JPH11354072A - レーザイオン化中性粒子質量分析装置および分析方法 - Google Patents

レーザイオン化中性粒子質量分析装置および分析方法

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JPH11354072A
JPH11354072A JP10160201A JP16020198A JPH11354072A JP H11354072 A JPH11354072 A JP H11354072A JP 10160201 A JP10160201 A JP 10160201A JP 16020198 A JP16020198 A JP 16020198A JP H11354072 A JPH11354072 A JP H11354072A
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JP
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sample
mass spectrometer
ions
photoexcited
neutral particle
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Hiroyasu Shichi
広康 志知
Satoshi Osabe
敏 長部
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザイオン化中性粒子質量分析において、試
料から発生する二次イオン起因のバックグラウンドを低
くすることによって高感度で分析する。 【解決手段】試料から放出される二次イオンを、光励起
イオンを質量分析計に導く方向とは別方向に導く。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線もしく
は光を試料に照射して、試料から放出される中性粒子
に、レーザビームを照射して発生した光励起イオンを検
出して、試料内の被検元素の濃度もしくは分布などを調
べる共鳴レーザイオン化中性粒子質量分析装置および分
析方法に係り、特に試料から発生する二次イオン起因の
バックグラウンドを低くすることによって高感度で分析
するのに好適なレーザイオン化中性粒子質量分析装置お
よび分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、イオンビームを試料に照射して試
料から放出される二次イオンを検出する二次イオン質量
分析法は、固体の表面分析において最も高感度な分析法
として広く用いられてきた。しかしながら、分析対象の
半導体デバイスの高密度化や高性能化により、更に高感
度な分析法が求められている。この要求を満たすことが
できる有力な候補として、イオンビーム照射によって試
料から放出される中性粒子にレーザビームを照射してイ
オンを発生させ、これを検出するレーザイオン化中性粒
子質量分析法が期待されている。
【0003】レーザイオン化中性粒子質量分析法が従来
の二次イオン質量分析法に比較して高感度な分析が期待
できるのは次の理由による。すなわち二次イオンの発生
割合が多くとも1%程度であるのに対して、99%以上
は中性粒子であり、これを効率良くイオン化できれば、
大幅な感度向上が期待できるのである。
【0004】従来のレーザイオン化中性粒子質量分析装
置の例としては、特開平6−119905号公報記載のレーザ
イオン化中性粒子質量分析装置がある。従来の装置の原
理について図2を用いて説明する。まず一次イオン源1
からイオンビーム2が引き出され、一組の静電偏向板4
およびアパーチャ5で構成されるイオンビームパルス化
機構6、互いに直交する二組の静電偏向板8で構成され
るイオンビーム走査機構9およびイオンビームレンズ1
0を通して試料12に照射される。そして試料12から
放出された中性粒子13にパルスレーザビーム15を照
射することによってイオン化した光励起イオン16を質
量分析計17によって検出する。
【0005】試料表面元素の二次元分布を得る場合に
は、イオンビーム2を、走査信号電圧を二組の静電偏向
板8に印加することによって試料上を走査させる。そし
てイオンビームの試料上の走査点に対応して、光励起イ
オン強度を測定すれば、試料表面元素の二次元分布を高
感度で得ることができる。
【0006】しかしながら、この装置の場合には、二次
イオンが光励起イオンと同時に検出されると、質量分析
計の質量分解能が低下したり、定量精度が低下するなど
の可能性があるため、従来より二次イオンと光励起イオ
ンを分離して検出する機構が組み込まれていた。例えば
試料で発生する二次イオンが得る加速エネルギが、試料
上方数mmで発生する光励起イオンが得る加速エネルギ
に比べて大きいことを利用して、質量分析計の中でイオ
ンをエネルギ分別することによって二次イオンと光励起
イオンを分離したり、光励起イオンや二次イオンを質量
分析計に導くための引出電極と質量分析計の間に存在す
る静電偏向器にイオンビーム照射のタイミングに同期し
た時間的に変化する電圧を印加して、二次イオンと光励
起イオンを分離してきた(特開平5−62643号公報)。こ
れらの方法は質量分析計の質量分解能を低下あるいは、
定量精度の低下に対応するにはある程度効果を示してき
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のレー
ザイオン化中性粒子質量分析装置では、上記した質量分
析計でのエネルギ分別による分離法あるいは引出電極と
質量分析計の間の静電偏向器による分離法では完全には
分離できなかった二次イオンが存在し、これに起因する
バックグラウンドについては十分考慮されていなかっ
た。
【0008】例えば、エネルギ分別による分離法では、
エネルギ分解能の不足あるいは二次イオンのエネルギ分
析器への衝突によって、二次イオンが完全には分離され
なかった。また引出電極と質量分析計の間の静電偏向器
による分離法では、試料と静電偏向器の間に一定の距離
が存在することが起因して二次イオンが完全には分離さ
れなかった。
【0009】すなわちレーザビーム照射前に試料へのイ
オンビーム照射によって、まず先に二次イオンが発生す
る。その後レーザビーム照射によって光励起イオンが発
生することになる。したがって静電偏向器で先に飛行し
てくる二次イオンを質量分析計に導かないようにして、
二次イオンと光励起イオンを分離する。しかし、試料か
ら静電偏向器の位置まで二次イオンが飛行する時間に、
相対的に重い二次イオンは相対的に軽い光励起イオンに
追い抜かれる。このため静電偏向器では二次イオンと光
励起イオンを、完全に分離することは難しくなる。
【0010】このような二次イオンは、被検元素の光イ
オン信号に重畳されて、検出感度を低下させるという問
題があった。
【0011】本発明の目的は、以上述べたような従来の
装置の問題点を解決し、従来の装置に比べて、バックグ
ラウンドを低くすることによって、高感度で分析するこ
とができるレーザイオン化中性粒子質量分析装置および
分析方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題は、荷電粒子線
もしくは光を試料に照射して、試料から放出される中性
粒子に、レーザビームを照射して発生した光励起イオン
を質量分析計で分析して、試料内の被検元素の濃度もし
くは分布などを調べるレーザイオン化中性粒子質量分析
装置において、試料から放出される二次イオンを試料直
上から導く方向を、上記光励起イオンを上記質量分析計
に導く方向とは別方向にするように構成することで達成
される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態の第1例を
図1を用いて説明する。本装置は次のように動作させ
る。まず一次イオン源1から引き出されたイオンビーム
2は、パルス電圧電源3,一組の静電偏向板4およびア
パーチャ5で構成されるイオンビームパルス化機構6,
走査電源7および互いに直交する二組の静電偏向板8で
構成されるイオンビーム走査機構9およびイオンビーム
レンズ10を通過して、最後に試料台11上の試料12
に照射される。このとき試料12から放出された二次イ
オン16は、光励起イオン引出電極17の他に設けた二
次イオン引出電極18にパルス電圧を印加して質量分析
計19に導かれないようにする。
【0014】そして、次にレーザ装置14からパルスレ
ーザビーム15を発生させ、これを試料12から放出さ
れた中性粒子13に照射する。このとき発生した光励起
イオン20は、二次イオン引出電極18にはパルス電圧
を印加しないで、光励起イオン引出電極17に電圧を印
加して質量分析計19に導いて検出する。
【0015】ここで、イオンビームパルス化機構6,レ
ーザ装置14,二次イオン引出電極電源21,光励起イ
オン引出電極電源22は互いに同期を取って動作するよ
うに、コンピュータ23によって制御する。これらの動
作のタイミングチャートを図3に示す。すなわち、まず
イオンビーム2がパルス的に照射される。そしてその時
間のみに、二次イオン引出電極18に電圧を印加する。
次にレーザ装置14からパルスレーザビーム15を照射
する。次に光励起イオン引出電極17に電圧を印加し
て、光励起イオン20を質量分析計19に導く。
【0016】以上のようにした場合には、従来に比べて
二次イオンと光励起イオンの分離の度合いを大きくする
ことができ、光励起イオンの質量分析に際してのバック
グラウンドを大幅に低くすることができる。これにより
従来に比べて高感度な分析が達成される。
【0017】本発明の実施形態の第2例を説明する。本
装置は第1例に対照して、二次イオン引出電極を特には
設けない点と、光励起イオン引出電極17の構造に特徴
がある。第2例の試料近傍を図4に示す。本実施形態で
は、光励起イオン引出電極17の構造は図4に示すよう
に2分割されている。そして二次イオン16が放出され
ている間には、光励起イオン引出電極17の2分割され
た各々の部分について異なる電圧を印加する。すると二
次イオン16は図4の垂直上方の質量分析計19には向
かわない。片方の電極の一部をメッシュ状の金属で形成
しておけば、二次イオン16はそのメッシュを通過して
質量分析には無関係の方向に飛行する。
【0018】そして次にレーザビーム15を照射して、
光励起イオン20を生成させた後には、光励起イオン引
出電極17の2分割された各々の部分について同じ電圧
を印加する。すると光励起イオン20は質量分析計19
の方向に導かれて、質量分析されることになる。したが
って上記第1例の場合と同じように、従来に比べて二次
イオンと光励起イオンの分離の度合いを大きくすること
ができ、光励起イオンの質量分析に際してバックグラウ
ンドを低くすることができて、従来に比べて高感度な分
析が達成される。
【0019】本発明の実施形態の第3例を説明する。本
装置は第1例に対照して、二次イオン引出電極18を特
には設けない点と、光励起イオン引出電極19と試料1
2の間に偏向電極24を新たに設けた点で特徴がある。
第3例の試料近傍を図5に示す。本実施形態では、図5
に示すように、光励起イオン引出電極19と試料12の
間に偏向電極24を新たに設けた。
【0020】そして二次イオン16が放出されている間
には、この偏向電極24に電圧を印加する。すると二次
イオンは図5の垂直上方の質量分析計19には向かわな
い。光励起イオン引出電極17の一部をメッシュ状の金
属で形成しておけば、二次イオン16はそのメッシュを
通過して質量分析19には無関係の方向に飛行する。そ
して次にレーザビーム15を照射して、光励起イオン2
0を生成させた後には、偏向電極24に電圧を印加しな
い。すると光励起イオン20は質量分析計19の方向に
導かれて、質量分析されることになる。
【0021】したがって、上記第1例の場合と同じよう
に、従来に比べて二次イオンと光励起イオンの分離の度
合いを大きくすることができ、光励起イオンの質量分析
に際してバックグラウンドを低くすることができて、従
来に比べて高感度な分析が達成される。
【0022】なおこれまで述べた実施の形態の例ではイ
オンビームを試料に照射したが、試料から中性粒子を放
出せしめる荷電粒子や光であってもよい。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、特に試料から発生する
二次イオン起因のバックグラウンドを低くすることによ
って高感度で分析するのに好適なレーザイオン化中性粒
子質量分析装置および分析方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態レーザイオン化中性粒子質量
分析の一例を示す装置の構成図。
【図2】従来例の中性粒子質量分析装置の構成図。
【図3】本発明の実施形態の一例における装置制御のタ
イミングチャート。
【図4】本発明の実施形態の一例を示す装置の試料近傍
の斜視図。
【図5】本発明の実施形態の一例を示す装置の試料近傍
の斜視図。
【符号の説明】
1…一次イオン源、2…イオンビーム、3…パルス電圧
電源、4…一組の静電偏向板、5…アパーチャ、6…イ
オンビームパルス化機構、7…走査電源、8…互いに直
交する二組の静電偏向板、9…イオンビーム走査機構、
10…イオンビームレンズ、11…試料台、12…試
料、13…中性粒子、14…レーザ装置、15…レーザ
ビーム、16…二次イオン、17…光励起イオン引出電
極、18…二次イオン引出電極、19…質量分析計、2
0…光励起イオン、21…光励起イオン引出電極電源、
22…二次イオン引出電極電源、23…コンピュータ、
24…偏向電極。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】荷電粒子線もしくは光を試料に照射して、
    試料から放出される中性粒子に、レーザビームを照射し
    て発生した光励起イオンを質量分析計で分析して、試料
    内の被検元素の濃度もしくは分布などを調べるレーザイ
    オン化中性粒子質量分析装置において、試料から放出さ
    れる二次イオンを試料直上から導く方向を、上記光励起
    イオンを上記質量分析計に導く方向とは別方向にするよ
    うに構成したことを特徴とするレーザイオン化中性粒子
    質量分析装置。
  2. 【請求項2】荷電粒子線もしくは光を試料に照射して、
    試料から放出される中性粒子に、レーザビームを照射し
    て発生した光励起イオンを質量分析計で分析して、試料
    内の被検元素の濃度もしくは分布などを調べるレーザイ
    オン化中性粒子質量分析装置において、試料から放出さ
    れる二次イオンを試料直上から導く引出電極を、上記光
    励起イオンを上記質量分析計に導くための引出電極とは
    別に設けたことを特徴とするレーザイオン化中性粒子質
    量分析装置。
  3. 【請求項3】荷電粒子線もしくは光を試料に照射して、
    試料から放出される中性粒子に、レーザビームを照射し
    て発生した光励起イオンを質量分析計で分析して、試料
    内の被検元素の濃度もしくは分布などを調べるレーザイ
    オン化中性粒子質量分析装置において、上記光励起イオ
    ンを上記質量分析計に導く引出電極を少なくとも2分割
    して、分割された各々部分に印加する電圧を、試料から
    放出される二次イオン引出時と上記光励起イオン引出時
    で異なるようにして、上記二次イオンを試料直上から導
    く方向を、上記光励起イオンを上記質量分析計に導く方
    向とは別方向にするようにしたことを特徴とするレーザ
    イオン化中性粒子質量分析装置。
  4. 【請求項4】荷電粒子線もしくは光を試料に照射して、
    試料から放出される中性粒子に、レーザビームを照射し
    て発生した光励起イオンを質量分析計で分析して、試料
    内の被検元素の濃度もしくは分布などを調べるレーザイ
    オン化中性粒子質量分析装置において、上記光励起イオ
    ンを質量分析計に導く引出電極と試料との間に電極を設
    け、上記電極への電圧印加のタイミングを制御すること
    によって、試料から放出される二次イオンを試料直上か
    ら導く方向を、上記光励起イオンを上記質量分析計に導
    く方向とは別方向にするようにしたことを特徴とするレ
    ーザイオン化中性粒子質量分析装置。
  5. 【請求項5】荷電粒子線もしくは光を試料に照射して、
    試料から放出される中性粒子に、レーザビームを照射し
    て発生した光励起イオンを質量分析計で分析して、試料
    内の被検元素の濃度もしくは分布などを調べるレーザイ
    オン化中性粒子質量分析方法において、試料から放出さ
    れる二次イオンを試料直上から導く方向を、上記光励起
    イオンを上記質量分析計に導く方向とは別方向にするよ
    うにしたことを特徴とするレーザイオン化中性粒子質量
    分析方法。
  6. 【請求項6】荷電粒子線もしくは光を試料に照射して、
    試料から放出される中性粒子に、レーザビームを照射し
    て発生した光励起イオンを質量分析計で分析して、試料
    内の被検元素の濃度もしくは分布などを調べるレーザイ
    オン化中性粒子質量分析方法において、上記光励起イオ
    ンを上記質量分析計に導く引出電極を少なくとも2分割
    して、分割された各々部分に印加する電圧を、試料から
    放出される二次イオン引出時と上記光励起イオン引出時
    で異なるようにして、上記二次イオンを試料直上から導
    く方向を、上記光励起イオンを上記質量分析計に導く方
    向とは別方向にするようにしたことを特徴とするレーザ
    イオン化中性粒子質量分析方法。
  7. 【請求項7】荷電粒子線もしくは光を試料に照射して、
    試料から放出される中性粒子に、レーザビームを照射し
    て発生した光励起イオンを質量分析計で分析して、試料
    内の被検元素の濃度もしくは分布などを調べるレーザイ
    オン化中性粒子質量分析装置において、上記光励起イオ
    ンを質量分析計に導く引出電極と試料との間に電極を設
    け、上記電極への電圧印加のタイミングを制御すること
    によって、試料から放出される二次イオンを試料直上か
    ら導く方向を、上記光励起イオンを上記質量分析計に導
    く方向とは別方向にするようにしたことを特徴とするレ
    ーザイオン化中性粒子質量分析方法。
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