JPS63193038A - Method and apparatus for analyzing solid element - Google Patents

Method and apparatus for analyzing solid element

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JPS63193038A
JPS63193038A JP62024849A JP2484987A JPS63193038A JP S63193038 A JPS63193038 A JP S63193038A JP 62024849 A JP62024849 A JP 62024849A JP 2484987 A JP2484987 A JP 2484987A JP S63193038 A JPS63193038 A JP S63193038A
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Japan
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sample
solid
specimen
detecting
ions
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JP62024849A
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Inventor
Toshimichi Ito
伊藤 利通
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

PURPOSE:To measure impurities of several ppm without requiring high vacuum, by irradiating a solid specimen with ions to generated secondary luminescence and detecting the timewise changes in the intensities of the spectrum pattern thereof and a specific spectrum. CONSTITUTION:For example, a turbo pump 12 of which the ultimate vacuum degree is 10<-6>-10<-7>Torr is provided to a vacuum chamber 10 equipped with a solid specimen M. Next, when the specimen M is irradiated with ion beam such as H<+> in energy of about 10-200KeV from an ion acclerator 22, secondary luminescence is emitted. Hereupon, a spectral path 34 and a luminous intensity detector 38 separate all of the spectra of the secondary luminescence emitted at a certain moment and detect the luminous intensities thereof to detect the contained in the specimen M. A specific spectrum is separated and, by detecting the quantity of light over a long time, the specimen M is sputtered in the depth direction of the specimen M almost in proportion to an irradiation time and, therefore, by detecting the timewise change in the intensity of the specific spec trum, the compositional components of the specimen in the depth direction thereof can be known.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、固体の元素を分析する方法と装置に関し、特
に、基板上に形成された薄膜の深さ方向の元素の分析、
および、基板と薄膜の界面の元素の分析に適した方法と
装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method and apparatus for analyzing elements in a solid, and in particular to analyzing elements in the depth direction of a thin film formed on a substrate.
The present invention also relates to a method and apparatus suitable for analyzing elements at the interface between a substrate and a thin film.

[従来の技術] 従来、固体の元素分析、特に、fl膜の深さ方向の元素
分析としては、2次イオン質量分析法(以下、SIMS
と略記する。)が知られている。
[Prior Art] Traditionally, secondary ion mass spectrometry (hereinafter referred to as SIMS) has been used for elemental analysis of solids, particularly for elemental analysis in the depth direction of fl films.
It is abbreviated as )It has been known.

このSIMSは1通常、頁数eVから25KeV程度の
1次イオンを試料固体に照射することにより、試料表面
から2次的にスパッタされる試料原子の2次イオンを直
接質量分析するものである。このSIMSには、1次イ
オン電流密度が高く、スパッタ速度が速く、エツチング
によって表面が時々刻々変化している状態で分析する方
法と、1次イオン電流密度とスパッタ速度とを極端に減
少させ、スパッタを極力抑え、試料表面層の破壊が無視
できる状態で分析を行なう方法とがある。
This SIMS is usually used to irradiate a sample solid with primary ions of about 25 KeV from eV to directly perform mass spectrometry on secondary ions of sample atoms that are secondarily sputtered from the sample surface. This SIMS has a method in which the primary ion current density is high, the sputtering rate is high, and the surface is constantly changing due to etching, and a method in which the primary ion current density and sputtering rate are extremely reduced. There is a method in which spatter is suppressed as much as possible and analysis is performed in a state where destruction of the sample surface layer can be ignored.

前者の分析法は、試料の極微量分析および深さ方向分析
に利用される。一方、後者は、元素分析の他、分子イオ
ンやそのフラグメントイオンを検出し、表面の分子元素
の分析に利用され・る。
The former analysis method is used for ultra-trace analysis and depth direction analysis of samples. On the other hand, the latter is used to detect molecular ions and their fragment ions in addition to elemental analysis, and to analyze molecular elements on the surface.

[解決すべき問題点] ところで、前者の分析法では、試料表面がエツチング現
象により破壊されるという問題点があり、非破壊分析に
は適していない。
[Problems to be Solved] Incidentally, the former analysis method has the problem that the sample surface is destroyed by the etching phenomenon, and is not suitable for non-destructive analysis.

一方、後者は、上述したように、試料表面の破壊が無視
できる程度であるから非破壊分析が可能である。しかし
、スパッタ速度が低いので、試料チャンバー中の残留ガ
スの影響を大きく受けやすい・そのため、1O−9To
rr以下の高真空度が要求されるという問題がある。
On the other hand, in the latter case, as mentioned above, the destruction of the sample surface is negligible, so non-destructive analysis is possible. However, since the sputtering speed is low, it is easily affected by residual gas in the sample chamber.
There is a problem in that a high degree of vacuum below rr is required.

また、後者は、試料表面から放出される2次イオンが少
ないので、試料中の不純物の定量が1100pp程度し
か測定できなかった。
In addition, in the latter case, since there were few secondary ions released from the sample surface, the amount of impurities in the sample could only be measured at about 1100 pp.

本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、 
10 〜10  Torr程度の真空度でよく、極端な
高真空を要求されることなく、また、数pp■の不純物
も測定できる固体元素分析方法およびその装置を提供す
ることを目的とする。
The present invention was made to solve the above problems, and
It is an object of the present invention to provide a solid state elemental analysis method and an apparatus therefor, which requires only a degree of vacuum of about 10 to 10 Torr, does not require an extremely high vacuum, and is capable of measuring impurities of several ppm.

[問題点の解決手段] 本発明は、真空チャンバー内に被照射物として配置され
た試料固体に外部よりエネルギを照射し、該被照射物か
ら放出される光子を高感度に検出することにより固体の
元素を分析する方法およびその装置に関する。
[Means for solving the problem] The present invention irradiates energy from the outside to a sample solid placed as an object to be irradiated in a vacuum chamber, and detects photons emitted from the object with high sensitivity. The present invention relates to a method and apparatus for analyzing elements.

本発明の方法は、固体元素分析方法における問題点の解
決手段として、試料固体に、 1OKeV以上のエネル
ギを有するイオンを照射して2次ルミネッセンスを発生
させ、該ルミネッセンスのスペクトルパターンおよび/
または該ルミネッセンスの特定スペクトルの強度の時間
変化を検出して固体の元素を分析することを特徴とする
固体元素分析方法を開示する。
The method of the present invention aims to solve the problems in solid-state elemental analysis methods by irradiating a solid sample with ions having an energy of 1 OKeV or more to generate secondary luminescence, and then determining the spectral pattern and/or
Alternatively, a solid-state elemental analysis method is disclosed, which is characterized in that the elements of a solid are analyzed by detecting changes over time in the intensity of a specific spectrum of the luminescence.

なお、外部より照射するエネルギとしては、イオンのほ
か、電子あるいはレーザー等があり、また、検出光子と
してはアトミックスペクトル等もある。
In addition to ions, energy irradiated from the outside includes electrons, lasers, and the like, and detection photons include atomic spectra and the like.

さらに、本発明の方法を具体的に開示すると(1)〜(
5)のようになる、ただし1本発明の方法はこれに限定
されるものではない。
Furthermore, to specifically disclose the method of the present invention, (1) to (
5), however, the method of the present invention is not limited to this.

(1)真空チャンバー内に被照射物として配置された試
料固体にイオンを照射し、該被照射物から放出される2
次放射により固体の元素を分析する方法において、試料
固体に、10KeV以上のエネルギを有するイオンを照
射して2次ルミネッセンスを発生させ、該ルミネッセン
スのスペクトルパターンおよび/または該ルミネッセン
スの特定スペクトルの強度の時間変化を検出して固体の
元素を分析する固体元素分析方法。
(1) A sample solid placed as an irradiated object in a vacuum chamber is irradiated with ions, and ions are released from the irradiated object.
In a method of analyzing elements in a solid by secondary radiation, a sample solid is irradiated with ions having an energy of 10 KeV or more to generate secondary luminescence, and the spectral pattern of the luminescence and/or the intensity of a specific spectrum of the luminescence are A solid-state elemental analysis method that analyzes elements in solids by detecting changes over time.

(2)基板上に形成した薄膜を試料固体とする上記(1
)記載の固体元素分析方法。
(2) The above (1) using a thin film formed on a substrate as a sample solid
) solid state elemental analysis method described.

(3)試料固体に照射するイオンが、H” 、 He”
 、 Ar’である上記(1)または(2)記載の固体
元素分析方法。
(3) The ions that irradiate the sample solid are H", He"
, Ar', the solid elemental analysis method according to (1) or (2) above.

(4)真空度が、1O−6Torr以下である上記(1
)または(2)記載の固体元素分析方法。
(4) The degree of vacuum is 1O-6 Torr or less (1)
) or the solid-state elemental analysis method described in (2).

(5)試料固体に照射するイオンが、 H”、He”、
At’であり、真空度が、10−’Torr以下である
上記(1)または(2)記載の固体元素分析方法。
(5) The ions that irradiate the sample solid are H", He",
The method for solid elemental analysis according to (1) or (2) above, wherein the solid state is At' and the degree of vacuum is 10-' Torr or less.

また、本発明は、固体元素分析方法を実現するための装
置として、真空チャンバー内の試料固体にエネルギーを
照射する照射手段と、上記エネルギ照射により放射され
る光子のスペクトルパターンを検出する手段、および/
または該光子の特定スペクトルの強度の時間変化を検出
する手段とを備えた固体元素分析装置を開示する。
The present invention also provides an apparatus for realizing a solid-state elemental analysis method, which includes: irradiation means for irradiating energy to a sample solid in a vacuum chamber; means for detecting a spectral pattern of photons emitted by the energy irradiation; /
The present invention also discloses a solid-state elemental analyzer equipped with a means for detecting a time change in the intensity of a specific spectrum of photons.

さらに、本発明の装置を具体的に開示すると(1)およ
び(2)のようになる、ただし、本発明の装こはこれに
限定されるものではない。
Furthermore, the device of the present invention is specifically disclosed as shown in (1) and (2), however, the device of the present invention is not limited to this.

(1)真空チャンバー内に被照射物として配置された試
料固体にイオンを照射し、該被照射物から放出される2
次放射により固体の元素を分析する装置において、真空
チャンバー内の試料固体に、l。
(1) A sample solid placed as an irradiated object in a vacuum chamber is irradiated with ions, and ions are released from the irradiated object.
In an apparatus for analyzing elements in a solid by radiation, a sample solid in a vacuum chamber is exposed to l.

KeV以上のエネルギを有するイオンを照射するイオン
照射手段と、上記イオン照射により放射される2次ルミ
ネッセンスのスペクトルパターンを検出する手段および
/または該ルミネッセンスの特定スペクトルの強度の時
間変化を検出する手段とを備えて構成する固体元素分析
装置。
ion irradiation means for irradiating with ions having energy equal to or higher than KeV; means for detecting a spectral pattern of secondary luminescence emitted by the ion irradiation; and/or means for detecting temporal changes in the intensity of a specific spectrum of the luminescence. A solid-state elemental analyzer consisting of:

(2)上記イオン照射手段と上記真空チャンバーとの間
に開閉器を有する上記(1)記載の固体元素分折装置。
(2) The solid-state elemental spectrometer according to (1) above, further comprising a switch between the ion irradiation means and the vacuum chamber.

、上記本発明は、試料として適宜の固体を選定すること
ができるが、基板上に形成した薄膜の元素分析に適用し
て好適である。
Although the present invention described above can select an appropriate solid as a sample, it is suitable for application to elemental analysis of a thin film formed on a substrate.

試料固体に照射するエネルギとしては、イオン、電子、
レーザ等があり、イオンの場合は、試料と化学反応を起
さない原子のイオンが選定され、好ましくは、H′″、
He’、Ar”とする、なお、固体の内部分析にはイオ
ン、レーザ等の照射が適し。
The energy irradiated to the sample solid includes ions, electrons,
There are lasers, etc., and in the case of ions, ions of atoms that do not cause a chemical reaction with the sample are selected, preferably H''',
He', Ar''. Note that ion, laser, etc. irradiation is suitable for internal analysis of solids.

固定表面の分析には電子照射が適している。Electron irradiation is suitable for analysis of fixed surfaces.

また、真空・チャンバーの真空度は、 1G−6Tor
r以下とする。
In addition, the vacuum degree of the vacuum chamber is 1G-6Tor.
r or less.

[作用] 本発明は、真空チャンバー内の試料固体、に、10Ke
V以上のエネルギを照射することにより、該運動エネル
ギが試料固体に与えられ、i該試料固体を形成する原子
に属する電子が励起状態となる。この電子が低いエネル
ギ状態に遷移するとき発光する。すなわち、2次ルミネ
ッセンスを放射する。
[Function] The present invention provides a sample solid in a vacuum chamber with 10Ke
By irradiating with energy equal to or higher than V, the kinetic energy is imparted to the sample solid, and electrons belonging to atoms forming the sample solid become excited. Light is emitted when these electrons transition to a lower energy state. That is, it emits secondary luminescence.

この2次ルミネッセンスは、原子により固有のスペクト
ルパターンとなるので、このパターンを検出することに
より、当該試料に含まれる原子を知ることができる。ま
た、各原子のスペクトルパターンにおける特定スペクト
ルの相対強度比により、当該原子の含有量を知ることが
できる。
This secondary luminescence has a spectral pattern unique to each atom, so by detecting this pattern, it is possible to know the atoms contained in the sample. Furthermore, the content of each atom can be determined from the relative intensity ratio of a specific spectrum in the spectral pattern of each atom.

さらに、エネルギの照射時間を長くすると、照射時間に
ほぼ比例して、試料固体の深さ方向に試料がスパッタさ
れ、試料固体の深い位置にある原子が励起されて、この
位置から2次ルミネッセンスが放射される。したがって
、エネルギを長時間放射して、各原子のスペクトルパタ
ーンにおける特定スペクトルの強度の時間変化を検出す
ることにより、試料固体の深さ方向の組成元素を知るこ
とができる。
Furthermore, when the energy irradiation time is increased, the sample is sputtered in the depth direction of the sample solid almost in proportion to the irradiation time, atoms deep in the sample solid are excited, and secondary luminescence is generated from this position. radiated. Therefore, by emitting energy for a long time and detecting the time change in the intensity of a specific spectrum in the spectral pattern of each atom, it is possible to know the compositional elements in the depth direction of the sample solid.

ところで、上記従来の5INSでは、スパッタリング′
により飛び出した原子のみが測定対象となる。
By the way, in the conventional 5INS mentioned above, sputtering '
Only the atoms that are ejected by this method are subject to measurement.

そのため、飛び出さずに残った原子については、測定に
かからない、しかも、スパッタされる原子が少ない場合
、観測された原子にばらつきが多くなるため、分解能が
低くなっていた。
Therefore, the remaining atoms that did not fly out are not included in the measurement, and if there are few sputtered atoms, the observed atoms will vary widely, resulting in low resolution.

これに対し、本発明では、2次ルミネッセンスを測定す
るため、スパッタリングにより飛び出した原子のみなら
ず、飛び出さずに残った原子についても、ルミネッセン
スを発する限り測定にかかることとなる。したがって、
スパッタリングレイトが低くても、観測にばらつきを生
じないので。
On the other hand, in the present invention, since secondary luminescence is measured, it is necessary to measure not only atoms ejected by sputtering but also atoms remaining without ejecting as long as they emit luminescence. therefore,
Even if the sputtering rate is low, there will be no variation in observation.

数pp■の高分解能、すなわち高感度検出が実現できる
High resolution of several pp.2, that is, high sensitivity detection can be achieved.

なお、光子としてルミネッセンスを検出すると高感度検
出しやすくなるが、アトミックスペクトルを検出して分
析しても本発明の実施は可能である。
Note that, although detecting luminescence as photons facilitates high-sensitivity detection, it is also possible to implement the present invention by detecting and analyzing an atomic spectrum.

[実施例] 本発明の実施例について、図面を参照して説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図に、本発明固体元素分析装置の一実施例を示す。FIG. 1 shows an embodiment of the solid-state elemental analyzer of the present invention.

本実施例の固体元素分析装置は、試料Mを保持する試料
台14を内部に備えた真空チャンバー10を有し、この
真空チャンバー10を中心として、試料固体に1OKe
V以上のエネルギを有するイオンを照射するイオン照射
手段と、2次ルミネッセンスのスペクトルパターンを検
出する手段および該ルミネッセンスの特定スペクトルの
強度の時間変化を検出する手段とを備えて構成される。
The solid-state elemental analyzer of this embodiment has a vacuum chamber 10 that is equipped with a sample stage 14 for holding a sample M.
The device is configured to include an ion irradiation means for irradiating ions having an energy of V or more, a means for detecting a spectrum pattern of secondary luminescence, and a means for detecting a temporal change in the intensity of a specific spectrum of the luminescence.

上記真空チャンバーlOには、到達真空度10−6〜1
0−’Torrのターボポンプ12と、上記試料台14
に連結されて試料の方位を調節するゴニオメータ1Bと
、試料を低温に保持するクライオスタット18とが設け
られている。また、この真空チャンバー10には、上記
試料台14の正面を臨んでイオン導入部20が設けであ
る。
The vacuum chamber IO has an ultimate vacuum level of 10-6 to 1
0-'Torr turbo pump 12 and the sample stage 14
A goniometer 1B is connected to adjust the orientation of the sample, and a cryostat 18 is provided to keep the sample at a low temperature. Further, this vacuum chamber 10 is provided with an ion introduction section 20 facing the front of the sample stage 14.

上記クライオスタット18は、10°に〜300°にの
範囲で温度を設定できる。このクライオスタット18は
省略できるが、これを設けることにより、電子の振動が
少なくなり、不純な動きがない。
The cryostat 18 can set the temperature in the range of 10° to 300°. This cryostat 18 can be omitted, but by providing it, the vibration of electrons is reduced and there is no impurity movement.

上記イオン導入部20の先端には、イオン加速器22が
設けてあり、中間部には、開閉器2Bが設けである。
An ion accelerator 22 is provided at the tip of the ion introduction section 20, and a switch 2B is provided at the intermediate portion.

イオン加速器22は、10〜200KeVのエネルギで
H” 、 He” 、 Ar”等のイオンをビーム状に
射出し、イオン導入部20を介して試料Mに照射する。
The ion accelerator 22 emits ions such as H", He", Ar", etc. in a beam shape with an energy of 10 to 200 KeV, and irradiates the sample M through the ion introduction section 20.

このイオン加速器22としては、イオン注入用加速器を
使用することもできる。
As this ion accelerator 22, an ion implantation accelerator can also be used.

開閉器26は、測定時は開としてイオンを通し、停止時
には閉としてイオンを通さない、イオン加速器22およ
び開閉器26には、コントローラ28が接続してあり、
両者の同期制御を行なっている。また、イオン加速器2
2には電源24が接続しである。
A controller 28 is connected to the ion accelerator 22 and the switch 26. The switch 26 is open to allow ions to pass during measurement, and is closed to prevent ions from passing when stopped.
Both are controlled synchronously. In addition, ion accelerator 2
2 is connected to a power source 24.

これらが、イオン照射手段として機能する。These function as ion irradiation means.

また、イオン照射手段の一部として、上記イオン導入部
20の基端には、電子レンズ30が設けてあり、イオン
ビームを絞って、試料Mの特定領域に集中させる。また
、真空チャンバー10内の試料直前の位置には、スリッ
ト32が配置してあり、散乱イオン等が試料に照射され
ることを防いでいる。
Further, as part of the ion irradiation means, an electron lens 30 is provided at the base end of the ion introduction section 20, and the ion beam is narrowed down and concentrated on a specific region of the sample M. Further, a slit 32 is arranged at a position immediately in front of the sample in the vacuum chamber 10 to prevent scattered ions and the like from being irradiated onto the sample.

次に、2次ルミネッセンスのスペクトルパターンを検出
する手段および該ルミネッセンスの特定スペクトルの強
度の時間変化を検出する手段として、分光器34と光強
度検出器3Bとを備えている。
Next, a spectroscope 34 and a light intensity detector 3B are provided as means for detecting the spectral pattern of secondary luminescence and means for detecting time changes in the intensity of a specific spectrum of the luminescence.

分光器34は、例えば、回折格子を備え、試料Mから放
射される2次ルミネッセンスのスペクトルを波長毎に分
離する。光強度検出器36は、例えば、7オトカウンタ
、光電子増倍管、イメージインテンシファイヤ等からな
り1分光された各波長毎の光強度を検出する。
The spectrometer 34 includes, for example, a diffraction grating, and separates the spectrum of secondary luminescence emitted from the sample M into wavelengths. The light intensity detector 36 is composed of, for example, a 7-oto counter, a photomultiplier tube, an image intensifier, etc., and detects the light intensity of each wavelength divided into one wavelength.

L配分光器34と光強度検出器3Bとは、ある瞬時に射
出される2次ルミネッセンスの全スペクトルを分離し、
これらのスペクトルについて、光強度を検出することに
より、2次ルミネッセンスのスペクトルパターンを検出
する手段として機能する。一方、これらは、2次ルミネ
ッセンスの特定スペクトルを分離し、これらのスペクト
ルについて、長時間にわたって光量を検出することによ
り、ルミネッセンスの特定スペクトルの強度の時間変化
を検出する手段として機能する。
The L distribution light device 34 and the light intensity detector 3B separate the entire spectrum of secondary luminescence emitted at a certain moment,
By detecting the light intensity of these spectra, it functions as a means for detecting the spectral pattern of secondary luminescence. On the other hand, these devices function as means for detecting temporal changes in the intensity of the specific spectrum of luminescence by separating specific spectra of secondary luminescence and detecting the light intensity of these spectra over a long period of time.

なお、本実施例では、 [(e−Cdレーザー放射器3
8を備えている。これは、レーザー光を試料Mに照射し
、これにより生ずる2次ルミネッセンスを検出して試料
表面の元素分析を行なう、この場合、定量はできないが
、試料表面を全く損傷せずに、構成元素の分析を行なう
ことができるので、確認用に、また、予備用に使用する
ことができる。
In addition, in this example, [(e-Cd laser emitter 3
It is equipped with 8. This method involves irradiating the sample M with laser light and detecting the resulting secondary luminescence to perform elemental analysis on the sample surface. Although quantitative analysis is not possible in this case, the constituent elements can be analyzed without damaging the sample surface at all. Since it can be analyzed, it can be used for confirmation or preliminary purposes.

次に、上記のように構成された装置を用いた本発明方法
について説明する。
Next, a method of the present invention using the apparatus configured as described above will be explained.

先ず、試料台14に試料Mを載置して、真空チャンバー
lOを密閉し、ターボポンプ12により該チャンバー1
0内を真空にする。そして、ゴニオメータ1Bにより当
該試料Mを所定の方位・にする、また、クライオスタッ
ト18により、試料Mを目的の温度に冷却する。
First, the sample M is placed on the sample stage 14, the vacuum chamber IO is sealed, and the turbo pump 12 is used to pump the chamber 1.
Create a vacuum inside 0. Then, the sample M is oriented in a predetermined direction using the goniometer 1B, and the sample M is cooled to a desired temperature using the cryostat 18.

チャンバー10内が目的の真空度10−6〜10−’T
orrに達すると、先ず、He−Cdレーザー放射器3
8により、レーザー光を試料Mに照射し、これにより生
ずる2次ルミネッセンスから分光器34および光強度検
出器36によりスペクトルパターンを検出して試料表面
の元素分析を行なう、これにより、当該試料から得られ
るであろうスペクトルパターンを予め知っておくことが
できる。
The desired degree of vacuum inside the chamber 10 is 10-6 to 10-'T.
When it reaches orr, first, the He-Cd laser emitter 3
8, a laser beam is irradiated onto the sample M, and a spectral pattern is detected from the resulting secondary luminescence using a spectrometer 34 and a light intensity detector 36 to perform elemental analysis on the sample surface. It is possible to know in advance the spectral pattern that will be displayed.

もっとも、この手順は、省略してもよい、また、後述す
る手順終了後に確認のため実行してもよい。
However, this procedure may be omitted, or may be executed for confirmation after completing the procedure described later.

次に、イオン加速器22を起動し、10KeV 、好ま
しくは、15〜50KeVのエネルギで、H’、He’
、Ar’等のイオンをビーム状に射出し、イオン導入部
20を介して試料Mに照射するようにしておく、ついで
、コントローラ2Bにより開閉器26が開放されると同
時に、イオン加速器22からイオンが放射される0本実
施例では、Ar’のイオンを20KeVのエネルギで、
かつ、5 gAのイオン電流で放射する。
Next, the ion accelerator 22 is started, and H', He'
, Ar', etc. are ejected in a beam shape and irradiated onto the sample M through the ion introduction section 20. Then, at the same time as the switch 26 is opened by the controller 2B, ions are injected from the ion accelerator 22. In this example, Ar' ions are emitted with an energy of 20 KeV,
and emits with an ionic current of 5 gA.

放射されたイオンは、開閉器2Bを通り、電子レンズ3
0により絞られ、スリット32を通過して、目的の試料
Mの表面に到達する。ここで、イオンは、上述したよう
に、エネルギを試料原子に与え、このエネルギにより、
該原子に属する電子が励起され、それが低エネルギ状態
に遷移する際に、2次ルミネッセンスを発生する。
The emitted ions pass through the switch 2B and enter the electron lens 3.
0, passes through the slit 32, and reaches the surface of the target sample M. Here, as mentioned above, the ions give energy to the sample atoms, and with this energy,
When the electrons belonging to the atoms are excited and transition to a lower energy state, secondary luminescence is generated.

試料Mから放射されるルミネッセンスは、その一部が分
光器34に入射する0分光器34では、回折格子を回動
させる等の手段により、予め設定した波長範囲について
、上記入射したルミネッセンスを分光して、スペクトル
に分離する。これと同時に、光強度検出器3Bでは、上
記分光器34の分光に対応して、該分光出力の光強度を
検出する。光強度は、例えば、光量を計測することによ
り検出される。
A part of the luminescence emitted from the sample M enters the spectroscope 34.The spectrometer 34 spectrally spectra the incident luminescence in a preset wavelength range by rotating a diffraction grating or the like. and separate it into spectra. At the same time, the light intensity detector 3B detects the light intensity of the spectral output corresponding to the spectral output from the spectroscope 34. The light intensity is detected, for example, by measuring the amount of light.

第2図にこの結果を示す、同図に示す例は、膜厚3.2
終腸のSi:Hの化合物な試料としたものである。横軸
に波長(nm) 、縦軸に光強度(任意尺度)を示す。
The results are shown in Figure 2.The example shown in Figure 2 has a film thickness of 3.2
The sample was a Si:H compound in the end intestine. The horizontal axis shows wavelength (nm), and the vertical axis shows light intensity (arbitrary scale).

同図には、例えば、2882人にSiを表わす代表的な
スペクトル線が表れている。また、 85$3λにHを
表わす代表的なスペクトル線が表れている。
The figure shows, for example, 2882 typical spectral lines representing Si. Furthermore, a typical spectral line representing H appears at 85$3λ.

次に、イオンを長時間連続的に照射した場合の2次ルミ
ネッセンスにおける特定スペクトルの時間変化を第3図
に示す、同図において、横軸にイオン照射時間(分)、
縦軸に光強度(任意尺度)を示す。
Next, Figure 3 shows the time change of a specific spectrum in secondary luminescence when ions are continuously irradiated for a long time. In the figure, the horizontal axis shows the ion irradiation time (minutes);
The vertical axis shows light intensity (arbitrary scale).

イオンの照射時間を長くすると、照射時間にほぼ比例し
て、試料Mの深さ方向に試料がスパッタされ、試料Mの
深い位置にある原子が励起されて、この位置から2次ル
ミネッセンスが放射される。したがって、イオンを長時
間放射して、各原子のスペクトルパターンにおける特定
スペクトルの強度の時間変化を検出することにより、試
料固体の深さ方向の組成元素を知ることができる。
When the ion irradiation time is increased, the sample is sputtered in the depth direction of the sample M in approximately proportion to the irradiation time, atoms deep in the sample M are excited, and secondary luminescence is emitted from this position. Ru. Therefore, by emitting ions for a long time and detecting the time change in the intensity of a specific spectrum in the spectral pattern of each atom, it is possible to know the compositional elements in the depth direction of the sample solid.

第3図の例は、2882A (Si)と、8563A 
(H)と、5890A (Na)とについて、上記の観
察を行なった結果である。なお、この時の、スパッタリ
ングレイトは、320 A / 5hinであった。
The example in Figure 3 is 2882A (Si) and 8563A
These are the results of the above observations regarding (H) and 5890A (Na). Note that the sputtering rate at this time was 320 A/5 h.

同図から分かるように、SiとHとは、ある照射時間、
すなわち、あるスパッタリング深さに達するまでは、各
々はぼ一定の光強度が保持されている。一方、Naは、
ある照射時間帯、すなわち、あるスパッタリング深さに
おいて増加している。この増加のピーク位置が、試料M
の基板とS膜の界面である。
As can be seen from the figure, Si and H have a certain irradiation time,
That is, each light intensity is maintained approximately constant until a certain sputtering depth is reached. On the other hand, Na is
It increases at a certain irradiation time period, that is, at a certain sputtering depth. The peak position of this increase is the sample M
This is the interface between the substrate and the S film.

このことから、試料Mの薄膜は1表面から基板面まで、
はぼ一定の元素組成となっていることが分かる。また、
界面近傍において、基板からのNaの汚染を受けている
ことが分かる。
From this, it can be seen that the thin film of sample M is
It can be seen that the elemental composition is almost constant. Also,
It can be seen that Na contamination from the substrate occurs near the interface.

このように、上記第2図および第3図に示す観測データ
を得ることにより、試料の組成について種々の情報が得
られる。したがって、例えば、第2図において、検量線
を作成しておけば、第3図と組合せることにより、試料
の一定の深さにおける詳細な組成分析が可能となる。
In this way, by obtaining the observation data shown in FIGS. 2 and 3 above, various information about the composition of the sample can be obtained. Therefore, for example, if a calibration curve is created in FIG. 2, by combining it with FIG. 3, detailed compositional analysis at a certain depth of the sample becomes possible.

上記実施例では、2次ルミネッセンスのスペクトルパタ
ーンを検出する手段および該ルミネッセンスの特定スペ
クトルの強度の時間変化を検出する手段を備えているが
、試料表面の元素分析のみを行なう場合には、前者のみ
でよい、また、試料の深さ方向の組成分析を行なう場合
には、後者のみでよい、もっとも1本発明では、両者を
備えることが好ましい。
The above embodiment is equipped with a means for detecting the spectral pattern of secondary luminescence and a means for detecting the temporal change in the intensity of a specific spectrum of the luminescence. However, when performing only elemental analysis of the sample surface, only the former is provided. Furthermore, when performing composition analysis in the depth direction of the sample, only the latter is sufficient; however, in the present invention, it is preferable to have both.

、  [発明の効果] 以上説明したように本発明は、10 〜1G  Tar
r程度の真空度でよく、極端な高真空を要求されること
なく、また、スパッタリングレイトが低くても、観測に
ばらつきを生じないので、数pp腸の高分解能を実現で
きる効果がある。
, [Effects of the Invention] As explained above, the present invention provides
The degree of vacuum required is approximately r, and an extremely high vacuum is not required.Also, even if the sputtering rate is low, there will be no variation in observation, so it is effective to achieve a high resolution of several ppm.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の固体元素分析方法を実施するための装
置であり、また1本発明の固体元素分析装21f>実施
例でもある装置の一例を示すブロック図、第2図は入射
したルミネッセンスの分光出力結果を示すグラフ、第3
図はイオンを長時間連続的に照射した場合の2次ルミネ
ッセンスにおける特定スペクトルの時間変化を示すグラ
フである。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an apparatus for implementing the solid-state element analysis method of the present invention, and is also an embodiment of the solid-state element analyzer 21f of the present invention, and FIG. Graph showing the spectral output results of 3rd
The figure is a graph showing temporal changes in a specific spectrum in secondary luminescence when ions are continuously irradiated for a long time.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)真空チャンバー内に被照射物として配置された試
料固体に、外部よりエネルギを照射し、上記被照射物か
ら放出される光子を高感度検出して固体の元素分析を行
なうことを特徴とした固体元素分析方法。
(1) A solid sample placed as an object to be irradiated in a vacuum chamber is irradiated with energy from the outside, and photons emitted from the object are detected with high sensitivity to perform elemental analysis of the solid. solid state elemental analysis method.
(2)真空チャバー内の試料固体に外部よりエネルギを
照射する手段と、このエネルギ照射により放射される光
子のスペクトルパターンを検出する手段、および/また
は該光子の特定スペクトルの強度の時間変化を検出する
手段とを備えたことを特徴とする固体元素分析装置。
(2) A means for externally irradiating a sample solid in a vacuum chamber with energy, a means for detecting a spectral pattern of photons emitted by this energy irradiation, and/or a means for detecting temporal changes in the intensity of a specific spectrum of the photons. A solid-state elemental analyzer characterized by comprising means for:
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