JPH095263A

JPH095263A - 微量元素の検出方法

Info

Publication number: JPH095263A
Application number: JP7172919A
Authority: JP
Inventors: Junji Iihara; 順次飯原
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】試料の表面に存在する微量元素を高感度に検
出できる方法を提供すること。さらに真空にしないで試
料の表面元素の検出のできる方法を提供することが目的
である。【構成】３．５ＭｅＶ以下のエネルギ−の陽子線を、
試料面に対して１°以下の低角度で照射し、内殻電子を
励起しその電子が基底状態に戻る時に発生する特性Ｘ線
を検出することによって、試料面に存在する微量元素の
種類、存在量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鏡面試料表面に存在す
る微量元素または鏡面試料表面の近傍に存在する微量元
素を高感度に検出する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料表面の元素の存在量を調べるために
多くの方法が提案されている。何らかのビームを試料に
照射し、試料から発生する何らかのビームのエネルギ
ー、強度や分布を測定して微量元素の量を検出する。入
射ビームとしては、光、Ｘ線、電子線、イオンビームな
どがある。出射ビームとしては、光、Ｘ線、電子線、イ
オンビームなどがある。これらを組み合わせて様々な方
法が試みられている。それぞれに利点や欠点がある。試
料に対する適性もある。試料の何を知りたいかという事
により、どの検査方法が適当であるかという事が決ま
る。光とＸ線は何れも電磁波であるから区別しないこと
もある。

【０００３】イオンを当てた時に出てくるイオンを調べ
る場合もある。この場合でも入射イオンが散乱されたも
のを検出する事もあるし（ＲＢＳ：Rutherford Backsca
ttering Spectroscopy, ラザフォード後方散乱法）、二
次イオンを検出することもある（ＳＩＭＳ：Secondary
Ion Mass Spectroscopy,２次イオン質量分析法）。

【０００４】イオンビームを当てる場合でも、水素イオ
ン（プロトン、陽子）の場合は他のイオンの場合と区別
する。水素イオンビームはプロトンビーム或いは陽子線
という。この場合も、散乱されたプロトンビーム自体の
エネルギー分布を観測するものもあれば（ＰＥＬＳ：Pr
oton Energy Loss Spectroscopy,陽子エネルギー損失分
光法）、或いはこれによって出てくる二次電子を観測す
る方法もある。又、これによって発生するＸ線を観測す
る方法も可能である。本発明はこのＸ線を観測する方法
に関する。

【０００５】［ＰＩＸＥ］(Perticle Induced X-ray Em
ission, 粒子励起Ｘ線分光法）陽子線を試料に照射し、発生した特性Ｘ線から元素濃度
を測定する方法は、ＰＩＸＥとして広く知られている。
ＰＩＸＥは例えば、「表面分析図鑑（日本表面科学会
編、共立出版）」に詳しく紹介されている。高速の陽子
線（水素イオン）を測定したい試料に照射する。陽子線
のエネルギ−は数ＭｅＶである。内殻の電子が陽子線に
よって叩き上げられる。

【０００６】この電子が励起準位にある時間は極短い。
やがて元の内殻準位に戻る。この時にＸ線を放出する。
このＸ線のエネルギ−は、励起準位と元の準位のエネル
ギ−の差に等しい。つまり原子状態によって決まるエネ
ルギ−である。固有のエネルギ−を持つＸ線であって、
原子の構造を反映しているので、特性Ｘ線と呼ぶ。Ｘ線
のエネルギ−は波長の逆数であるから、波長をしればエ
ネルギ−が分かる。

【０００７】これに対して、制動輻射、散乱などによっ
て誘起されるＸ線は特別なエネルギ−を取らない。広い
波長範囲に平坦に分布する。それ故、これらは白色Ｘ線
という。陽子線のエネルギ−によってどの内殻電子を励
起するかということが決まる。数ＭｅＶの高いエネルギ
−の陽子線を当てるということは、Ｋ殻電子を叩き励起
するということである。

【０００８】質量の大きい陽子を使うので、電子を使う
場合に比べて制動輻射を受け難い。ために白色ノイズが
少ないという長所がある。このために微量分析に向いて
いる。数ｍｇの試料であっても元素濃度を分析すること
ができる。ｐｐｍオ−ダで不純物の濃度を測定できる。
波長ごとに対応元素が違うことを利用し、全元素の濃度
を同時に決定できる。ために極めて短時間に全元素量を
分析することができる。

【０００９】質量の大きい陽子線を使うので、質量の小
さい元素（原子番号が１０以下）に対して感度が悪い。
陽子線が、原子核そのものを弾き飛ばすこともあるし、
内殻電子のエネルギ−がそれほど低くないから、励起さ
れにくいということもある。

【００１０】通常は陽子線を試料面に対して４５°に照
射する。照射角＝４５°である。分厚い試料にはむかな
い測定方法である。陽子線が内部で散乱され、散乱陽子
によるＸ線が発生しバックグラウンドが大きくなるから
である。従来は対象試料の微小量を有機薄膜に付着する
ことで分析試料としていた。このバッキング材として使
用する有機薄膜には、不純物濃度が低いこと、取り扱い
を容易にするための強度、陽子線照射による熱ダメージ
に耐え得る耐熱性が必要であり、全てを満足する有機薄
膜はいまだ開発されていない。

【００１１】Ｘ線を測定対象にするから試料が真空中に
なくても良い。大気圧下でも可能な方法である。ＲＢＳ
やＰＥＬＳなど、反跳イオンの角度分布を利用するもの
は、ＧａとＡｓのように質量数の似通った元素を区別す
ることが難しい。しかしＰＩＸＥは特性Ｘ線を用いるか
ら質量数の近似した元素を容易に識別することができ
る。

【００１２】［全反射蛍光Ｘ線法］強力な単色のＸ線を
試料に当てると、試料から蛍光Ｘ線が出る。蛍光Ｘ線の
波長毎の強度を測定すると、試料の構成元素を同定する
ことができる。入射Ｘ線によって試料の上の元素が励起
される。励起準位から元の準位に下がる時にＸ線を発生
する。これが蛍光Ｘ線である。蛍光Ｘ線の量を、半導体
検出器（Ｓｉ（Ｌｉ）など）によって測定する。

【００１３】蛍光Ｘ線の波長から、このＸ線はどの元素
から放出されたかということが分かる。その波長のＸ線
の強度からその元素の存在量が分かる。Ｘ線は試料の内
部まで入り、かなり深い部分の元素の分析も可能であ
る。普通は試料に対して直角にＸ線を照射し、蛍光Ｘ線
はいずれかの角度に出るものを検出するようになってい
る。

【００１４】特に試料の表面近くだけの元素分析のため
に新しく登場したのが、全反射蛍光Ｘ線分析法である。
これはＸ線を平行ビ−ムにして、試料の表面スレスレに
（低角度で）照射する。散乱Ｘ線は、反対側に試料スレ
スレの角度で出て行く。Ｘ線は試料の内部に入らない。
Ｘ線のすべては反射（散乱）されて外部に出て行く。低
角度入射であって全部が反射するので全反射蛍光Ｘ線法
と呼ぶ（ＴｏｔａｌＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＸ−ｒａｙ
Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）。

【００１５】試料の内部に散乱Ｘ線が入らないのでバッ
クグラウンドが小さい、或いは、試料の内部にＸ線が入
り込まないから表面近くのみの測定ができる、などの特
徴がある。また試料の表面にスレスレの角度でビ−ムを
入射するから、試料の表面は平滑でなければならない。

【００１６】入射Ｘ線のエネルギ−は数ｋｅＶから数十
ｋｅＶの程度である。蛍光Ｘ線は面と直角に出たものを
測定する。この測定方法はＴＲＸＲＦと略記される。ｐ
ｐｂ〜ｐｐｍ程度の感度を発揮する事ができるとされ
る。しかしＸ線によるＫ殻のイオン化断面積は小さい。
ＴＲＸＲＦは全反射条件を満足するほどに低照射角でＸ
線を入射する手法であるからここに記載する。低角度で
試料に当たるから表面の元素のみを測定できる。

【００１７】その他にも、微量元素を高感度に分析する
方法として、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）があ
る。超高真空に保持した装置内で、試料にイオンビーム
を当てて表面から発生する二次イオンを測定して、表面
に存在する元素の量を求めるものである。これはｐｐｂ
〜ｐｐｍの感度を有する。

【００１８】さらに低照射角度で試料にビ−ムを照射す
るものとしては、低いエネルギ−の電子線を面スレスレ
に当て、その回折線を検出するものもある。ＬＥＥＤと
いう。これは電子がプロ−ブになっているが、その回折
によって試料の表面構造の回折パタ−ンを調べるもので
ある。電子線をプロ−ブとするがＸ線を観測するＥＰＭ
Ａとは違う。測定原理は本発明とも異なるが、低照射角
度でビ−ムを照射するのでここに記載する。

【００１９】このように数多くの測定方法がある。励起
手段は光、Ｘ線、電子、陽子、イオン、中性子などであ
り、検出対象は光、Ｘ線、電子、陽子、イオン、中性子
などである。入射ビ−ムと出射ビ−ムの組合せによって
実に多様な測定方法がある。入射角度も最適の範囲とい
うものがある。これらの測定技術は全て目的、原理、手
段、具体的な装置構成において異なっている。最適の測
定を行うには、それぞれの方法を厳密に区別する必要が
ある。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ＳＩＭＳは高感度に微
量元素を検出する事ができる。しかしこれは超高真空を
必要とする。ために、試料の交換などに大きな手間と時
間がかかる。これが測定のコストを押し上げる。ＲＢＳ
やＰＥＬＳなど散乱ビ−ムが観測の対象になるものは全
て真空を必要とする。また二次イオンや二次電子を測定
の対象にするものも、高真空が必要である。イオンや電
子のエネルギ−が測定の対象になるが、大気圧中では衝
突によってイオンや電子は検出器に至るまでにエネルギ
−を失ってしまうからである。

【００２１】近年新たに開発された全反射蛍光Ｘ線分析
法（ＴＲＸＲＦ）は表面近傍の元素状態を測定するもの
として高感度である、と言われている。しかしＸ線自体
のエネルギ−が低いし、高密度のビ−ムが得られない。
Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕなどを対陰極とするＸ線管によってはな
かなか強力なＸ線が発生しない。

【００２２】陽子やイオンはク−ロン力によって電子と
相互作用する。だから陽子線やイオンビ−ムによるＫ殻
イオン化断面積は大きい。しかしＸ線と電子はク−ロン
力のようなロングレンジの相互作用をしない。だからＫ
殻のイオン化断面積が小さい。測定に時間をかけるか、
光輝度の光源を使う必要がある。強力なＸ線を発生する
ものとしてシンクロトロン放射光（ＳＯ−ｒｉｎｇ）が
ある。しかしこれは巨大な設備が必要である。簡単に実
施できるものではない。

【００２３】超高真空を不要とする微量元素の検出方法
を提供する事が本発明の第１の目的である。大型の設備
を要しない微量元素の検出方法を提供する事が本発明の
第２の目的である。試料表面のみの元素検出が出来る微
量元素の検出方法を提供する事が本発明の第３の目的で
ある。より高感度の微量元素の検出方法を提供する事が
本発明の第４の目的である。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は励起源として、
陽子を用いる。陽子線を鏡面研磨した試料表面或いは鏡
面に付着した試料の表面に照射し、試料表面、表面近傍
の原子を励起させる。図４に示すように、励起原子が基
底状態に戻るときに特性Ｘ線を発生させる。この特性Ｘ
線を観測して、試料表面、表面近傍の微量元素の存在量
を測定する。陽子線のエネルギーは、３．５ＭｅＶ以下
とする。試料に対する、陽子線の照射角は、１°以下と
する。さらには０．３°以下とするのが望ましい。

【００２５】

【作用】本発明は試料原子の励起源として、陽子線を用
いる。しかも陽子線のエネルギーが３．５ＭｅＶ以下と
し、入射角は１°以下とする。本発明は陽子線を使うの
で、他の励起手段つまり光子、電子線に比べて励起効率
が１００倍〜１０００倍高い。本発明に係る微量元素の
検出方法の概念図を図３に示す。

【００２６】本発明は３．５ＭｅＶ以下の陽子線を利用
する。この理由をまず説明する。陽子線のエネルギーが
３．５ＭｅＶを越えると、核反応断面積が急激に高くな
り、（ｐ，ｎ）反応などで放射性同位元素が大量に発生
する。大量にできた放射性同位元素が壊変するが、この
時に大量のγ線、Ｘ線を発生する。

【００２７】このγ線、Ｘ線がバックグラウンドとな
り、Ｓ／Ｎ比が悪くなってしまう。核反応断面積をある
程度の値以下に制限するために、入射陽子線のエネルギ
ーを３．５ＭｅＶ以下とするのである。本発明は核反応
を避け、電子を励起するために陽子線を使うのである。
このため、高すぎるエネルギ−の陽子線は役に立たな
い。

【００２８】しかし余りに陽子線のエネルギーが低い
と、反対に試料が励起され難くなるから、陽子線のエネ
ルギーは１．５ＭｅＶ以上とするのが良い。さらに本発
明は、低入射角で陽子線を試料に当てる。この理由は次
のようである。

【００２９】高入射角で試料表面に陽子線を入射させる
と、試料の内部深くまで陽子が侵入する。ために散乱が
激しく起こり、散乱陽子がＸ線を発生しこれがバックグ
ラウンドとなる。反対に低入射角で陽子線を当てると、
陽子は１回だけ対象の原子に衝突しすぐに外部に散乱さ
れる。試料内部での散乱が小さくバックグラウンドが抑
えられる。

【００３０】鏡面研磨された試料、或いは鏡面の上に付
着した試料を対象にする理由は以下のようである。試料
の表面に凹凸があると、陽子線が凸部によって散乱され
る。散乱陽子線によってさらにＸ線が発生するのでこれ
がバックグラウンドとなる。陽子線と対象原子との核反
応が１回だけ起こる事が望ましい。そこで試料表面に凹
凸がない方が良い。

【００３１】試料の形状は、表面で陽子線の散乱が起こ
らないものである必要がある。鏡面の固体の試料であれ
ばそのまま測定の対象にできる。溶液の場合は、鏡面支
持体の上に溶液を滴下して、乾燥したものを試料とする
ことができる。鏡面支持体としては、高純度で鏡面の得
やすい材料を選ぶべきである。例えばＳｉ、ＧａＡｓな
どの半導体ウエハ−が好適である。

【００３２】陽子線のエネルギーが３．５ＭｅＶ以下で
あるべきであるという事は既に述べた。エネルギーの上
限が３．５ＭｅＶであるという事である。陽子線のエネ
ルギーは１ＭｅＶでも０．５ＭｅＶでも良い。しかし
１．５ＭｅＶ以上であるとさらに良い。その理由は次の
通りである。

【００３３】特性Ｘ線の放出確率は、陽子線による原子
のＫ殻電子の励起確率に比例する。この確率は、元素に
よって大きな差はない。しかしこの励起確率は陽子線の
エネルギーに強く依存する。１．５ＭｅＶ以上のエネル
ギーの陽子線を用いると、Ｋ殻電子の励起確率が高い。
さらに１．５ＭｅＶ以上のエネルギーの陽子線によって
励起すると、元素による励起確率のばらつきが少ない。
全元素に渡って高感度の分析を行うことができる。１．
５ＭｅＶ以上の陽子線を用いると、励起確率が光子の場
合より１００倍〜１０００倍高い。

【００３４】さらに、１．５ＭｅＶ以下のエネルギーの
陽子線によって原子を励起すると、多電子の同時励起が
起こり易くなる。するとサテライト線と呼ばれるＸ線の
ピークが複数本発生し、Ｘ線強度の決定の妨げになる。
１．５ＭｅＶ以上のエネルギーであると多電子励起が起
こり難く、陽子一つが電子一つの励起を引き起こす。従
って対象元素の分布量を正しく検出することができる。

【００３５】低角度入射が良いという事は既に述べた。
試料の表面に殆ど平行に陽子線ビームが入射する。照射
角度が１°以下であれば、散乱が少なくバックグラウン
ドを抑制できるから、ｐｐｍレベルの高感度検出が可能
である。

【００３６】陽子線の照射角度をさらに小さくして０．
３°以下にすると、照射陽子線が全反射を起こし試料の
内部に殆ど入らない。ために試料中での散乱が殆ど起こ
らず、散乱によるバックグラウンドをさらに小さくでき
る。全反射条件を巧みに利用すれば、バックグラウンド
を抑制し、精度の高い微量元素の測定を行うことができ
る。

【００３７】全反射の起こる条件は陽子線エネルギーに
強く依存している。エネルギーへの依存性は物質によっ
て違う。図１にＳｉ、ＧａＡｓの場合の陽子線エネルギ
ーと、全反射臨界角の関係を示す。横軸は入射陽子線の
エネルギーである。縦軸は全反射の起こる最大の照射角
度である。

【００３８】ＧａＡｓが試料の場合は、同じ陽子線エネ
ルギーであっても、全反射が起こる角度が大きいので余
裕がある。陽子線エネルギーが１ＭｅＶで０．３°、２
ＭｅＶで０．２°、３ＭｅＶで０．１６°の程度であ
る。

【００３９】Ｓｉが試料の場合は、陽子線エネルギーが
１ＭｅＶで０．１９°、２ＭｅＶで０．１３°の程度で
ある。照射角が０．３°以下とすると、ＧａＡｓの場合
は、陽子線エネルギーが１ＭｅＶ以上であれば、全反射
条件を満足できる。Ｓｉの場合は、陽子線エネルギーが
０．５ＭｅＶ以上であれば全反射条件を満たす。陽子線
エネルギーが高い方が、全反射条件が厳しくなる。これ
は当然のことである。エネルギーが高いと結晶の内部に
進入する力が強くなるからである。陽子線エネルギーが
１．５ＭｅＶで、Ｓｉは０．１４°以下で、ＧａＡｓは
０．２４°以下で陽子線を全反射させることができる。

【００４０】

【実施例】高エネルギーの陽子線によるＫ殻のイオン化
断面積は、陽子線エネルギーが１ＭｅＶ以下では元素に
よる依存性が少ない。Ｋ殻のイオン化断面積は陽子線と
電子とのクーロン相互作用から計算されている（D.D.Co
hen and M.Harrigan, ＡＴＯＭＩＣＤＡＴＡＡＮＤ
ＮＵＣＬＥＡＲＤＡＴＡＴＡＢＬＥＳ３３，２
５５−３４３（１９８５））。

【００４１】これにＸ線の放出確率を掛けたものがＸ線
発生断面積である。図２に、鉄（Ｆｅ）と硫黄（Ｓ）の
陽子線によるＫ殻のイオン化断面積を、エネルギーの関
数として示す。横軸は陽子線のエネルギーである（Ｍｅ
Ｖ）。ここでは０〜３．５ＭｅＶの範囲のエネルギーを
示す。縦軸はイオン化断面積（１０^-24 c ｍ^-2) であ
る。陽子線のエネルギーが増えると、鉄、硫黄のイオン
化断面積が増大する。

【００４２】中央に横線が引いてある。これは、全反射
蛍光Ｘ線分析で通常用いられるタングステンのＸ線管球
によるＫ殻イオン化断面積である。この方法はＸ線とし
てタングステンのＬα線を利用している。これのイオン
化断面積は１．０×１０^-23c ｍ^-2 である。

【００４３】本発明の場合、硫黄のＫ殻、鉄のＫ殻とも
に、陽子線エネルギーが０．５ＭｅＶ以上であれば、全
反射蛍光Ｘ線よりもイオン化断面積が大きくなる。イオ
ン化断面積が大きいということは感度が良いということ
である。つまり、微量元素の測定方法として良く使われ
る全反射蛍光Ｘ線分析よりも、陽子線エネルギーを０．
５ＭｅＶ以上にすることにより、本発明の方が感度が高
くなるということである。

【００４４】いずれも、Ｋ殻電子が弾き飛ばされるので
あるが、本発明は陽子線で、全反射蛍光Ｘ線はＸ線（光
子）で弾き飛ばすという違いがある。Ｋ殻電子がなくな
るのですぐに外殻電子がＫ殻に落ちる。この時に特性Ｘ
線を発生する。特性Ｘ線のエネルギー（波長）は物質に
よって固有であるから、Ｘ線のエネルギーからどの物質
から生じたＸ線かということが分かる。またその波長の
Ｘ線の強度（ピ−クの高さ）からその物質の存在量を知
ることができる。

【００４５】励起源としての陽子線は、カ−ボンのコリ
メータ（Φ２×２０）を用いてビーム位置のずれをなく
してから試料に照射するようにした。試料から発生する
特性Ｘ線の検出は、Ｓｉ（Ｌｉ）半導体検出器を用いて
行った。この検出器は全反射蛍光Ｘ線分析法においても
用いられる検出器である。

【００４６】試料は、鉄、銅、硫黄を含む次の１２の試
料である。いずれも試料の台としてＧａＡｓウエハを用
いる。試料１〜試料６は、ＧａＡｓウエハに、硫酸銅水
溶液（ＣｕＳＯ₄ ) を滴下し、乾燥したものである。従
って測定対象になる元素は、銅Ｃｕと硫黄Ｓである。表
面濃度は５．３５×１０⁸ 個／ｃｍ² 〜５．３５×１０
¹¹個／ｃｍ² である。検出限界を調べるために、元素の
表面濃度は番号が大きくなるにしたがって高くなるよう
にしてある。

【００４７】試料７〜試料１２はＧａＡｓウエハに、Ｆ
ｅ（ａｃａｃ）₃ 液を滴下し乾燥したものである。表面
鉄濃度は、５．１８×１０⁸ 個／ｃｍ² 〜５．１８×１
０¹¹個／ｃｍ² である。表１に試料１〜１２の、測定対
象元素、元素の表面濃度、基板、試料作製方法を示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】これらの試料に対して、本発明の方法に従
い、陽子線を照射して、これによって発生する特性Ｘ線
を測定した。測定条件は次のようである。陽子線エネルギー３ＭｅＶビーム電流１０ｎＡ測定時間３０分陽子線照射角０．２°、０．５°、１．０°、２．０° 測定の結果を表２に示す。比較のために、全反射蛍光Ｘ
線分析法により３０分測定したものの結果も表２に示
す。

【００５０】

【表２】

【００５１】表２において、試料番号、対象元素、陽子
線の照射角度（面と陽子線のなす角度）、全反射蛍光Ｘ
線法による結果を順に示している。その評価を、二重丸
◎、丸○、三角△、ぺけ×によって表す。それぞれの意
味は次のようである。

【００５２】×：ピークを確認できない。 △：ピークを確認できるが、検量線が直線関係を示さな
い。 ○：ピ−クを確認でき、検量線が直線関係を示し、定量
可能である。 ◎：定量可能であってかつ測定時間を短縮できる。

【００５３】対象がどの原子であっても、照射角度が低
いほど測定可能性が高まる。硫黄の検出について言え
ば、照射角度が０．２°では試料３（５．３５×１０⁹
／ｃｍ² ）から定量測定可能である。角度が０．５°、
１．０°の時は、試料４（５．３５×１０¹⁰／ｃｍ² ）
から定量測定できる。全反射蛍光Ｘ線法では、試料４か
ら定量測定が可能である。０．５°、１．０°の場合
は、全反射Ｘ線法と大体同等か、それ以上の性能を持
つ。しかし０．２°の場合は全反射法よりも優れてい
て、より微量の元素をも検出することができる。硫黄は
軽い元素であるから比較的検出し難いのである。

【００５４】銅（Ｃｕ）が対象の場合は、照射角が０．
２°の時に試料２から定量分析可能である。角度が０．
５°、１．０°の場合は、試料３（５．３５×１０⁹ ／
ｃｍ² ）から定量性が得られる。公知の全反射法は試料
４（５．３５×１０¹⁰／ｃｍ² ）から測定できる。つま
り銅の検出においても、低角度照射の場合、本発明の方
が公知技術よりも優れているということである。

【００５５】鉄（Ｆｅ）が対象の場合は、角度が０．２
°の時には試料８（１．５５×１０⁹ ／ｃｍ² ）から定
量測定可能である。角度が０．５°、１．０°の時は試
料９（５．１８×１０⁹ ／ｃｍ² ）から検出可能であ
る。一方全反射蛍光Ｘ線法では試料１０（５．１８×１
０¹⁰／ｃｍ² ）から測定できる。本発明の方法がより高
感度で、優れていることがわかる。

【００５６】これらの結果から次のようなことが分か
る。原子番号の小さい硫黄Ｓは、検出限界が高い。原子
番号の大きい鉄や銅は検出限界が低い。つまり検出しや
すい。これは何れの角度、方法でも同じことである。照
射角が０．２°以下の場合は１０⁹ ／ｃｍ² のオ−ダ−
の定量が可能である。照射角が１．０°以下の場合は１
０¹⁰／ｃｍ² のオ−ダ−の測定が可能である。入射陽子
線の照射角が１°程度で全反射蛍光分析法と同等の測定
が可能である。これ以下では本発明の方法の方が優越す
る。

【００５７】

【発明の効果】本発明はエネルギ−の高い陽子線を１．
０°以下の低照射角度で対象に当て、試料表面から出て
くる特性Ｘ線を観測する。微量元素の検出にはＸ線を当
てて電子を励起し、これから発生するＸ線を測定して元
素の量を求める全反射蛍光Ｘ線法が用いられてきた。本
発明はこれよりもイオン化断面積が大きいので、より高
感度で試料表面の元素の存在、存在量を求めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＧａＡｓ、Ｓｉを対象とする場合、照射陽子線
エネルギ−とその陽子線の全反射角の関係を示すグラ
フ。

【図２】陽子線を照射して、鉄のＫ殻電子、硫黄のＫ殻
電子を励起してイオン化する際の、陽子線エネルギ−に
対するイオン化断面積の関係を示すグラフ。

【図３】本発明に係る微量元素の検出方法の概念図。

【図４】陽子線によって内殻電子が励起され、基底状態
に戻るときに特性Ｘ線を発生させることを説明する図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３．５ＭｅＶ以下のエネルギーを有する
陽子線を鏡面を持つ試料に対して１°以下の低角度で照
射し、陽子線によって対象原子のＫ殻電子を励起し、励
起電子が元の準位に戻るときに発生する特性Ｘ線の波長
と強度を測定することによって、試料表面近傍の元素の
種類を同定しその濃度を定量することを特徴とする微量
元素の検出方法。
【請求項２】対象となる試料を、鏡面の支持体に付着
させて、陽子線を照射し、特性Ｘ線の波長毎の強度を測
定することを特徴とする請求項１に記載の微量元素の検
出方法。
【請求項３】鏡面の支持体としてＳｉまたはＧａＡｓ
の半導体ウエハ−を用いる事を特徴とする請求項１また
は２に記載の微量元素の検出方法。
【請求項４】陽子線のエネルギーが１．５ＭｅＶ以上
である事を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の微
量元素の検出方法。
【請求項５】陽子線の照射角度が０．３°以下である
事を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の微量元素
の検出方法。