JPS63304560A - スパッタ中性粒子質量分析装置 - Google Patents
スパッタ中性粒子質量分析装置Info
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- JPS63304560A JPS63304560A JP62141165A JP14116587A JPS63304560A JP S63304560 A JPS63304560 A JP S63304560A JP 62141165 A JP62141165 A JP 62141165A JP 14116587 A JP14116587 A JP 14116587A JP S63304560 A JPS63304560 A JP S63304560A
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Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、固体、液体表面の元素組成及び状態分析を行
うための装置に関するものであり、特に深さ方向分析に
好適なスパッタ中性粒子質量分析装置に関する。
うための装置に関するものであり、特に深さ方向分析に
好適なスパッタ中性粒子質量分析装置に関する。
（従来の技術）
従来、スパッタエツチングを利用した固体表面の深さ方
向分析にはイオン源から引き出されたＱ、５ＫｅＶ〜数
１ＱＫｅＶのエネルギーをもつイオンビームが利用され
ていて、そのイオンビーム電流密度はたかだか数ＩＱｍ
Ａ／ｃｎｆである。また、スパックされる中性粒子とイ
オンのうち、イオンのみを利用している。
向分析にはイオン源から引き出されたＱ、５ＫｅＶ〜数
１ＱＫｅＶのエネルギーをもつイオンビームが利用され
ていて、そのイオンビーム電流密度はたかだか数ＩＱｍ
Ａ／ｃｎｆである。また、スパックされる中性粒子とイ
オンのうち、イオンのみを利用している。
（発明が解決しようとする問題点）
従来の方法では大別して次の４つの問題点が存在する。
■） 従来の様に高いエネルギーのイオンは■複数元素
の材料構成原子に対し、それらの混合、偏析、拡散、そ
して材料に対する表面粗れ等を、また単体材料に対し、
表面粗れ等を誘起する、■結晶性材料ならば非晶質化す
る等、分析試料に必要以上の破壊をもたらす。この結果
真の深さ方向元素組成分布が歪曲されてしまう。特に多
層薄膜材料の分析時にはこの影響が著しい。
の材料構成原子に対し、それらの混合、偏析、拡散、そ
して材料に対する表面粗れ等を、また単体材料に対し、
表面粗れ等を誘起する、■結晶性材料ならば非晶質化す
る等、分析試料に必要以上の破壊をもたらす。この結果
真の深さ方向元素組成分布が歪曲されてしまう。特に多
層薄膜材料の分析時にはこの影響が著しい。
したがって、このような場合深さ方向の分析分解能が低
下してしまう。
下してしまう。
２） 試料からスパッタされる粒子数は、試料に入射す
るイオンのエネルギー及びイオン数の増加に伴い、増加
する。従来のイオン源で（１）の問題点を抑制する目的
でイオンエネルギーを下げることも可能であるが、同時
にイオン電流も減少し、結果的に検出感度の低下及び分
析時間の著しい増加をもたらす。
るイオンのエネルギー及びイオン数の増加に伴い、増加
する。従来のイオン源で（１）の問題点を抑制する目的
でイオンエネルギーを下げることも可能であるが、同時
にイオン電流も減少し、結果的に検出感度の低下及び分
析時間の著しい増加をもたらす。
３） スパッタリングで発生する２次イオンは残りの中
性粒子に対して１／１００〜１／１００００と極めて小
さい。
性粒子に対して１／１００〜１／１００００と極めて小
さい。
４）２次イオンの発生機構は、仮にスパッタリング条件
を一定にしても、分析試料のもつ様々な特性によって大
きく変化し、マトリックス効果により検出される２次イ
オン量と試料の真の元素組成との対応関係が崩れる。こ
の結果感度と定量分析の精度は著しく劣下する。
を一定にしても、分析試料のもつ様々な特性によって大
きく変化し、マトリックス効果により検出される２次イ
オン量と試料の真の元素組成との対応関係が崩れる。こ
の結果感度と定量分析の精度は著しく劣下する。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであっ
て、 電子ビーム励起により作られたプラズマを閉じ込めるプ
ラズマ室、 前記プラズマを構成するイオンの衝突を受ける試料を保
持する試料ホルダー、および イオンの衝突により試料からスパッタされた中性粒子の
内、前記プラズマによりイオン化された粒子の質量及び
個数を分析する分析手段から構成されることを特徴とす
る。
て、 電子ビーム励起により作られたプラズマを閉じ込めるプ
ラズマ室、 前記プラズマを構成するイオンの衝突を受ける試料を保
持する試料ホルダー、および イオンの衝突により試料からスパッタされた中性粒子の
内、前記プラズマによりイオン化された粒子の質量及び
個数を分析する分析手段から構成されることを特徴とす
る。
（作 用）
本発明においては、電子ビーム励起により高密度プラズ
マを作り出しているので、このプラズマから供給される
低エネルギー大電流イオンによって分析試料をスパッタ
エツチングすることができる。この、スパックにより試
料から放出された中性粒子は高エネルギー高密度電子に
よってイオン化される。このイオン化されたスパッタ中
性粒子の質量および個数が分析手段により検出される。
マを作り出しているので、このプラズマから供給される
低エネルギー大電流イオンによって分析試料をスパッタ
エツチングすることができる。この、スパックにより試
料から放出された中性粒子は高エネルギー高密度電子に
よってイオン化される。このイオン化されたスパッタ中
性粒子の質量および個数が分析手段により検出される。
（発明の効果）
低エネルギーイオンの利用により材料構成原子の混合、
偏析、あるいは結晶の非晶質化等の問題が最小限に抑制
され、深さ方向の分析分解能が単原子層レベルに向上す
る。一方、低エネルギーイオン利用によりスパッタされ
る量が減少するが、数１００ｍＡ／ａｎｔＯ大電流イオ
ンにより、この点が解消され、検出感度の向上、分析時
間の大巾な短縮が可能となる。さらに、スパッタ粒子の
大部分を占める中性粒子をプラズマ中でイオン化するこ
とにより、感度が向上するばかりでなく、スパッタリン
グとイオン化の生じる機構を分離したので、定量分析の
精度も著しく向上する。
偏析、あるいは結晶の非晶質化等の問題が最小限に抑制
され、深さ方向の分析分解能が単原子層レベルに向上す
る。一方、低エネルギーイオン利用によりスパッタされ
る量が減少するが、数１００ｍＡ／ａｎｔＯ大電流イオ
ンにより、この点が解消され、検出感度の向上、分析時
間の大巾な短縮が可能となる。さらに、スパッタ粒子の
大部分を占める中性粒子をプラズマ中でイオン化するこ
とにより、感度が向上するばかりでなく、スパッタリン
グとイオン化の生じる機構を分離したので、定量分析の
精度も著しく向上する。
（実施例）
本装置の概略を第１図に示す。
カソードにと電極Ｓｌ との間に放電電源Ｖｄにより
電圧が印加されて放電が発生され、外部から流入された
ガスがプラズマ化される。このプラズマの内型子は電極
Ｓ３と加速電極Ａ１との間に加速電源Ｖａｃｃ によっ
て形成された電場によって加速されて電子ビームとして
プラズマ室Ｃに進入する。
電圧が印加されて放電が発生され、外部から流入された
ガスがプラズマ化される。このプラズマの内型子は電極
Ｓ３と加速電極Ａ１との間に加速電源Ｖａｃｃ によっ
て形成された電場によって加速されて電子ビームとして
プラズマ室Ｃに進入する。
この進入した電子ビームはプラズマ室中に充填されるガ
スを励起してこのガスをプラズマ化する。
スを励起してこのガスをプラズマ化する。
このプラズマを構成するイオンの一部は電極Ｓ１、Ｓ２
、Ｓ３方向に流れ、これら電極開口に形成される電位の
障壁が解消あるいは低くされる。これによって、大電流
の電子ビームが得られ、生成されるプラズマも極めて密
度の高いものとなる。このプラズマを構成するイオンは
（例えば、図示するように試料ホルダーＨに電源ｖＴに
より負の電位を印加することにより）プラズマ電位より
も低い電位を有する試料Ｓに引きつけられて、これをス
パッタする。プラズマ密度が高いので、低エネルギーイ
オン、具体的には、試料ホルダーＨを介して試料に印加
する電位を低くしても大電流イオンが得られ、深さ方向
に高分解能を有しかつ効率的に試料のスパッタが行われ
る。このスパッタにより飛散した試料の中性粒子は加速
電極Ａ１ の開口から放出される電子ビームの照射を受
けて、イオン化される。イオン化された試料粒子はエネ
ルギー分析器Ｅ、質量分析器Ｍ、および検出器りを介し
てその質量および個数（電流値）が検出される。
、Ｓ３方向に流れ、これら電極開口に形成される電位の
障壁が解消あるいは低くされる。これによって、大電流
の電子ビームが得られ、生成されるプラズマも極めて密
度の高いものとなる。このプラズマを構成するイオンは
（例えば、図示するように試料ホルダーＨに電源ｖＴに
より負の電位を印加することにより）プラズマ電位より
も低い電位を有する試料Ｓに引きつけられて、これをス
パッタする。プラズマ密度が高いので、低エネルギーイ
オン、具体的には、試料ホルダーＨを介して試料に印加
する電位を低くしても大電流イオンが得られ、深さ方向
に高分解能を有しかつ効率的に試料のスパッタが行われ
る。このスパッタにより飛散した試料の中性粒子は加速
電極Ａ１ の開口から放出される電子ビームの照射を受
けて、イオン化される。イオン化された試料粒子はエネ
ルギー分析器Ｅ、質量分析器Ｍ、および検出器りを介し
てその質量および個数（電流値）が検出される。
この様に構成された、スパッタ中性粒子質量検出装置の
において、真空蒸着により作成された薄膜試料（Ｎｉ（
約４０ｎｍ）／ＴｉＴｉ基盤水装置の試料ホルダーＨに
配置し、これにＡｒプラズマより引き出された３ＱｅＶ
、約１００ｍＡ／ｃ＋＋ｔのイオンを照射した。なお、
この際放電電流Ｉｄは２Ａ、電源■１の電圧は８０Ｖ、
電極Ｓ３の電位と電極Ａ１の電位の差が１００■であっ
た。第２図にこの薄膜の深さ方向分析結果を示す。サイ
クル数で示した時間（１サイクル４５秒）とともに表面
からＴＩ基盤への深さ方向分析が行なわれていることが
分かる。外の表面分析装置による同一試料の分析結果は
ほぼ同様の結果を示し、原理的にこの方法に問題がない
ことが明らかにされた。さらに、３ＱｅＶと極めて小さ
いイオンエネルギーであるにもかかわらず、６０ｎｍ／
ｍｉｎ の高速でスパッタエツチングが行なわれていて
、１００ｍＡ／Ｃ［［ｉ程度でも外の方法に比較し１／
４程度の分析時間で済むことが分かった。
において、真空蒸着により作成された薄膜試料（Ｎｉ（
約４０ｎｍ）／ＴｉＴｉ基盤水装置の試料ホルダーＨに
配置し、これにＡｒプラズマより引き出された３ＱｅＶ
、約１００ｍＡ／ｃ＋＋ｔのイオンを照射した。なお、
この際放電電流Ｉｄは２Ａ、電源■１の電圧は８０Ｖ、
電極Ｓ３の電位と電極Ａ１の電位の差が１００■であっ
た。第２図にこの薄膜の深さ方向分析結果を示す。サイ
クル数で示した時間（１サイクル４５秒）とともに表面
からＴＩ基盤への深さ方向分析が行なわれていることが
分かる。外の表面分析装置による同一試料の分析結果は
ほぼ同様の結果を示し、原理的にこの方法に問題がない
ことが明らかにされた。さらに、３ＱｅＶと極めて小さ
いイオンエネルギーであるにもかかわらず、６０ｎｍ／
ｍｉｎ の高速でスパッタエツチングが行なわれていて
、１００ｍＡ／Ｃ［［ｉ程度でも外の方法に比較し１／
４程度の分析時間で済むことが分かった。
第１図は本発明のスパッタ中性粒子質量分析装置の概略
図、 第２図は本発明の装置により得られた分析結果を示す図
。 Ｋ・・・カソード、 Ｓｌ、Ｓ２、Ｓ３ ・・・電極、 八〇 ・・加速電極、 Ｃ・・・プラズマ室、 Ｅ・・・エネルギー分析室、 Ｍ・・・質量分析室、 Ｄ・・・検出器、 Ｈ・・・試料ホルダー、 Ｖｄ・・放電電源、 Ｖ ａｃｃ ・・・加速電源。
図、 第２図は本発明の装置により得られた分析結果を示す図
。 Ｋ・・・カソード、 Ｓｌ、Ｓ２、Ｓ３ ・・・電極、 八〇 ・・加速電極、 Ｃ・・・プラズマ室、 Ｅ・・・エネルギー分析室、 Ｍ・・・質量分析室、 Ｄ・・・検出器、 Ｈ・・・試料ホルダー、 Ｖｄ・・放電電源、 Ｖ ａｃｃ ・・・加速電源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 電子ビーム励起により作られたプラズマを閉じ込めるプ
ラズマ室、 前記プラズマを構成するイオンの衝突を受ける試料を保
持する試料ホルダー、および イオンの衝突により試料からスパッタされた中性粒子の
内、前記プラズマによりイオン化された粒子の質量及び
個数を分析する分析手段から構成されるスパッタ中性粒
子質量分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62141165A JPH0646559B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | スパッタ中性粒子質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62141165A JPH0646559B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | スパッタ中性粒子質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63304560A true JPS63304560A (ja) | 1988-12-12 |
| JPH0646559B2 JPH0646559B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=15285646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62141165A Expired - Fee Related JPH0646559B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | スパッタ中性粒子質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0646559B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101398579B1 (ko) * | 2012-09-10 | 2014-05-23 | 세종대학교산학협력단 | 플라즈마 입자 모니터링 장치 및 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54158294A (en) * | 1978-06-05 | 1979-12-13 | Hitachi Ltd | Mass analyzer of neutral sputter particles |
| JPS61273840A (ja) * | 1985-05-28 | 1986-12-04 | Rikagaku Kenkyusho | 電子ビ−ム励起イオン照射装置 |
-
1987
- 1987-06-05 JP JP62141165A patent/JPH0646559B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54158294A (en) * | 1978-06-05 | 1979-12-13 | Hitachi Ltd | Mass analyzer of neutral sputter particles |
| JPS61273840A (ja) * | 1985-05-28 | 1986-12-04 | Rikagaku Kenkyusho | 電子ビ−ム励起イオン照射装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0646559B2 (ja) | 1994-06-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| R250 | Receipt of annual fees |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |