明の目的は、大がかりな装置とするこ
となしに、スパッタリングにより放出された粒子のイオ
ン化高率を高め高い検出感度を有する二次イオン質量分
析装置を提供することにある。
となしに、スパッタリングにより放出された粒子のイオ
ン化高率を高め高い検出感度を有する二次イオン質量分
析装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の二次イオン質量
分析装置は、真空槽と、この真空槽内に設けられた試料
の表面に一次イオンを照射し二次イオンを放出させるた
めのイオン源と、この二次イオンを分離しその成分を検
出する質量分析器と、前記試料の表面にＸ線を照射する
ための放射性同位元素を収納した密封容器とを含むもの
である。
分析装置は、真空槽と、この真空槽内に設けられた試料
の表面に一次イオンを照射し二次イオンを放出させるた
めのイオン源と、この二次イオンを分離しその成分を検
出する質量分析器と、前記試料の表面にＸ線を照射する
ための放射性同位元素を収納した密封容器とを含むもの
である。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施例の構成図である。
て説明する。図１は本発明の一実施例の構成図である。
【００１０】図１において二次イオン質量分析装置は、
真空槽１と、この真空槽１内に設けられた試料２の表面
に一次イオンを照射し二次イオン５を放出されるための
イオン源３と、この二次イオン５を分離しその成分を検
出する質量分析器６と、試料２の表面にＸ線１０を照射
するための放射性同位元素７を収納した密封容器８とか
ら主に構成されている。
真空槽１と、この真空槽１内に設けられた試料２の表面
に一次イオンを照射し二次イオン５を放出されるための
イオン源３と、この二次イオン５を分離しその成分を検
出する質量分析器６と、試料２の表面にＸ線１０を照射
するための放射性同位元素７を収納した密封容器８とか
ら主に構成されている。
【００１１】試料の分析を行う場合は、真空槽１の所定
の位置に被測定試料２を設置する。そしてイオン源３か
ら加速された一次イオンのビーム４を照射し、試料２の
表面をスパッタリングする。このとき生じた二次イオン
５を、引き出し電極電界で導びきながら質量分析器６に
導入し、その出力データから目標としていた試料２の成
分データを得る。
の位置に被測定試料２を設置する。そしてイオン源３か
ら加速された一次イオンのビーム４を照射し、試料２の
表面をスパッタリングする。このとき生じた二次イオン
５を、引き出し電極電界で導びきながら質量分析器６に
導入し、その出力データから目標としていた試料２の成
分データを得る。
【００１２】ここで、真空槽１内に放射性同位元素７を
用いた線源を設置するが、この線源は、窓材９Ｂ、そし
て全体を覆うしゃへい材９Ａから構成された密封容器８
に放射性同位元素７を密封した密封線源である。窓材９
Ｂは、放射性同位元素７からα線，β線もしくはγ線の
照射を受けて、その制動放射としてより低エネルギーの
Ｘ線１０を放出させるようにしたものである。そしてこ
のＸ線１０を試料２の測定領域付近に照射することによ
り、一次イオン・ビーム４でスパッタリングされた粒子
のイオン化が促進されるので、二次イオン５の収率を高
めることができる。このＸ線の電離作用は、スパッタリ
ングされるときのイオン化率を上げることともに、スパ
ッタリングされた中性粒子のポスト・イオン化を促す両
方の効果がある。ここで、放射性同位元素７の核種とし
て半減期の長いものを選択しておくことにより、測定時
間中のＸ線１０の照射線量率を一定にすることができる
ので、定量的な分析も可能である。
用いた線源を設置するが、この線源は、窓材９Ｂ、そし
て全体を覆うしゃへい材９Ａから構成された密封容器８
に放射性同位元素７を密封した密封線源である。窓材９
Ｂは、放射性同位元素７からα線，β線もしくはγ線の
照射を受けて、その制動放射としてより低エネルギーの
Ｘ線１０を放出させるようにしたものである。そしてこ
のＸ線１０を試料２の測定領域付近に照射することによ
り、一次イオン・ビーム４でスパッタリングされた粒子
のイオン化が促進されるので、二次イオン５の収率を高
めることができる。このＸ線の電離作用は、スパッタリ
ングされるときのイオン化率を上げることともに、スパ
ッタリングされた中性粒子のポスト・イオン化を促す両
方の効果がある。ここで、放射性同位元素７の核種とし
て半減期の長いものを選択しておくことにより、測定時
間中のＸ線１０の照射線量率を一定にすることができる
ので、定量的な分析も可能である。
【００１３】本実施例では放射性同位元素７の壊変によ
るα線，β線もしくはγ線の電離作用を直接用いるので
はなく、窓材９Ｂを通したときの制動Ｘ線および窓材９
Ｂの構成元素による特性Ｘ線を利用している。その理由
は、より低エネルギーの電離放射線として、試料２の表
面近傍だけを励起できること、電荷を持たないので、試
料２のチャージ・アップの心配がないこと、質量を持た
にので、二次イオン５の検出に影響を与えないこと、そ
して、密封線源として取扱い上の安全性に優れること等
の特長があるためである。特に不安定核種の壊変によっ
て生ずる放射線のエネルギー値は、単に高すぎるだけで
なく離散的な値しか得られない。そこで適切なエネルギ
ー値を得るために、窓材９Ｂの材質によって任意に調整
できることが、イオン化効率改善のための有効な手段と
なっている。
るα線，β線もしくはγ線の電離作用を直接用いるので
はなく、窓材９Ｂを通したときの制動Ｘ線および窓材９
Ｂの構成元素による特性Ｘ線を利用している。その理由
は、より低エネルギーの電離放射線として、試料２の表
面近傍だけを励起できること、電荷を持たないので、試
料２のチャージ・アップの心配がないこと、質量を持た
にので、二次イオン５の検出に影響を与えないこと、そ
して、密封線源として取扱い上の安全性に優れること等
の特長があるためである。特に不安定核種の壊変によっ
て生ずる放射線のエネルギー値は、単に高すぎるだけで
なく離散的な値しか得られない。そこで適切なエネルギ
ー値を得るために、窓材９Ｂの材質によって任意に調整
できることが、イオン化効率改善のための有効な手段と
なっている。
【００１４】放射性同位元素７としては、製造しやすく
入手が容易な63Ｎｉ，90Ｓｒなどが使用できる。これら
は、崩壊するときに放出するβ線のエネルギーが低く（
63Ｎｉで０．０６６ＭｅＶ，90Ｓｒで０．５５Ｍｅ
Ｖ）、単一線１００％でγ線を伴なわないため取り扱い
やすいものである、そして、半減期も63Ｎｉで１００
年、90Ｓｒで２９年と長いため長期に渡って安定に使用
できる。また、60Ｃｏのような高エネルギーのγ線
（１．３３ＭｅＶと１．７３ＭｅＶ）を放出する核種を
用いると、しゃへい構造を厳重にしなければならない
が、より高エネルギーの散乱Ｘ線も利用できるためイオ
ン化効率をさらに向上させることができるという利点が
ある。
入手が容易な63Ｎｉ，90Ｓｒなどが使用できる。これら
は、崩壊するときに放出するβ線のエネルギーが低く（
63Ｎｉで０．０６６ＭｅＶ，90Ｓｒで０．５５Ｍｅ
Ｖ）、単一線１００％でγ線を伴なわないため取り扱い
やすいものである、そして、半減期も63Ｎｉで１００
年、90Ｓｒで２９年と長いため長期に渡って安定に使用
できる。また、60Ｃｏのような高エネルギーのγ線
（１．３３ＭｅＶと１．７３ＭｅＶ）を放出する核種を
用いると、しゃへい構造を厳重にしなければならない
が、より高エネルギーの散乱Ｘ線も利用できるためイオ
ン化効率をさらに向上させることができるという利点が
ある。
【００１５】放射線のターゲットとなってＸ線を放出す
る窓９Ｂには、Ｃ，Ｈ，Ｏを主成分とするアクリル等の
プラスチック板や、Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｎなどの金属の薄板
を用いる。窓材に用いる材料は、構成している元素の原
子番号が大きいものほど、電子・Ｘ線変換効率を高くす
ることができるが、同時に減衰係数も大きくなってしま
うので、厚さを薄して損失が少なくなるようにする。そ
して、試料２に含まれる分析目的物質に合せて、よりイ
オン化効率の高い条件が得られるように、Ｘ線のエネル
ギーと強度を窓材９Ｂの材質と厚さで調整する。
る窓９Ｂには、Ｃ，Ｈ，Ｏを主成分とするアクリル等の
プラスチック板や、Ａｌ，Ｃｕ，Ｓｎなどの金属の薄板
を用いる。窓材に用いる材料は、構成している元素の原
子番号が大きいものほど、電子・Ｘ線変換効率を高くす
ることができるが、同時に減衰係数も大きくなってしま
うので、厚さを薄して損失が少なくなるようにする。そ
して、試料２に含まれる分析目的物質に合せて、よりイ
オン化効率の高い条件が得られるように、Ｘ線のエネル
ギーと強度を窓材９Ｂの材質と厚さで調整する。
【００１６】しゃへい材９Ａには加工性と安定性に優れ
るステンレス鋼を用いて、密封容器を構成する。このと
き、さらにＰｂ材で覆って二重容器にすると良い。
るステンレス鋼を用いて、密封容器を構成する。このと
き、さらにＰｂ材で覆って二重容器にすると良い。
【００１７】放射性同位元素に63Ｎｉをそして窓材にＡ
ｌ箔を用いた実施例の装置を用い、ＧａＡｓ半導体結晶
の１０×１０μｍ2 未満の微小領域へ、電子親和力がほ
ぼ０でイオン化しにくいＺｎをＰ型ドーパントとして導
入した試料を分析した結果、従来の装置では５×１０17
ｃｍ-3レベルまでしか検出できなかったものが、１×１
０15ｃｍ-3レベルまで検出することができた。
ｌ箔を用いた実施例の装置を用い、ＧａＡｓ半導体結晶
の１０×１０μｍ2 未満の微小領域へ、電子親和力がほ
ぼ０でイオン化しにくいＺｎをＰ型ドーパントとして導
入した試料を分析した結果、従来の装置では５×１０17
ｃｍ-3レベルまでしか検出できなかったものが、１×１
０15ｃｍ-3レベルまで検出することができた。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、二次イオ
ン質量分析装置の真空槽内に低エネルギーのＸ線を放出
する密封容器を設置し、試料の表面の分析領域にこのＸ
線を照射できるようにしたことによって、二次イオン収
率を飛躍的に向上させ、試料内の極微量な不純物も高感
度で定量的に分析できるという効果を有する。
ン質量分析装置の真空槽内に低エネルギーのＸ線を放出
する密封容器を設置し、試料の表面の分析領域にこのＸ
線を照射できるようにしたことによって、二次イオン収
率を飛躍的に向上させ、試料内の極微量な不純物も高感
度で定量的に分析できるという効果を有する。
【００１９】Ｘ線発生源として放射性同位元素を仕込ん
だ小型の密封容器を用いているので、外部電源装置等を
付加したり分析装置本体を改造する必要がなく、保守点
検の手間を増すこともなしに従来と同等の装置として安
全に扱うことができる。
だ小型の密封容器を用いているので、外部電源装置等を
付加したり分析装置本体を改造する必要がなく、保守点
検の手間を増すこともなしに従来と同等の装置として安
全に扱うことができる。
【００２０】また、微量成分の検出感度を高めるばかり
でなく、イオン化されにくい電子親和力の非常に小さな
元素の検出にも有効であり、二次イオンの信号強度が高
くなるために信号とノイズ（Ｓ／Ｎ）比が改善され、ダ
イナミック・レンジを拡大できる効果もある。
でなく、イオン化されにくい電子親和力の非常に小さな
元素の検出にも有効であり、二次イオンの信号強度が高
くなるために信号とノイズ（Ｓ／Ｎ）比が改善され、ダ
イナミック・レンジを拡大できる効果もある。
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】従来の二次イオン質量分析装置の一例の構成
図。
図。
１ 真空槽 ２ 試料 ３ イオン源 ４ 一次イオン・ビーム ５ 二次イオン ６ 質量分析器 ７ 放射性同位元素 ８ 密封容器 ９Ａ しゃへい材 ９Ｂ 窓材 １０ Ｘ線 １１ 紫外線レーザー装置 １２ 紫外線レーザー光
Claims (2)
- 【請求項１】 真空槽と、この真空槽内に設けられた試
料の表面に一次イオンを照射し二次イオンを放出させる
ためのイオン源と、この二次イオンを分離しその成分を
検出する質量分析器と、前記試料の表面にＸ線を照射す
るための放射性同位元素を収納した密封容器とを含むこ
とを特徴とする二次イオン質量分析装置。 - 【請求項２】 密封容器は放射線の照射によりＸ線を放
出する窓部材を備えている請求項１記載の二次イオン質
量分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5253868A JPH07105900A (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 二次イオン質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5253868A JPH07105900A (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 二次イオン質量分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07105900A true JPH07105900A (ja) | 1995-04-21 |
Family
ID=17257253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5253868A Pending JPH07105900A (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 二次イオン質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105900A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017098183A (ja) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | エムエス・ソリューションズ株式会社 | イオン化方法、イオン化装置及び質量分析計 |
| CN112068182A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-12-11 | 中国核动力研究设计院 | 基于多丝正比室的4πβ-γ符合测量装置及测量方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4914555A (ja) * | 1972-05-20 | 1974-02-08 | ||
| JPS5513846A (en) * | 1978-07-17 | 1980-01-31 | Hitachi Ltd | Isotope white xxray source |
-
1993
- 1993-10-12 JP JP5253868A patent/JPH07105900A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4914555A (ja) * | 1972-05-20 | 1974-02-08 | ||
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