JPH0646559B2 - 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
- Publication number
- JPH0646559B2 JPH0646559B2 JP62141165A JP14116587A JPH0646559B2 JP H0646559 B2 JPH0646559 B2 JP H0646559B2 JP 62141165 A JP62141165 A JP 62141165A JP 14116587 A JP14116587 A JP 14116587A JP H0646559 B2 JPH0646559 B2 JP H0646559B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- sample
- ions
- analysis
- mass spectrometer
- Prior art date
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- Expired - Fee Related
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
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、スパッタエッ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0.5KeV〜数１０Ke
V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１０mA/cm2であ
る。また、スパッタ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0.5KeV〜数１０Ke
V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１０mA/cm2であ
る。また、スパッタ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。
1)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。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。
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。
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。
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。
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。
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
エッチングすることができる。この、スパッタにより試
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
エッチングすることができる。この、スパッタにより試
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/cm2の大電流イオンによ
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。また、プラズマ密度が高いのでプラズ
マの浮遊電位が低くてもよく、よって真空容器からの不
純物の発生が低い。さらに電子ビーム励起型イオン照射
源を用いると、電子ビームの電荷中和作用により絶縁物
のイオンスパッタリングが可能となり、絶縁物の質量分
析もできる。
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/cm2の大電流イオンによ
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。また、プラズマ密度が高いのでプラズ
マの浮遊電位が低くてもよく、よって真空容器からの不
純物の発生が低い。さらに電子ビーム励起型イオン照射
源を用いると、電子ビームの電荷中和作用により絶縁物
のイオンスパッタリングが可能となり、絶縁物の質量分
析もできる。
（実施例） 本装置の概略を第１図に示す。
カソードＫと電極Ｓ１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。このプラズマの内電子は電極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。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Ｄを介してその質量および個数（電流値）が検出され
る。
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。このプラズマの内電子は電極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。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Ｄ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）／（Ｔｉ基盤〕を本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８０e
V、約１００mA/cm2のイオンを照射した。なお、この際
放電電流Ｉｄは２Ａ、電源ＶＴの電圧は８０Ｖ、電極Ｓ
３の電位と電極Ａ１の電位の差が１００Ｖ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Ｔ
ｉ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８０eV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
スパッタエッチングが行なわれていて、１００mA/cm2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）／（Ｔｉ基盤〕を本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８０e
V、約１００mA/cm2のイオンを照射した。なお、この際
放電電流Ｉｄは２Ａ、電源ＶＴの電圧は８０Ｖ、電極Ｓ
３の電位と電極Ａ１の電位の差が１００Ｖ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Ｔ
ｉ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８０eV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
スパッタエッチングが行なわれていて、１００mA/cm2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、 Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３……電極、 Ａ１……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、 Ｖａｃｃ……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、 Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３……電極、 Ａ１……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、 Ｖａｃｃ……加速電源。
フロントページの続き (72)発明者 青柳 克信 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 難波 進 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (56)参考文献 特開 昭54−158294（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−273840（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−4162（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】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 JPS63304560A (ja) | 1988-12-12 |
| JPH0646559B2 true 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) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101398579B1 (ko) * | 2012-09-10 | 2014-05-23 | 세종대학교산학협력단 | 플라즈마 입자 모니터링 장치 및 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5836818B2 (ja) * | 1978-06-05 | 1983-08-11 | 株式会社日立製作所 | スパッタ中性粒子質量分析計 |
| 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
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101398579B1 (ko) * | 2012-09-10 | 2014-05-23 | 세종대학교산학협력단 | 플라즈마 입자 모니터링 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63304560A (ja) | 1988-12-12 |
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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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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |