JPS6383644A - イオン質量分析装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、試料に対してスパッタエツチングを行ない
、試料構成元素イオンの質量分析を行うイオン質量分析
手段に関する。

（従来の技術） エネルギビームを試料表面に照射し、スパッタエツチン
グにより試料の構成元素イオンを分析するイオン質量分
析には種々の手法のものが知られている。例えば、オー
ジェ電子分析、Ｘ線フォトエレクトロン分析、イオンス
キャタリング分析、２次イオン質は分析、グロー放電質
量分析、衝突放射分析、グロー放電光学分析等がその代
表的なものである。そして、このようなイオン質量分析
では、試料に対してエネルギビームとしてアルゴンなど
の不活性ガスイオン、あるいは短波長の光、コヒーレン
トな光、あるいはＸ線をエネルギビームとして照射し、
そのエネルギビームによりたたき出される試料構成元素
イオンを種々の質量分析手段によって分析し、試料の組
成分析を行なう。

従来、このようなイオン質量分析法の１つとして確立さ
れている２次イオン質量分析法は、非常に大きなダイナ
ミックレンジと、はとんどの元素に対して検出限界感度
が高いという優れた利点がある。しかしながら、反面、
スパッタエツチングのプロセスがもたらす、次のような
難しさも併せ持っている。

＜ａ＞　　スパッタエツチングされた試料表面の元素構
成比が固体内部とは異なったものとなる場合があること
。

（ｂ　）　　イオン照射を受けると、広範囲に表面の荒
れを現わす材料があること。

（Ｃ）　　イオン照射が試料中の測定元素の移動を引き
起こす場合があること。

これらの問題の原因について考察すると上記（ａ　）の
場合、第３図に示すように試料１１に対して照射するエ
ネルギビームとしてのアルゴンイオンビーム１２のエネ
ルギが高く、そのアルゴンイオン１２は試料１１の最上
層のみならず、下層の元素までもスパッタしてしまい、
さらに試料１１中の上層側の衝撃された元素がつぎづき
に下層側の元素を内部へ押し込むように移動させるノッ
クオンの現象となって現われ、分解能を悪化させている
。

また上記（Ｃ）の場合では、第４図に示すように、スパ
ッタされる試料が例えば５ｉ０２のような絶縁物である
と、照射イオンビームのイオン種によっては照ｑ４領域
に電場が発生し、イの電場の影響を受けて、絶縁物中に
混入しているＮａ＋等の可動イオンが移動して試料表面
あるいは下層側に偏析し、分解能が悪化する。

さらに上記（ｂ　）の表面の荒れの発生は試料の結晶性
等によるスパッタ効率の違いに起因していた。

上記ノックオン現象を防止するためには、照射イオンビ
ームのエネルギを低くする必要があるが、エネルギを低
くすることは２次イオン効率を低くすることになり、検
出感度の低下やスパッタエツチング速度の低下に伴う作
業性の低下を招く問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように、従来用いられていた２次イオン質量分析
装置では、 ＜ａ　）スパッタエツチングされた試料表面の元素構成
比が、固体内部とは異なったものとなる場合がある、 （ｂ　）　　イオン照射を受けると、広範囲に表面の荒
れを現わす材料がある、 （Ｃ）　　イオン照射が試料中の測定元素の移動を引き
起こし、正しい元素構成比を得られない場合がある、 といった問題があった。

この発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたも
のであって、試料表面の荒れの発生を抑え、また試料の
表面のノックオンの減少や試料中の可動性元素の移動を
抑え、正確なイオン質■の分析を行なうことのできるイ
オン質量分析装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明のイオン質ｍ分析装置は、試料の表面近傍に対
する活性ガス導入手段と、エネルギビーム照射手段と、
試料構成元素イオンの質量分析手段とを備えたものであ
る。

（作用） この発明のイオン質ｍ分析装置では、活性ガス導入手段
による活性ガスの試料表面近傍への導入により、照射さ
れるエネルギビームによりエツチングされる試料表面の
元素イオンを活性化し、効率的なスパッタエツチングが
行なえるようにするものである。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基いて詳説づる。

第１図はこの発明の一実施例の装置図を示しており、真
空容器１に対し、１次イオンビーム源２゜活性ガス供給
装置３．および四重極買母分析計４が設けられている。

また、真空容器１内には試料５がセットされている。

このイオン質量分析装置は、スパッタエツチングによる
２次イオン質量分析計の実施例を示すものであり、真空
容器１は、１０−９−１０°１０Ｔｏｒｒの超高真空に
バキュームすることができるものである。照射イオンビ
ーム源２は、エネルギど一ムとしてアルゴンイオンを、
例えばデュオプラズマトロンによって数ＫｅＶまで加速
し、こうして得たプローブ電流を集束レンズや中性粒子
の除去のだめのビーム偏向、更に直径数ミクロンから数
十ミクロン程度のビーム径に絞るフォーカスレンズ等を
備え、所望の電流密度にして試料５にイオンビームを照
射する。

活性ガス供給装置３は、例えばフレオンガス等の活性ガ
スを真空容器１内に供給する。そしてこの供給量の調節
は、リークバルブ３ａによって行われる。

上記構成のイオン質量分析装置の動作について次に説明
する。真空容器１内は、超高真空に引かれ、活性ガス供
給装置３からフレオン、ハロゲンガス等の活性ガスを約
１０”５Ｔｏｒｒ程度の圧力に導入し、試料５の表面近
傍をこの活性ガスで満たす。

しかる後、照射イオンビーム源２からアルゴンイオンビ
ーム６を試料５の表面に照射する。試料５の表面には活
性ガスが吸着しているが、アルゴンイオンビーム６の照
射により活性化され、アルゴンイオンビーム６による試
料の直接のエツチングと共に、活性化された活性ガスに
よる化学的なエツチングが行なわれる。

このエツチングにより発生する２次イオン７は、四重極
質は分析計４によって分析される。

上記のアルゴンイオンビーム６による試料５のスパッタ
エツチングを第２図に基づいて更に詳しく説明する。

第２図（ａ　）に示すように試料５の表面に活性ガス８
が供給されてくると、同図（ｂ）に示すように活性ガス
８の一部は試料５の表面に吸着する。

この状態で１次イオンビーム６が照射されてくると、こ
の１次イオンビームにより試料５の表面が直接エツチン
グされると共に、１次イオンご一ムロにより活性ガス８
も活性化されて、試料５を自らエツチングし、２次イオ
ン７を効果的に発生さぜることになる。このようにして
、活性ガス８そのものが活性化して試料５のエツチング
を行なうため、照射イオンビームのエネルギを従来より
も低くしても、スパッタエツチングの効率を維持するこ
とができる。

なお、活性ガスを利用したスパッタエツチングは化学反
応をも伴うスパッタリングであるため、試料５の温度制
御を行なうことが望ましく、必要な場合には試料５の温
度制御装置を具備させることができる。

更にまた、上記実施例は２次イオン質１分析装置につい
て説明したが、このイオン質量分析装置は上記実施例の
ものに限定されることはない。従って、エネルギビーム
として短波長の光もしくはコヒーレントな光あるいはＸ
線を用いて試料のスパッタエツチングを行うイオン付量
分析装置にも広く利用できる。

［発明の効果］ この発明は上記のようにエネルギビームの照射と共に、
試料の表面に活性ガスを吸着させるものであるため、照
射エネルギビームにより直接試料のエツチングを行うと
と共に、活性ガスを活性化して化学的なエツチングをも
行うことができ、スパッタ速度を早めることができる。

従って、従来と同様のスパッタ速度を得る場合には、照
射エネルギビームを低く抑えることができ、イオン衝撃
に起因するノックオン等の現象を抑え、スパッタ後の試
料表面の構成元素をほぼ保存することができ、正確なイ
オン質量分析が実現できる。

更に、試料が酸化膜のような絶縁試料の場合、例えば、
Ｎａ、に等の可動性元素に対しても活性ガスによりエツ
チングを助けることができるため、従来のようにイオン
電荷によってドリフトするのを防止することができ、正
しい深さ方向のイオン分布を測定することができる。

更にまた、従来、イオン衝撃を受けると、試料表面に荒
れの現象を示した材料の場合でも、活性ガスの作用によ
り滑らかなエツチング面となり、表面の荒れによる深さ
方向の分解能の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図は上記実
施例よる試料表面のエツチング動作を示す説明図、第３
図は従来例におけるノックオン現象を示す説明図、第４
図は従来例におけるドリフト現像を示す説明図である。 １・・・真空容器 ２・・・照射イオンビーム源 ３・・・活性ガス供給装置 ４・・・四単極貿吊分析計 ５・・・試料 ６・・・照射イオンビーム ７・・・２次イオン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　少なくともエッチングされる試料の表面近傍に活性
   ガスを導入する活性ガス導入手段と、エネルギビームを
   前記試料の表面に照射する手段と、 前記エッチングにより試料から飛び出して来た試料構成
   元素イオンの質量分析手段とを具備して成るイオン質量
   分析装置。