JPH11345584A - イオン散乱分光装置 - Google Patents

イオン散乱分光装置

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JPH11345584A
JPH11345584A JP10151245A JP15124598A JPH11345584A JP H11345584 A JPH11345584 A JP H11345584A JP 10151245 A JP10151245 A JP 10151245A JP 15124598 A JP15124598 A JP 15124598A JP H11345584 A JPH11345584 A JP H11345584A
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JP
Japan
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sample
detector
orifice
ion scattering
sample chamber
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Application number
JP10151245A
Other languages
English (en)
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Masakazu Aono
正和 青野
Mine Kobayashi
峰 小林
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RIKEN
Original Assignee
RIKEN
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34Dynamic spectrometers
    • H01J49/40Time-of-flight spectrometers

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス中に置かれた試料の分析を行うことので
きるイオン散乱分光装置を提供する。 【解決手段】 イオン源および加速器1からイオンビー
ムを発生させ、このイオンビームを検出器2の中央部に
設けられた円孔2aを通過させ、オリフィス3、4を介
して試料室5内の試料6に照射し、試料6からオリフィ
ス3、4を介して検出器2に到達した粒子を、この検出
器2によって検出するよう構成されている。そして、排
気装置9〜12と、オリフィス3、4とによって、検出
器2の周囲の領域が、試料室5内より高真空度の所定の
真空度となるよう構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料に加速したイ
オンを衝突させて、試料から飛来する粒子を測定して試
料を分析するイオン散乱分光装置に係り、特に、ガス中
に置かれた試料の分析を可能としたイオン散乱分光に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来から、試料に加速したイオンを衝突
させ、試料から散乱する粒子を分析して、試料の構造を
分析するイオン散乱分光装置が知られている。
【0003】また、かかるイオン散乱分光において、粒
子の飛行時間を測定することによって、この粒子の速度
(エネルギー)を分析する飛行時間分析方法が知られて
いるが、このような飛行時間分析方法は、試料から同時
に散乱された粒子の到達時間の差からエネルギー分析を
行うので、粒子の電荷の有無にかかわらずエネルギー分
析を行うことができるという利点がある。
【0004】上記イオン散乱分光では、測定粒子のエネ
ルギー等によって、使用する検出器が異なるが、一般に
低エネルギー(数KeV程度)あるいは中エネルギー
(数百KeV程度)のものでは、マイクロチャンネルプ
レート(MCP)が用いられており、また高エネルギー
(数MeV程度)のものでは、半導体検出器が用いられ
ている。
【0005】上述したイオン散乱分光装置において、検
出器としてマイクロチャンネルプレート(MCP)を用
いた低エネルギーあるいは中エネルギーのイオン散乱分
光装置では、このマイクロチャンネルプレート(MC
P)からなる検出器を作動させるために、検出器周囲を
〜10-7Torr以下の高真空としなければならない。ま
た、低真空(0.1Torr程度)中で使用可能な半導体検
出器を使用する場合でも、使用するガスが検出器と反応
してしまうような場合は、検出器周辺を高真空にしなけ
ればならない。このため、従来においては、試料の周囲
もこれに準じた高真空とされており、高真空下において
試料の分析が行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
のイオン散乱分光装置、特に低エネルギーあるいは中エ
ネルギーのイオン散乱分光装置においては、高真空下に
おいて試料の分析が行われている。
【0007】しかしながら、例えば、気相成長中の膜の
状態の分析等、ある程度ガスが存在する減圧雰囲気下
(例えば、10-2〜10-3Torr程度)における試料のイ
オン散乱分光による分析を行うことができるようになれ
ば、例えば、成膜中の膜のモニタにイオン散乱分光装置
を用いることができるようになり、イオン散乱分光装置
の利用範囲が格段に広がることになる。
【0008】本発明はかかる従来の事情に対処してなさ
れたもので、成膜用ガス等のガス中に置かれた試料の分
析を行うことのできるイオン散乱分光装置を提供しよう
とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、イオ
ン源で発生させたイオンを、加速装置で加速して、試料
室内に配置された試料に照射し、前記試料から散乱した
粒子を所定位置に配設された検出器によって測定するイ
オン散乱分光装置において、前記試料室に、前記試料を
処理するための所定のガスを導入するガス導入手段と、
前記試料室から排気を行い、当該試料室を所定圧に減圧
した前記所定ガスの雰囲気とする第1の排気手段と、前
記試料室と前記検出器との間に配置されたオリフィス
と、前記検出器近傍から排気を行い、当該検出器近傍を
前記試料室より高真空の雰囲気とする第2の排気手段と
を具備したことを特徴とする。
【0010】請求項2の発明は、請求項1記載のイオン
散乱分光装置において、前記オリフィスは、前記試料室
側に設けられた第1のオリフィスと、この第1のオリフ
ィスより前記検出器側に設けられた第2のオリフィスと
からなることを特徴とする。請求項3の発明は、請求項
2記載のイオン散乱分光装置において、前記第1のオリ
フィスと、前記第2のオリフィスとの間の領域から排気
を行う第3の排気手段を具備したことを特徴とする。
【0011】請求項4の発明は、請求項1乃至3いずれ
か1項記載のイオン散乱分光装置において、前記検出器
が、前記試料から所定距離離れた位置に設けられ、散乱
した粒子のエネルギーを分析するよう構成されたことを
特徴とする。
【0012】請求項5の発明は、求項1乃至4いずれか
1項記載のイオン散乱分光装置において、前記ガス導入
手段が、前記試料室に所定の成膜用ガスを導入し、前記
試料に所定の膜を形成するよう構成されたことを特徴と
する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明のイオン散乱分光装
置の詳細を、粒子の飛行時間を測定することによって、
この粒子の速度(エネルギー)を分析する飛行時間分析
法を用いた実施の形態について図面を参照して説明す
る。
【0014】図1は、本発明のイオン散乱分光の一つの
実施の形態の概略構成を示すもので、同図において、1
はイオン源および加速器、2は検出器、3、4はオリフ
ィス、5は試料室、6は試料、7はガス供給機構、8は
真空計、9乃至12は排気装置を示している。
【0015】上記イオン源および加速器1は、イオン源
において所定のイオンを発生させ、このイオンを所定の
エネルギーに加速して所定エネルギーのイオンのパルス
ビームを発生させるよう構成されている。そして、この
イオンのパルスビームを検出器2の中央部に設けられた
円孔2aを通過させ、オリフィス4、オリフィス3を介
して試料室5内の試料6に照射し、試料6からオリフィ
ス3、オリフィス4を介して検出器2に到達した粒子
を、この検出器2によって検出するようになっている。
【0016】なお、この検出器2は、マイクロチャンネ
ルプレート(MCP)から構成されている。
【0017】また、試料6が配置された試料室5は、ガ
ス供給機構7から試料6を処理するための所定のガス、
この実施の形態の場合は所定の気相成長用ガスを供給可
能とされ、かつ、排気装置12で内部の排気を行うこと
ができるよう構成されており、その内部を所定圧力の気
相成長用ガス雰囲気、例えば、10-2Torr程度の気相成
長用ガス雰囲気とし、試料6に所定の気相成長膜を形成
できるようになっている。
【0018】さらに、排気装置9〜11のうち、排気装
置9は、イオン源および加速器1の領域を排気し、排気
装置10は、検出器2の近傍の領域を排気し、排気装置
11は、オリフィス3とオリフィス4との間の領域を排
気するよう構成されている。そして、試料6側に設けら
れた一段目のオリフィス3は、その開口部の直径が2m
m(コンダクタンス:3.6×10-4(m3 /s))に
設定され、検出器2側に設けられた二段めのオリフィス
4は、その開口部の直径が4mm(コンダクタンス:
1.5×10-3(m3 /s))に設定され、一段目のオ
リフィス3の開口部と試料6との距離が3mm、一段目
のオリフィス3と二段めのオリフィス4の開口部の間の
距離が50mmに設定され、これによって、一段目のオ
リフィス3と二段めのオリフィス4の間の領域が約7.
2×10-6Torr、検出器2の周囲の領域が約2.2×1
-8Torrの真空度となるよう構成されている。なお、排
気装置としては、排気性能が、0.5m3 /sのものを
用いている。
【0019】ここで、上記オリフィス3、4の構成にお
いて、一段目のオリフィス3の開口部よりも二段めのオ
リフィス4の開口部の径が大きく設定されているのは、
試料6から散乱した粒子が検出器2に到達できるよう
に、散乱粒子の進行方向に向けて検出器2を見込める立
体角を確保するためである。
【0020】上記構成のこの実施の形態のイオン散乱分
光装置では、例えば、試料6としてシリコン半導体ウエ
ハを用い、試料室5内を排気装置12で排気するととも
に、気相成長用ガス供給機構7から所定の気相成長用ガ
ス、例えばシラン(SiH4)等を試料室5内に導入し
て、試料室5内を、例えば10-2Torr程度の気相成長用
ガス雰囲気として試料6にアモルファスシリコンを気相
成長させる。
【0021】そして、これとともに他の排気装置9〜1
1による各領域の排気を行い、各領域を前述した真空度
とし、イオン源および加速器1によって発生させたイオ
ンのパルスビーム(エネルギー例えば数KeV〜数10
0KeV程度)を、検出器2の中央部に設けられた開口
部2aを通過させ、二段めのオリフィス4及び一段目の
オリフィス3を介して、試料6に照射する。
【0022】そして、試料6から散乱した粒子を、検出
器2で検出し、粒子の飛行時間を測定することによっ
て、この粒子の速度(エネルギー)を分析する。
【0023】この時、例えば、Si(100)面の場
合、1モノレーヤ中の分子数は、 1ML=2 /5.431 2 (オングストローム2 ) =6.8 ×1014(atoms /cm2 ) となる。
【0024】一方、気体1モル(mol )は1気圧(atm
)、室温(20℃)で22.4×103 (cm3 )の体積を
持ち、1モル(mol )中には6.02×1023の分子があるこ
とから、1気圧、単位体積中には 6.02×1023(mol -1)/22.4×103 (cm3 /mol /at
m )=2.68×1019(cm-3・atm -1) の分子が存在する。
【0025】そこで、試料6と一段目のオリフィス3と
の間隔(ワーキングディスタンス)が0.3 cm(3 m
m)の場合、ここの断面積をsとすると0.3 s(c
3 )の体積中には、10-2(Torr)=1.32×10-5(atm
)の気圧中では、0.3 s(cm3 )×2.68×1019(c
-3・atm -1)×1.32×10-5(atm )=1.1 ×s×1014
の分子が存在する。
【0026】したがって、単位面積中には、 1.1 ×1014(cm-2) の分子が存在する。この分子数は上記した1モノレーヤ
中の分子数の5分の1程度である。
【0027】したがって、ガスからの散乱収量は試料6
の表面原子からの散乱収量の5分の1程度であり、大き
な違いなく試料6からのイオン散乱分光の測定が可能で
あり、更に、真空度とガスの種類を考慮することによ
り、ガスからの散乱収量を見積もることができ、その散
乱収量を差し引くことで、更に正確な測定も行うことが
できる。
【0028】以上のように、この実施の形態のイオン散
乱分光装置では、ガス中に置かれた試料の分析を行うこ
とができ、気相成長中の膜の状態の分析等を行うことが
できる。
【0029】図2は、本発明の他の実施の形態を示すも
ので、この実施の形態では、図1の場合と比較して、オ
リフィスが、一段目のオリフィス3のみとされ、オリフ
ィスの間の領域から排気を行う排気装置11が省略され
た構成となっている。
【0030】かかる実施の形態に示されるように、試料
室5内において必要とされるガス圧との関係により、例
えば、試料室5内の圧力をより高真空に設定できる場合
は、二段めのオリフィス及びオリフィスの間から排気す
る排気装置を省略することも可能となる。
【0031】なお、上記実施の形態とは逆に、本発明で
は、オリフィスの数をさらに増やして3段以上のオリフ
ィスを設けてもよいことはもちろん、入射イオンビーム
を検出器の中央部を通過させる配置だけではなく、任意
の散乱角に検出器を配置するようにしてもよいこともも
ちろんである。本発明はかかる実施の形態に限定される
ものてはなく、種々の変形が可能であることも、もちろ
んである。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
成膜用ガス等のガス中に置かれた試料の分析を行うこと
のできるイオン散乱分光装置を提供することができ、気
相成長中の膜の状態の分析等を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の概略構成を示す図。
【図2】本発明の他の実施の形態の概略構成を示す図。
【符号の説明】
1………イオン源および加速器 2………検出器 3、4…オリフィス 5………試料室) 6………試料 7………ガス供給機構 8………真空計 9〜12…排気装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン源で発生させたイオンを、加速装
    置で加速して、試料室内に配置された試料に照射し、前
    記試料から散乱した粒子を所定位置に配設された検出器
    によって測定するイオン散乱分光装置において、 前記試料室に、前記試料を処理するための所定のガスを
    導入するガス導入手段と、 前記試料室から排気を行い、当該試料室を所定圧に減圧
    した前記所定ガスの雰囲気とする第1の排気手段と、 前記試料室と前記検出器との間に配置されたオリフィス
    と、 前記検出器近傍から排気を行い、当該検出器近傍を前記
    試料室より高真空の雰囲気とする第2の排気手段とを具
    備したことを特徴とするイオン散乱分光装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のイオン散乱分光装置にお
    いて、 前記オリフィスが、前記試料室側に設けられた第1のオ
    リフィスと、この第1のオリフィスより前記検出器側に
    設けられた第2のオリフィスとからなることを特徴とす
    るイオン散乱分光装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のイオン散乱分光装置にお
    いて、 前記第1のオリフィスと、前記第2のオリフィスとの間
    の領域から排気を行う第3の排気手段を具備したことを
    特徴とするイオン散乱分光装置。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3いずれが1項記載のイオ
    ン散乱分光装置において、 前記検出器が、前記試料から所定距離離れた位置に設け
    られ、散乱した粒子のエネルギーを分析するよう構成さ
    れたことを特徴とするイオン散乱分光装置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4いずれか1項記載のイオ
    ン散乱分光装置において、 前記ガス導入手段が、前記試料室に所定の成膜用ガスを
    導入し、前記試料に所定の膜を形成するよう構成された
    ことを特徴とするイオン散乱分光装置。
JP10151245A 1998-06-01 1998-06-01 イオン散乱分光装置 Pending JPH11345584A (ja)

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EP99110421A EP0962958B1 (en) 1998-06-01 1999-05-28 Ion scattering spectrometer
DE69919625T DE69919625T2 (de) 1998-06-01 1999-05-28 Ionenstreuungsspektrometer
US09/321,853 US6448554B1 (en) 1998-06-01 1999-05-28 Ion scattering spectrometer

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