JPH1167140A

JPH1167140A - 二次イオン質量分析法

Info

Publication number: JPH1167140A
Application number: JP9222684A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nakatsu; 和弘中津
Original assignee: SUMIKA BUNSEKI CENTER KK
Current assignee: SUMIKA BUNSEKI CENTER KK
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】【課題】二重収束型質量分析計を有する二次イオン質
量分析装置を用いて絶縁性試料を分析する際に、試料前
処理を実施しない簡便かつ実用的な手段で試料の帯電を
抑制することが出来る正モードの二次イオン質量分析法
を提供する。【解決手段】一次イオン照射領域を包み込む領域に
１．５〜２．５ｋｅＶの入射エネルギーを有する電子線
７を照射することにより、一次イオン照射による前記試
料表面の帯電を抑制する。また、試料２の表面から放出
される二次イオン６の一部が二次イオン引き出し電極８
の試料対向面に当たり、それによって二次イオン引き出
し電極から放出される二次電子を０．５〜１．５ｋｅＶ
の入射エネルギーで試料表面に入射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料表面に正の電
荷を持つ一次イオンを照射し、スパッタリング現象によ
り試料表面から放出される正の電荷を持つ二次イオンを
検出する二次イオン質量分析法に関し、特に１０¹³Ωｃ
ｍ以上の比抵抗値を有する絶縁性試料の分析に好適な二
次イオン質量分析法に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料に含まれる微量元素（ｐｐｂ〜ｐｐ
ｍ）を分析する手法として二次イオン質量分析法があ
り、特に高感度分析ならびに高質量分解能分析を行うた
めには二重収束型質量分析計を有する二次イオン質量分
析装置が用いられる。

【０００３】また、一般に、アルカリ金属元素、アルカ
リ土類金属元素、遷移金属元素などのイオン化電位の低
い元素を高感度に検出する場合、試料に照射する一次イ
オンとして酸素イオン（Ｏ₂ ⁺）やセシウムイオン（Ｃｓ
⁺）などの正の電荷を持つイオンを用い、試料表面から
放出された正の電荷を持つ二次イオン種を検出する正モ
ードにて分析が行われる。

【０００４】しかしながら、絶縁性試料を前記の二重集
束型質量分析計を有する二次イオン質量分析装置を用
い、正モードによる分析を行う場合、試料表面に正の電
荷が蓄積される帯電現象が生じて分析が困難であると考
えられている。その理由は、試料の帯電によって、一次
イオンが照射されている試料表面と二次イオン引き出し
電極の間の電位差が変化し、それに伴って試料表面から
放出される二次イオンの運動エネルギーが変化するた
め、二次イオンは二重収束型質量分析計を通過出来る二
次イオンエネルギー幅から外れ、その結果、検出される
前記二次イオン強度が低下したり、あるいは全く検出さ
れなくなるためである。

【０００５】そこで、絶縁性試料の分析に当たっては試
料の帯電の問題を解決する必要がある。その方法は、試
料の汚染や分析結果の再現性等の点から試料の前処理を
伴わないものであることが望ましい。これまで二重収束
型質量分析計を有する二次イオン質量分析装置を用いた
二次イオン質量分析法による絶縁性試料の分析に際し、
正モードにおける試料の帯電を抑制する種々の手法中で
前処理を必要としない方法は電子線照射を利用する手法
のみである。この手法では、絶縁性試料の表面において
一次イオン照射領域を包み込む広い領域に電子線発生用
フィラメントから発生される電子線を照射し、試料の表
面に蓄積される正の電荷を電子により中和することによ
って帯電が抑制されるとされる。

【０００６】なお、本明細書では、試料表面への導電膜
の蒸着、試料表面の一次イオン照射領域の周囲への金属
メッシュ等の適用など、試料の切り出し後、試料の装置
への導入前において試料表面に施される全ての処理を試
料の前処理という。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
電子線照射を利用する帯電の抑制法は、１０¹³Ωｃｍ以
上の比抵抗値を有する絶縁性試料に対しては、試料前処
理を実施しなければ適用が困難であると報告されている
（「質量分析」１９８４年１０月号、第３４５〜３５６
頁参照）。

【０００８】本発明の目的は、二重収束型質量分析計を
有する二次イオン質量分析装置を用いて１０¹³Ωｃｍ以
上の比抵抗値を有する絶縁性試料を分析する際に、試料
前処理を実施しない簡便かつ実用的な手段で試料の帯電
を抑制することが出来る正モードの二次イオン質量分析
法を提供することにある。

【０００９】

【問題を解決するための手段】図１は、本発明の方法に
用いられる二次イオン質量分析装置の要部を示す図であ
る。この二次イオン質量分析装置は、試料に照射する正
の電荷を持つ一次イオンを発生する一次イオン源２０、
試料から放出された正の電荷を有する二次イオンを電場
によってエネルギー分離し、さらに磁場によって質量分
離する二重収束型質量分析計２１、二重収束型質量分析
計２１で分離された二次イオンを検出する検出器２２、
試料表面の一次イオン照射領域を含み、それより広い領
域に電子線を照射するための電子銃２３等を備える。ま
た、一次イオン照射領域からの位置情報を保たせたまま
試料表面から発生した二次イオンを検出器２２に到達さ
せるために、二次イオンの光路中にイオンレンズ４１が
配置されている。この方式は投影型といわれる。

【００１０】検出される二次イオンに関する面情報の取
得方法には、イオンレンズ４１を用いる投影型の他に走
査型といわれる方式もある。走査型の二次イオン質量分
析装置では、微細に絞った一次イオンビームを試料上で
走査し、一次イオンの走査に対して同期された検出器で
二次イオンを検出することによって面情報を取得する。
本明細書では投影型の二次イオン質量分析装置を用いた
例によって説明するが、本発明は走査型の二次イオン質
量分析装置に対しても同様に適用可能である。

【００１１】試料２は、上面が中央に穴の開いた金属プ
レートとなっている試料ホルダー３の内側に配置され、
分析すべき試料表面が金属プレートの穴から露出するよ
うに試料押さえバネ４によって付勢されている。試料２
の表面には正の電荷を持つ一次イオン１が斜め方向から
照射され、試料２の表面からスパッタリング現象により
放出された正の電荷を持つ二次イオン６は、二次イオン
引き出し用電源５によって試料２と二次イオン引き出し
電極８との間に生じた正の電位差によって試料２の表面
に対して垂直方向に引き出される。二次イオン引き出し
電極８を通過した正の電荷を持つ二次イオン６はイオン
レンズ４１を通して二重収束型質量分析計２１に導か
れ、二重収束型質量分析計２１の入口スリット１３、電
場領域（静電エネルギーアナライザー）１４、エネルギ
ースリット１５、磁場領域１６、さらに出口スリット１
７を通過して検出器２２へ導かれる。この時、電場領域
（静電エネルギーアナライザー）１４及びエネルギース
リット１５によって正の電荷を持つ二次イオン６のエネ
ルギー分離が可能となり、また入口スリット１３、出口
スリット１７及び磁場領域１６によって正の電荷を持つ
二次イオン６の質量分離が可能となる。

【００１２】一方、電子銃２３の電子線発生用フィラメ
ント９から発生した電子線７は、電子線引き出し用電源
１０によって電子線発生用フィラメント９と電子線引き
出し電極１１との間に生じた負の電位差によって引き出
された後、電子線偏向用磁場１２で曲げられ、二次イオ
ン引き出し電極８を通過して試料２の表面に垂直に照射
される。

【００１３】本発明者は、二重収束型質量分析計を有す
る二次イオン質量分析装置を用い、１０¹³Ωｃｍ以上の
比抵抗値を有する絶縁性試料の分析において試料前処理
を実施せずに試料の帯電を抑制することが出来る正モー
ドの二次イオン質量分析法を研究し続けてきた。その結
果、本来前記の二次イオン質量分析装置において正モー
ドでの高感度分析ならびに高質量分解能分析を行うため
に二次イオン引き出し用電源５に設定されている二次イ
オン引き出し電圧を通常の＋４．５ｋＶより低い＋０．
５〜＋１．５ｋＶに設定することによって試料表面で起
こっている物理現象に変化が見られることを経験的に見
出した。

【００１４】具体的には、従来の電子線照射を利用する
帯電抑制法において、二次イオン引き出し電圧を通常の
設定値である＋４．５ｋＶに代えてより低い＋０．５〜
＋１．５ｋＶに設定すること、さらに電子銃２３の電子
線引き出し用電源１０に設定されている電子線引き出し
電圧を通常の設定値である−４．５ｋＶに代えて−０．
５〜−１．５ｋＶに設定すること、つまり電子線の試料
表面への入射エネルギーを通常の設定値である９ｋｅＶ
に代えて１．５〜２．５ｋｅＶに設定することが、電子
線が試料表面に正の電荷が蓄積されることによる帯電現
象の抑制に極めて有効であることを経験的に見出した。

【００１５】さらに、絶縁性試料の表面に正の電荷を持
つ一次イオンを照射すると、スパッタリング現象により
試料表面から正の電荷を持つ二次イオンが放出される
が、この二次イオンの一部が二次イオン引き出し電極の
試料対向面に当たり、二次イオン引き出し電極の試料対
向面から二次電子が放出される。そして、この二次電子
は、二次イオン引き出し電圧を通常の設定値である＋
４．５ｋＶに代えて＋０．５〜＋１．５ｋＶに設定する
ことにより、つまりこの二次電子の試料表面への入射エ
ネルギーを４．５ｋｅＶに代えて０．５〜１．５ｋｅＶ
に設定することにより、試料の表面において一次イオン
照射領域を含むかなり広い領域に照射され、且つ試料の
表面に正の電荷が蓄積されて生じる帯電現象の回避に極
めて有効であることを見出した。

【００１６】本発明は、前記知見に基づき、二次イオン
引き出し電極の試料対向面から放出されて試料表面に照
射される二次電子の利用、及び電子銃を用いて行われる
電子線照射を組み合わせ、且つ最適化を図ることによっ
て、１０¹³Ωｃｍ以上１０¹⁹Ωｃｍ以下の比抵抗値を有
する絶縁性試料に対して前処理を施さずに帯電を抑制し
て正モードによる分析を可能とするものである。

【００１７】すなわち、本発明は、試料表面に正の電荷
を持つ一次イオンを照射し、スパッタリング現象により
試料表面から放出され、二次イオン引き出し電極による
引き出し電界によって加速された正の電荷を持つ二次イ
オンを電場でエネルギー分離し、さらに磁場で質量分離
して分析する二次イオン質量分析法において、試料が１
０¹³Ωｃｍ以上１０¹⁹Ωｃｍ以下の比抵抗値を有する絶
縁性試料であるとき、一次イオン照射領域を包み込む領
域に１．５〜２．５ｋｅＶの入射エネルギーを有する電
子線を照射することにより、一次イオン照射による前記
試料表面の帯電を抑制することを特徴とする。

【００１８】また、試料表面から放出される二次イオン
の一部が二次イオン引き出し電極の試料対向面に当た
り、それによって二次イオン引き出し電極から放出され
る二次電子を０．５〜１．５ｋｅＶの入射エネルギーで
試料表面に入射させることを特徴とする。

【００１９】二次イオン引き出し電極に対する試料の電
位を＋０．５〜＋１．５ｋＶに設定すること、あるいは
二次イオン引き出し電極に対する試料の電位を＋０．５
〜＋１．５ｋＶに設定し、電子線を発生する電子源の電
子線引き出し電極に対する電位を−０．５〜−１．５ｋ
Ｖに設定することにより、前記二次電子や電子線の入射
エネルギーを所定の範囲のものとすることができる。二
次イオン引き出し電極は、二次電子放出効率の高い材料
で作製すること、あるいはその試料対向面に二次電子放
出効率を高める処理を施すのが好ましい。

【００２０】試料に照射される電子線の入射エネルギー
を１．５〜２．５ｋｅＶに設定し、二次イオン引き出し
電極から放出されて試料に照射される二次電子の入射エ
ネルギーを０．５〜１．５ｋｅＶに設定するための電子
線引き出し電圧及び二次イオン引き出し電圧の設定値
は、帯電現象の程度（試料表面に照射する正の電荷を持
つ一次イオンの電流密度及び絶縁性材料が有する比抵抗
値に依存）によってその最適値が異なるので、帯電現象
の程度に応じて決定すればよく、一例として二次イオン
引き出し電圧及び電子線発生用フィラメントの加速電圧
をそれぞれ＋１．１２５ｋＶ及び−１ｋＶに設定するの
が実際的である。逆に、前記の設定値の範囲を上回るあ
るいは下回る場合は試料の帯電を抑制すること困難（安
定した二次イオン強度が得られない）になるので望まし
くない。

【００２１】また、実際の測定を行う際には、二次イオ
ン引き出し電極の試料対向面から放出される二次電子が
試料に照射される領域（直径約２ｍｍ）内に試料を装着
する試料ホルダーの金属プレートが入る位置において測
定を行う。具体的には、一次イオン照射領域と試料ホル
ダーの金属プレートとの距離が約１ｍｍ以内であること
が望ましい。一次イオン照射領域と試料ホルダーの金属
プレートとの距離が１ｍｍを越えると、試料の帯電を抑
制することが困難となる。

【００２２】比抵抗値が１０¹³Ωｃｍ以上１０¹⁹Ωｃｍ
以下である絶縁性試料を本発明の正モードの二次イオン
質量分析法によって分析するに際し、本発明の方法を採
用すると、試料表面の帯電がどの様な機構で抑制される
のかは必ずしも明確ではない。しかし、経験からして下
記のようなことが推測される。

【００２３】図１で説明したように、試料２の表面には
正の電荷を持つ一次イオン１が照射され、試料２の表面
から正の電荷を持つ二次イオン６が放出されている。ま
た、試料表面には電子銃２３から電子線７が照射されて
いる。この時、試料２が絶縁性試料の場合、試料２の表
面及び二次イオン引き出し電極８の近傍で起こっている
と推測される現象のモデルを図２に示す。

【００２４】図２で、正の電荷を持つ一次イオン１は試
料２の表面に斜め方向から照射され、同時に電子銃２３
から発生された電子線７は一次イオンの照射領域３０を
包み込む広い領域に試料表面に対して垂直に照射され
る。この時、試料２が比抵抗値１０¹³Ωｃｍ以上１０¹⁹
Ωｃｍ以下である絶縁性試料の場合、試料２の表面の主
に領域３０に蓄積される正の電荷を、試料２の表面の主
に領域３１に蓄積される電子線７による負の電荷のみで
電荷の中和３２を行うことは困難である。これは、帯電
の緩和過程において発生する過剰な正もしくは負の電荷
が試料ホルダー３の金属プレート４０へ流出出来ないた
めであると推測される。

【００２５】本発明においては、電子線７の試料入射時
のエネルギーを低く設定して電子線７の飛程を浅くする
ことにより、正の電荷を持つ一次イオン１の飛程と電子
線７の飛程との差３３を小さくする。このことにより、
領域３０に蓄積される正の電荷と領域３１に蓄積される
負の電荷とがより近い距離において効果的に電荷の中和
３２を行うことが出来ると推測される。しかし、さら
に、帯電の緩和過程において発生する過剰な正もしくは
負の電荷３４を試料ホルダー３の金属プレート４０へ流
出させる必要性がある。

【００２６】そこで、本発明においては、試料表面から
放出された正の電荷を持つ二次イオンの一部３５が二次
イオン引き出し電極８の試料対向面に当たることによっ
て放出される二次電子３６を、入射時のエネルギーを低
く設定して試料２の表面から試料ホルダーの金属プレー
ト４０に達する領域３７に照射させる。この時、試料２
の表面においては入射時のエネルギーを低く設定された
二次電子３６によって電子線照射誘起導電現象が起こ
り、領域３７に導電層が形成される。つまり、領域３７
に形成された導電層によって帯電現象の緩和過程におい
て発生する過剰な正もしくは負の電荷３４を試料ホルダ
ーの金属プレート４０へ流出させることが出来るように
なり、結果的に帯電現象の効果的に抑制することが出来
ると推測される。

【００２７】ここで、二次イオン引き出し電極８の試料
対向面に当たる正の電荷を持つ二次イオン３５によって
放出される二次電子３６が試料２の表面に照射される領
域３７の大きさを、次の方法で測定した。高純度ケイ素
のウエハ上にフォトレジストを膜厚５００ｎｍにて塗布
した試料を用い、この試料を図１に示した二次イオン質
量分析装置に装着し、試料表面に正の電荷を持つ一次イ
オンとして酸素イオン（Ｏ₂ ⁺）を照射した。二次電子の
照射によって損傷を受け、フォトレジスト塗布膜に干渉
色の違いが現れた領域を金属顕微鏡で観察した。

【００２８】観察結果を図３及び図４に示す。図３の場
合の測定条件は、一次イオン照射エネルギーが８．８７
５ｋｅＶ（一次イオン加速電圧を＋１０ｋＶ、二次イオ
ン引き出し電圧を＋１．１２５ｋＶに設定）、一次イオ
ン電流値が２００ｎＡ、一次イオン照射領域が２５０μ
ｍ×２５０μｍ、一次イオン照射時間が１時間である。
図４の場合の測定条件は、一次イオン照射エネルギーが
１０ｋｅＶ（一次イオン加速電圧を＋１０ｋＶ、二次イ
オン引き出し電圧を０ｋＶに設定）、一次イオン電流値
が２００ｎＡ、一次イオン照射領域が２５０μｍ×２５
０μｍ、一次イオン照射時間が１時間である。

【００２９】図３及び図４において、中央に四角く観察
される部分は一次イオン照射によって試料が掘られた跡
である。図３では、二次電子の照射によって試料表面が
損傷を受け、フォトレジスト塗布膜表面に干渉色の違い
が現れた領域が確認できるのに対し、図４では二次電子
の照射がないためにフォトレジスト塗布膜表面に干渉色
の違いが現れていない。図３及び図４により、二次イオ
ン引き出し電極８の試料対向面に当たる正の電荷を持つ
二次イオン３５によって放出される二次電子３６が試料
２の表面に照射される領域３７が一次イオン照射領域を
中心とする半径約１ｍｍの領域であることが分かった。
このことが、一次イオン照射領域と試料ホルダーの金属
プレートとの距離を約１ｍｍ以内とすると、試料の帯電
を効果的に抑制できることの理由である。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。以下の測定は、特に断らない限り図１に略
示した２次イオン質量分析装置を用いて、正の電荷を持
つ一次イオンを試料に照射して正の電荷を持つ二次イオ
ンを検出する正モードでの測定である。

【００３１】〔実施例１〕試料として比抵抗値が１０¹⁴
Ωｃｍである寸法１ｃｍ×１ｃｍ×１．５ｍｍのバリウ
ムホウケイ酸ガラスを用い、２ｍｍ×２ｍｍの穴を有す
る試料ホルダーに装着した。この試料に正の電荷を持つ
一次イオンを照射し、試料の主な構成元素であるホウ
素、酸素、アルミニウム、ケイ素、バリウム）について
正の電荷を持つ二次イオンを検出することにより深さ方
向濃度分布を測定した。

【００３２】測定条件は、一次イオンに酸素イオン（Ｏ
₂ ⁺）を用い、一次イオン照射エネルギーを８．８７５ｋ
ｅＶ（一次イオン加速電圧を＋１０ｋＶ、二次イオン引
き出し電圧を＋１．１２５ｋＶに設定）、一次イオン電
流値を５０ｎＡ、試料上の一次イオン照射領域を２５０
μｍ×２５０μｍ、二次イオン検出領域を６２μｍφと
した。また、一次イオン照射領域を包み込む広い領域に
電子銃から発生した２．１２５ｋｅＶのエネルギーを有
する電子線（電子銃の電子線引き出し電圧を−１ｋＶ、
二次イオン引き出し電圧を＋１．１２５ｋＶに設定）を
電子ビーム電流値３０μＡ、電子ビーム径４００μｍφ
で照射した。測定は、試料ホルダーの金属プレートから
の距離が１ｍｍ以内の試料表面で行った。

【００３３】測定結果を図５に示す。図５の縦軸は検出
した正の電荷を持つ二次イオンの強度であり、横軸は測
定時間である。図中、ａは²⁸Ｓｉ⁺、ｂは²⁷Ａｌ⁺、ｃは
¹¹Ｂ⁺、ｄは¹³⁸Ｂａ⁺、ｅは¹⁶Ｏ⁺のイオン強度をそれぞ
れ表す。図５から明らかなように、測定時間の経過に対
して二次イオンの強度が安定して検出されており、本発
明によると、正モードの二次イオン質量分析法において
比抵抗値が１０¹⁴Ωｃｍである絶縁性試料を試料前処理
を実施しないで帯電を抑制しながら測定出来ることが判
明する。

【００３４】〔比較例１〕比較のために、実施例１で用
いた試料を従来法によって分析した。実施例１と同様に
比抵抗値が１０¹⁴Ωｃｍであるバリウムホウケイ酸ガラ
スに正の電荷を持つ一次イオンを照射し、主な構成元素
であるボウ素、酸素、アルミニウム、ケイ素、バリウム
について正の電荷を持つ二次イオンを検出することによ
り深さ方向濃度分布を測定した。

【００３５】測定条件は、一次イオンに酸素イオン（Ｏ
₂ ⁺）を用い、一次イオン照射エネルギーを５．５ｋｅＶ
（一次イオン加速電圧を＋１０ｋＶ、二次イオン引き出
し電圧を＋４．５ｋＶに設定）、一次イオン電流値を５
０ｎＡ、試料上の一次イオン照射領域を２５０μｍ×２
５０μｍ、二次イオン検出領域を６２μｍφとした。ま
た、一次イオン照射領域を包み込む広い領域に電子銃か
ら発生した９ｋｅＶのエネルギーを有する電子線（電子
銃の電子線引き出し電圧を−４．５ｋＶ、二次イオン引
き出し電圧を＋４．５ｋＶに設定）を電子ビーム電流値
３０μＡ、電子ビーム径８００μｍφで照射した。測定
は、試料ホルダーの金属プレートからの距離が１ｍｍ以
内の試料表面で行った。

【００３６】測定結果を図６に示す。図６の縦軸は検出
した正の電荷を持つ二次イオンの強度であり、横軸は測
定時間である。図中、ａは²⁸Ｓｉ⁺、ｂは²⁷Ａｌ⁺、ｃは
¹¹Ｂ⁺、ｄは¹³⁸Ｂａ⁺、ｅは¹⁶Ｏ⁺のイオン強度をそれぞ
れ表す。測定時間の経過に対して二次イオンの強度が全
く安定せずに検出されていることから、従来法では、正
モードの二次イオン質量分析法において比抵抗値が１０
¹⁴Ωｃｍである絶縁性試料を試料前処理を実施しないで
帯電を抑制しながら測定することが出来ないことが分か
る。

【００３７】〔実施例２〕試料として比抵抗値が１０¹⁵
Ωｃｍである寸法１ｃｍ×１ｃｍ×１．５ｍｍのアルミ
ナ焼結体を用い、２ｍｍ×２ｍｍの穴を有する試料ホル
ダーに装着した。この試料に正の電荷を持つ一次イオン
を照射し、アルミニウム及びケイ素（含有量１０ｐｐ
ｍ）について正の電荷を持つ二次イオンを質量分解能
〔質量分解能は、異なる質量数をＭ₁，Ｍ₂、ただしＭ₁
＞Ｍ₂として、（Ｍ₁＋Ｍ₂）／２（Ｍ₁−Ｍ₂）で定義さ
れる〕２５００で検出することにより深さ方向濃度分布
を測定した。測定条件及び試料上の測定箇所は、前述の
実施例１の場合と同じである。

【００３８】測定結果を図７に示す。図７の縦軸は検出
した正の電荷を持つ二次イオンの強度であり、横軸は測
定時間である。図中、ｆは²⁷Ａｌ⁺のイオン強度を、ｇ
は²⁸Ｓｉ⁺のイオン強度をそれぞれ示す。図５から明ら
かなように、測定時間の経過に対して二次イオンの強度
が安定して検出されており、本発明によると、正モード
の二次イオン質量分析法において比抵抗値が１０¹⁵Ωｃ
ｍである絶縁性試料を試料前処理を実施しないで帯電を
抑制しながら測定出来ることが分かる。なお、ケイ素に
ついては、試料表面近傍において濃度が実際に高くなっ
ているため、測定の初期において二次イオン強度が高く
観察されている。

【００３９】〔実施例３〕試料として比抵抗値が１０¹⁵
Ωｃｍである寸法１ｃｍ×１ｃｍ×１．５ｍｍのアルミ
ナ焼結体を用い、２ｍｍ×２ｍｍの穴を有する試料ホル
ダーに装着した。この試料に正の電荷を持つ一次イオン
を照射し、正の電荷を持つ二次イオンを質量分解能２５
００で検出することにより、質量数／電荷：２７．９４
〜２８．０３における質量スペクトルを測定した。測定
条件及び試料上の測定個所は、前述の実施例１の場合と
同じである。

【００４０】測定結果を図８に示す。図８の縦軸は検出
した正の電荷を持つ二次イオンの強度であり、横軸は質
量数／電荷である。図８から明らかなように、ケイ素の
二次イオン（²⁸Ｓｉ⁺：質量数／電荷＝２７．９７６９
２７）の質量スペクトルと質量数が隣接する妨害元素の
二次イオン（主成分であるアルミニウムと測定室内に残
留している水素とから成る分子イオンの²⁷Ａｌ¹Ｈ⁺：質
量数／電荷＝２６．９８１５４１＋１．００７８２５＝
２７．９８９３６６）の質量スペクトルとが、分離して
検出されている。

【００４１】〔比較例２〕比較のために、実施例３と同
様の測定を従来法によって行った。実施例３と同様に比
抵抗値が１０¹⁵Ωｃｍを有するアルミナ焼結体に正の電
荷を持つ一次イオンを照射し、正の電荷を持つ二次イオ
ンを検出することにより、質量数／電荷：２７．９４〜
２８．０３における質量スペクトルを測定した。

【００４２】測定に用いた分析装置は、四重極質量分析
計を有する二次イオン質量分析装置である。この二次イ
オン質量分析装置は、試料に照射される一次イオンによ
って発生する二次イオンを数十ｋＶの引き出し電界によ
って４本の柱状電極からなる四重極質量分析計に導き、
高周波が印加された電極で二次イオンを質量分離するも
のである。この四重極質量分析計を有する二次イオン質
量分析装置は、大量の電子線照射が可能で、かつ試料表
面電位が低いため、二重収束型質量分析計を有する二次
イオン質量分析装置よりも絶縁物測定が容易であるとい
われている。

【００４３】測定結果を図９に示す。図９の縦軸は検出
した正の電荷を持つ二次イオンの強度であり、横軸は質
量数／電荷である。図９から、ケイ素の二次イオン（²⁸
Ｓｉ⁺）の質量スペクトルと質量数が隣接する妨害元素
の二次イオン（主成分であるアルミニウムと測定室内に
残留している水素とから成る分子イオン：²⁷Ａｌ¹Ｈ⁺）
の質量スペクトルとが、分離されていないことが分か
る。

【００４４】実施例３及び比較例２より、比抵抗値が１
０¹⁵Ωｃｍである絶縁性試料の分析に関して、本発明を
用いた正モードの二次イオン質量分析法によると、絶縁
物測定が容易であるとされる四重極型質量分析計を有す
る二次イオン質量分析装置よりも質量分解能が高いデー
タを取ることができることが明らかとなった。

【００４５】〔実施例４〕試料として比抵抗値が１０¹⁹
Ωｃｍである寸法１ｃｍ×１ｃｍ×１．０ｍｍの石英を
用い、２ｍｍ×２ｍｍの穴を有する試料ホルダーに装着
した。この試料に正の電荷を持つ一次イオンを照射し、
酸素及びケイ素について正の電荷を持つ二次イオンを検
出することにより深さ方向濃度分布を測定した。測定条
件及び試料上の測定箇所は、前述の実施例１の場合と同
じである。

【００４６】測定結果を図１０に示す。図１０の縦軸は
検出した正の電荷を持つ二次イオンの強度であり、横軸
は測定時間である。図中、ｈは²⁸Ｓｉ⁺のイオン強度を
示し、ｉは¹⁶Ｏ⁺のイオン強度を示す。図１０から明ら
かなように、測定時間の経過に対して二次イオンの強度
が安定して検出されており、本発明によると、正モード
の二次イオン質量分析法において比抵抗値が１０¹⁹Ωｃ
ｍである絶縁性試料を試料前処理を実施しないで帯電を
抑制しながら測定出来ることが分かる。

【００４７】〔比較例３〕比較のために、実施例４で用
いた試料を従来法によって分析した。実施例４と同様
に、比抵抗値が１０¹⁹Ωｃｍを有する石英に正の電荷を
持つ一次イオンを照射し、酸素及びケイ素について正の
電荷を持つ二次イオンを検出することにより深さ方向濃
度分布を測定した。測定条件及び試料上の測定箇所は、
二次イオン引き出し電圧を＋４．５ｋＶ、電子線発生用
フィラメント加速電圧を−４．５ｋＶとした以外は前述
の実施例１の場合と同じである。

【００４８】しかしながら、この測定では、二次イオン
の強度の安定性はおろか二次イオンが全く検出されなか
った。このことから、従来法では、正モードの二次イオ
ン質量分析法において比抵抗値が１０¹⁹Ωｃｍである絶
縁性試料を試料前処理を実施しないで測定出来ないこと
が分かる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、正モードの二次イオン
質量分析法において比抵抗値が１０¹³Ωｃｍ以上１０¹⁹
Ωｃｍ以下を有する絶縁性材料の分析について試料前処
理を実施することなく帯電を抑制しながら測定を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に用いられる二次イオン質量分析
装置の要部を示す説明図。

【図２】試料表面及び二次イオン引き出し電極の近傍で
起こっていると推測される現象のモデルを示す説明図。

【図３】試料表面に照射される二次電子の照射領域の実
測結果を示す金属顕微鏡写真。

【図４】試料表面に照射される二次電子の照射領域の実
測結果を補う金属顕微鏡写真。

【図５】本発明によるバリウムホウケイ酸ガラスの深さ
方向濃度分布測定結果を示すグラフ。

【図６】従来法によるバリウムホウケイ酸ガラスの深さ
方向濃度分布測定結果を示すグラフ。

【図７】本発明によるアルミナ焼結体中のケイ素の深さ
方向濃度分布測定結果を示すグラフ。

【図８】本発明によるアルミナ焼結体の質量分解能２５
００における質量スペクトル測定結果を示すグラフ。

【図９】四重極型質量分析計を有する二次イオン質量分
析装置によるアルミナ焼結体の質量スペクトル測定結果
を示すグラフ。

【図１０】本発明による石英の深さ方向濃度分布測定結
果を示すグラフ。

【符号の説明】

１…正の電荷を持つ一次イオン、２…試料、３…試料ホ
ルダー、４…試料押さえバネ、５…二次イオン引き出し
用電源、６…正の電荷を持つ二次イオン、７…電子線、
８…二次イオン引き出し電極、９…電子線発生用フィラ
メント、１０…電子線引き出し用電源、１１…電子線引
き出し電極、１２…電子線偏向用磁場、１３…入口スリ
ット、１４…電場領域、１５…エネルギースリット、１
６…磁場領域、１７…出口スリット、２０…一次イオン
源、２１…二重収束型質量分析計、２２…検出器、２３
…電子銃、３５…正の電荷を持つ二次イオン、３６…二
次電子、３７…電子線照射誘起導電現象によって形成さ
れる導電層、３０…正の電荷が蓄積される主な領域、３
１…負の電荷が蓄積される主な領域、３２…電荷の中
和、３４…過剰の正もしくは負の電荷の流出、３３…正
の電荷を持つ一次イオンの飛程と電子線の飛程との差、
４０…試料ホルダーの金属プレート、４１…イオンレン
ズ

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【手続補正書】

【提出日】平成９年９月１２日

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料表面に正の電荷を持つ一次イオンを
照射し、スパッタリング現象により前記試料表面から放
出され、二次イオン引き出し電極による引き出し電界に
よって加速された正の電荷を持つ二次イオンを電場でエ
ネルギー分離し、さらに磁場で質量分離して分析する二
次イオン質量分析法において、前記試料が１０¹³Ωｃｍ以上１０¹⁹Ωｃｍ以下の比抵抗
値を有する絶縁性試料であるとき、前記一次イオン照射
領域を包み込む領域に１．５〜２．５ｋｅＶの入射エネ
ルギーを有する電子線を照射することにより、前記一次
イオン照射による前記試料表面の帯電を抑制することを
特徴とする二次イオン質量分析法。
【請求項２】試料に前処理を施さないことを特徴とす
る請求項１記載の二次イオン質量分析法。
【請求項３】前記試料表面から放出される二次イオン
の一部が前記二次イオン引き出し電極の試料対向面に当
たり、それによって前記二次イオン引き出し電極から放
出される二次電子を０．５〜１．５ｋｅＶの入射エネル
ギーで前記試料表面に入射させることを特徴とする請求
項１又は２記載の二次イオン質量分析法。
【請求項４】前記二次イオン引き出し電極に対する試
料の電位を＋０．５〜＋１．５ｋＶに設定することを特
徴とする請求項１、２又は３記載の二次イオン質量分析
法。
【請求項５】前記二次イオン引き出し電極に対する試
料の電位を＋０．５〜＋１．５ｋＶに設定し、前記電子
線を発生する電子源の電子線引き出し電極に対する電位
を−０．５〜−１．５ｋＶに設定することを特徴とする
請求項１、２又は３記載の二次イオン質量分析法。
【請求項６】金属プレートを備える試料ホルダーに前
記試料を装着し、前記金属プレートからの距離が１ｍｍ
以内の試料位置に前記一次イオンを照射することを特徴
とする請求項１〜５のいずれか１項記載の二次イオン質
量分析法。