JPH03297040A - 表面分析法におけるイオン電流密度の測定方法および装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、表面分析法におけるイオン電流密度の測定方
法および装置に関する。

〈従来の技術〉 オージェ電子分光法（ＡＥＳ）や光電子分光法（ＸＰＳ
またはＥ　Ｓ　ＣＡ）などの表面分析法は、例えば鋼板
などの表面や結晶粒界などに偏析する不純物元素を測定
・評価するのに多く用いられている。

ここで、例えばオージェ電子分光法について簡単に説明
すると、第４図に示すように、電子銃１から放出された
電子ビームＥＢが電子光学系２を通過して集束されて試
料３の面上に微小なスポットＳを形成し、そのスポット
Ｓから放出される二次電子などが同軸円筒型アナライザ
４を介してチヤンネルトロン５によって検出・増幅され
、例えばブラウン管６などにエネルギーの一次微分波形
として描かれる。

このオージェ電子分光法の装置にイオンエツチング銃１
０を取付けてスポットＳにイオンビーム■Ｂを照射し、
イオンエツチングをしながらオージェ電子スペクトルを
とると、試料３の深さ方向の元素分析を行うことができ
る。その際、試料３に照射されるイオンビームＩＢは、
装置上の空間的な制約からθなる角度で斜めに入射され
ることが多く、さらに試料３表面を均一にスパッタリン
グするために試料３上を広い範囲にわたって走査したり
、イオンビームＩＢの焦点（スポットＳ）をぼかしてビ
ーム径すなわちスポットＳの面積を大きくして静止状態
で照射されることが多い。

スパッタリングによって形成される試料３上のクレータ
の形状は、イオンビームを走査して照射する場合は第５
図（ａ）、　（ｂ）に示すようにイオン照射領域Ａにお
ける中央部３ａが平坦で周辺部３ｂがなだらかな傾斜を
もち、また静止状態で照射する場合は第６図（ａ）、　
（ｂ）に示すように表面全体が一様になだらかなカーブ
のすりばち状である。

ところで、検出の目的とされるオージェ電子スペクトル
信号（あるいは光電子信号）は、深さ方向の分解能を向
上させるために試料３表面のイオン照射領域Ａ中の特定
領域おもに中央部３ａ付近の平坦にスパッタされた領域
のみからの測定信号が用いられるのが一般的である。こ
の領域において任意の時間りまでにスパッタされる深さ
は、照射イオン電流密度、イオン照射時間ｔ、スパッタ
リング収率（入射イオン１個当りにスパッタされる原子
数）および角度依存性の係数の積を用いて求めることが
できる。ここで、スパッタリング収率および角度依存性
係数は、文献値あるいはすでに求めた実験値を適用する
ことができる。

このため、目的とされる信号を測定する領域での正確な
スパッタ量の算出やスパッタ速度の補償には、イオン照
射領域Ａ中の特定領域のみのイオン電流密度を正確に求
めることが不可決である。

このイオン電流密度の測定法としては、一般に以下の如
き２つの方法が用いられている。

すなわち、その第１の方法としては、第７図に示すよう
に予め試料３に電源７によって正の電位を印加して試料
３の表面からの二次電子放出を抑制した状態でイオンビ
ームＩＢを照射し、この時試料３に流れる試料電流を電
流計８で測定し、イオン照射領域Ａの面積からイオン電
流密度を算出する方法がある。

次に第２の方法は、ファラデーカップを用いる方法であ
り、第８図に示すように、試料３のほぼ中央部に穴部３
Ｃをあけ、その下部にファラデーカップ９を設ける。そ
してイオンビームＩＢを照射したときのファラデーカッ
プ９に入ったイオン量を電流計８で測定し、その測定値
と穴部３Ｃの面積からイオン電流密度を求めようとする
方法である。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、前記した従来の第１の方法の場合におい
ては、全イオン量を測定してしまうため中央部のみのイ
オン電流密度を求めることはできず、また、前述したよ
うにイオンビームが強度分布を持つためにイオン電流密
度がイオン照側領域Ａ内で均一ではなく、イオン照射領
域Ａ中の特定領域のみのイオン電流密度を正確に算出す
ることは不可能であるという欠点がある。

また、第２の方法においては、イオン走査面積あるいは
静止モードでのイオンビーム径がカップ径に対して小さ
い場合には、全イオン量の測定が可能であるが、第１の
方法の場合と同様にイオン照射領域Ａ内でイオンが強度
分布を有するためにイオン照射領域Ａ中の特定領域のみ
のイオン電流密度を求めることは不可能である。

一方、イオンビーム径あるいは走査範囲がカップ径に比
べて十分大きい場合で、イオンビームｌＢの入射角度が
第８図（ｂ）に示すようにファラデーカップ９に対して
ほぼ垂直あるいは垂直に近い場合には正確にイオン電流
密度を求めることが可能であるが、第８図（Ｃ）に示す
ようにイオンビーム■Ｂの入射角度θが大きくなると、
それにともないファラデーカップ９の壁面によりイオン
が散乱され、実効的なカンプ面積が減少し、散乱イオン
や放出された二次電子の一部がカップに入る等の影響に
よって測定精度が低下し、入射角度θが大きい場合は測
定が困難になるという欠点がある。

本発明は、上記のような課題を解決すべくなされたもの
であって、表面分析法においてイオン照射角度や被測定
領域の形状、大きさに影響されることなく正確に任意の
場所のイオン電流密度を測定する方法および装置を提供
することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明の第１のＪＩＪｉ様は、イオン照射領域中の特定
領域のみのイオン電流密度を測定するに際し、１枚の金
属板のほぼ中央部を切り離して、その中央部と周辺部と
に個別に正電位を印加しながら金属板表面にイオンを照
射し、中央部に流れるイオン電流量を測定し、この電流
量と金属板中央部の面積とから、イオン電流密度を求め
ることを特徴とする表面分析法におけるイオン電流密度
の測定方法であり、 また、本発明の第２の態様は、イオン電流密度を測定す
る装置であって、金属板のほぼ中央部を任意の形状およ
び大きさに切り離して、内側板とその外側板とを形成し
、これら内側板と外側板のそれぞれに独立に所定の正電
位を印加するための電源と内側板に流れる電流を測定す
る電流計と内側板と外側板とを絶縁して保持する絶縁材
料と、からなることを特徴とする表面分析法におけるイ
オン電流密度測定装置である。

〈作用〉 本発明によれば、任意の角度で入射するイオンに対して
、二次電子放出や散乱イオンによる電流の妨害を抑え、
イオン照射領域中の特定領域のみのイオン電流密度を正
確に求めることができる。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例について、図面を参照して詳し
く説明する。

第１図は、本発明に係るイオン電流密度測定装置をオー
ジェ電子分光法に適用したときの実施例を示したもので
、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

図において、１１．１２は例えばＮｏなどの金属板であ
り、形状２寸法は実際のイオン照射条件にあわせて任意
に選ＩＲできる。これら金属板１１．１２の表面は、断
面図に示すようにほぼ同一平面内にあるようにする。ま
た金属板１１と１２の間の間隙は、加工技術の許す範囲
で可能な限り小さくする。金属板１１はたとえば直径２
００μ爾の円形とし、金属板１２の形状は四角として、
両者の間隙はフォトエツチング技術等を利用して２μ−
程度とする。

１３は金属板１１．１２の絶縁おびそれぞれの金属板の
保持を目的とする例えば碍子などの絶縁材料である。

１４ａ、１４ｂは金属板１１．１２に正電位を印加する
ためのｉｔｓで、例えば１００■程度の同一電位とされ
る。

なお、１５は電流計、１６ａ、１６ｂはリード線である
。

このように構成された金属板１１．１２に同じ正電位を
印加した状態で、その表面にθなる角度でイオンビーム
ＩＢを照射すると、イオン入射によって発生する二次電
子の放出が抑制され、これによる試料電流の増加はなく
、電流計１５にはほぼ金属板１１の表面に入射したイオ
ンのみによる電流が流れる。ここで、金属板１１の面積
はイオンビーム■Ｂのどのような照射角度に対しても第
２図、第３図に示すように一定であるから、電流計１５
の読み取り値をあらかじめ求めておいた金属板１１の面
積で割れば、イオン電流密度が求められる。

ここで、第２図（ａ）、　（ｂ）はイオンビームＩＢを
試料面に垂直に領域Ａに照射したときのクレータの形状
と寸法を示したもので、また第３図（ａ）、　（ｂ）は
イオンビームＩＢを角度θが５５°で領域Ａに照射した
ときの例示である。

なお、電源１４ａ、１４ｂにより金属板１１．１２に印
加する正電位が異なる場合は散乱された入射イオンやイ
オン照射によって発生した二次電子の一部が電位勾配に
よって加速されるために金属板１１と１２の間でイオン
や二次電子のやり取りが生じることになり好ましくない
。

本装置を前記表面分析装置の試料ホルダー内に常設ある
いは被測定試料との交換が可能なように着脱式として装
着できるようにし、金属Ｆｉ１１．１２表面を被測定試
料表面と同一角度にして測定位置に置き、被測定試料と
同一条件のイオンを照射するようにすれば、入射角度が
どのような場合でも、金属板１１に流れる電流量から正
確なイオン電流密度を求めることができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、任意の角度で入
射するイオンに対して、二次電子放出や散乱イオンによ
る電流の妨害を抑え、イオン照射ｗＩ域中の特定領域の
みのイオン電流密度を正確に求めることができるので、
表面分析法におけるイオンスパッタリングを用いた深さ
方向分析において、スパッタ量の把握、スパッタ速度の
制御あるいはスパッタ速度の補償などを正確に行うこと
が可能になり、データの信頼性が向上するとともに、他
所のデータや文献値との比較が可能になる。また測定条
件の設定が容易となり、測定が迅速になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るイオン電流密度測定装置の実施例
を模式的に示す（ａ）平面図、（ｂ）断面図、第２図、
第３図は本発明を適用したときのクレータの形状と寸法
を示す（ａ）平面図、　（ｂ）断面図、第４図はオージ
ェ電子分光法の従来例の説明図、第５図第６図は従来例
でのクレータの形状を示す（ａ）平面図、　（ｂ）断面
図、第７図はイオン電流密度測定装置の第１の従来例を
模式的に示す斜視図、第８図はイオン電流密度測定装置
の第２の従来例を模式的に示す（ａ）平面図、　（ｂＬ
　（Ｃ）断面図である。 ３・・・試料、１０・・・イオンエツチング銃。 １１・・・金属板（内側１）。 １２・・・金属板（外側板）。 １３・・・絶縁材料、１４・・・電源。 １５・・・電流計、　　　　　　ＩＢ・・・イオンビー
ム。 Ａ・・・イオン照射領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオン照射領域中の特定領域のみのイオン電流密度
   を測定するに際し、１枚の金属板のほぼ中央部を切り離
   して、その中央部と周辺部とに個別に正電位を印加しな
   がら金属板表面にイオンを照射し、中央部に流れるイオ
   ン電流量を測定し、この電流量と金属板中央部の面積と
   から、イオン電流密度を求めることを特徴とする表面分
   析法におけるイオン電流密度の測定方法。 ２、イオン電流密度を測定する装置であって、金属板の
   ほぼ中央部を任意の形状および大きさに切り離して、内
   側板とその外側板とを形成し、これら内側板と外側板の
   それぞれに独立に所定の正電位を印加するための電源と
   内側板に流れる電流を測定する電流計と内側板と外側板
   とを絶縁して保持する絶縁材料と、からなることを特徴
   とする表面分析法におけるイオン電流密度測定装置。