JP2015052561A - 二次イオン質量分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二次イオン質量分析に、試料に対し一次イオンとしてオゾンイオンを照射する照射部200を備えた二次イオン質量分析装置を用いる。一次イオンにオゾンイオンを用いることで、試料の表面層の酸化状態が効率的に安定化され、一次イオンの照射に伴うスパッタリングが安定的に進行するまでの時間が短縮される。それにより、試料の極表面から、スパッタリング収率、二次イオン化率の安定化が図られ、二次イオン質量分析の精度向上が図られる。
【選択図】図2
Description
図1に示す二次イオン質量分析装置100は、照射部200及び検出部300を備えている。尚、図1には、二次イオン質量分析装置100内に、分析対象の試料1をセットした状態を模式的に図示している。また、図1には、二次イオン質量分析装置100による二次イオン質量分析の際の、一次イオンの照射及び二次イオンの発生(放出)を、矢印で模式的に図示している。
上記のような二次イオン質量分析装置100の照射部200に、ここでは、酸素に比べて酸化力の強いオゾンを生成、イオン化し、一次イオンとして照射可能なものを用いる。
照射部200は、オゾン生成部210、プラズマ生成部220、イオン選別部230、電子光学系240、及びチャンバー250を有している。
プラズマ生成部220は、オゾン生成部210で生成されたオゾンを用い、オゾンイオンを含むプラズマを生成する。
電子光学系240は、イオン選別部230で選別されたオゾンイオンをビーム状に収束し、収束したオゾンイオンのビームを照射部200の外部へ、例えば試料1の表面に対して斜め或いは垂直に、出射する。
まず、オゾン生成部210について説明する。
第1オゾン生成機構211は、酸素を含むガス源213に配管214で接続され、その配管214を通じて供給されるガスに含まれる酸素を用いてオゾンを生成する。ガス源213には、酸素ボンベ、例えば、高純度酸素(純度99.9%以上)が圧縮充填された酸素ボンベを用いることができる。
第2オゾン生成機構212は、第1オゾン生成機構211に配管215で接続され、その配管215を通じて供給されるガスに含まれる酸素を用いてオゾンを生成する。例えば、第2オゾン生成機構212は、第1オゾン生成機構211で生成されたオゾンが第2オゾン生成機構212に到達するまでの間に分解することで生じた酸素、第1オゾン生成機構211でオゾン化されなかった酸素を用いて、オゾンを生成する。
O2+E1→O+O・・・(1)
O+O2+M→O3+M・・・(2)
O3+E2→O2+O・・・(3)
O+O3→O2+O2・・・(4)
式(1)〜(4)において、O2は酸素分子、Oは酸素原子、O3はオゾンであり、E1,E2はエネルギー、Mは第3体(酸素等)である。
図3に示すオゾン生成機構410は、容器411、電極対412及び交流パルス電圧生成回路413を有している。
交流パルス電圧生成回路413は、容器411の外部に設けられ、容器411の内部に設けられた電極対412に接続されている。交流パルス電圧生成回路413は、例えば高周波の交流パルス電圧信号を電極対412に供給し、電極対412の間に交流パルス電圧を印加し、電極対412の間に放電(無声放電)412aを生じさせる。
この場合、オゾン生成機構410の入口411aを、上記のガス源213に繋がる配管214と接続し、出口411bを、上記の第2オゾン生成機構212に繋がる配管215と接続する。第1オゾン生成機構211は、ガス源213から供給されるガスに含まれる酸素から、放電を利用してオゾンを生成し、生成したオゾンを含むガスを、第2オゾン生成機構212側に供給する。
図4に示すオゾン生成機構420は、容器421、ランプ422及び電源423を有している。
尚、ここでは一例として、容器421の内部にランプ422を設ける場合を示したが、容器421を、ランプ422から照射される光が容器421の内部に届くような材料を用いて形成し、そのような容器421の外部にランプ422(図4に点線で図示)を設けるようにしてもよい。
図4に示すオゾン生成機構420では、酸素を含むガスが、容器421の入口421aから流入する。電源423によりランプ422が発光し、ランプ422による光の照射により、入口421aから容器421の内部に流入したガスに含まれる酸素からオゾンが生成される。生成されたオゾンは、容器421の出口421bから流出する。
この場合、オゾン生成機構420の入口421aを、上記の第1オゾン生成機構211に繋がる配管215と接続し、出口421bを、上記のプラズマ生成部220に繋がる配管217と接続する。第2オゾン生成機構212は、第1オゾン生成機構211側から供給されるガスに含まれる酸素から、光照射を利用してオゾンを生成し、生成したオゾンを含むガスを、プラズマ生成部220側に供給する。
上記の図2に示すように、プラズマ生成部220は、イオン化室221、引き出し電極222及び加速電極223を有している。
プラズマ生成部220で生成され加速されたプラズマ中には、上記のように、オゾンイオンのほか、酸素原子イオン、酸素分子イオンが含まれ得る。イオン選別部230は、加速されたプラズマ中に含まれるオゾンイオンを、質量分離によって分離する。
上記の図2に示すように、電子光学系240は、コンデンサーレンズ241、ビームブランキング242、対物レンズ243及びスキャンレンズ244を有している。
図5は試料に対する一次イオン照射時の様子を模式的に示す図である。尚、図5(A)は一次イオンの照射開始直後の様子を模式的に示す図、図5(B)は一次イオンの照射開始から一定時間経過後の様子を模式的に示す図である。
図6には、試料1としてシリコン(Si)基板を用い、一次イオンとして酸素イオン、オゾンイオンを用いたそれぞれの場合の二次イオン強度の検出結果を示している。一次イオンとして酸素イオン、オゾンイオンのいずれを用いた場合についても、二次イオンとして、16O+,30Si+,28Si16O+,28Si2 +を検出している。
(付記1) 試料に対し、一次イオンとしてオゾンイオンを照射する照射部と、
前記一次イオンの照射によって前記試料から発生する二次イオンを検出する検出部と
を備えることを特徴とする二次イオン質量分析装置。
オゾンを生成する第1生成部と、
前記第1生成部で生成されたオゾンを用い、オゾンイオンを含むプラズマを生成する第2生成部と、
前記第2生成部で生成された前記プラズマからオゾンイオンを選別する選別部と、
前記選別部で選別されたオゾンイオンをビーム状に収束し照射する電子光学系と
を含むことを特徴とする付記1に記載の二次イオン質量分析装置。
酸素を含むガス源に第1配管で接続され、前記第1配管から供給されるガスに含まれる酸素を用いてオゾンを生成する第1オゾン生成機構と、
前記第1オゾン生成機構に第2配管で接続され、前記第2配管から供給されるガスに含まれる酸素を用いてオゾンを生成する第2オゾン生成機構と
を含むことを特徴とする付記2に記載の二次イオン質量分析装置。
前記第2オゾン生成機構、前記第2生成部、前記選別部及び前記電子光学系は、真空環境内に配置されることを特徴とする付記3に記載の二次イオン質量分析装置。
前記バルブを調整することによって、前記第1オゾン生成機構側のガスに含まれるオゾン濃度が調整されることを特徴とする付記3又は4に記載の二次イオン質量分析装置。
前記照射部により、試料に対し、一次イオンとしてオゾンイオンを照射し、
前記検出部により、前記一次イオンの照射によって前記試料から発生する二次イオンを検出することを特徴とする二次イオン質量分析方法。
100 二次イオン質量分析装置
200 照射部
210 オゾン生成部
211 第1オゾン生成機構
212 第2オゾン生成機構
213 ガス源
214,215,217 配管
216 バルブ
220 プラズマ生成部
221 イオン化室
222 引き出し電極
223 加速電極
230 イオン選別部
240 電子光学系
241 コンデンサーレンズ
242 ビームブランキング
243 対物レンズ
244 スキャンレンズ
250 チャンバー
260 ビーム
300 検出部
310 質量分析計
320 二次イオン検出器
410,420 オゾン生成機構
411,421 容器
411a,421a 入口
411b,421b 出口
412 電極対
412a 放電
413 交流パルス電圧生成回路
422 ランプ
423 電源
Claims (5)
- 試料に対し、一次イオンとしてオゾンイオンを照射する照射部と、
前記一次イオンの照射によって前記試料から発生する二次イオンを検出する検出部と
を備えることを特徴とする二次イオン質量分析装置。 - 前記照射部は、
オゾンを生成する第1生成部と、
前記第1生成部で生成されたオゾンを用い、オゾンイオンを含むプラズマを生成する第2生成部と、
前記第2生成部で生成された前記プラズマからオゾンイオンを選別する選別部と、
前記選別部で選別されたオゾンイオンをビーム状に収束し照射する電子光学系と
を含むことを特徴とする請求項1に記載の二次イオン質量分析装置。 - 前記第1生成部は、
酸素を含むガス源に第1配管で接続され、前記第1配管から供給されるガスに含まれる酸素を用いてオゾンを生成する第1オゾン生成機構と、
前記第1オゾン生成機構に第2配管で接続され、前記第2配管から供給されるガスに含まれる酸素を用いてオゾンを生成する第2オゾン生成機構と
を含むことを特徴とする請求項2に記載の二次イオン質量分析装置。 - 前記第1オゾン生成機構は、前記第1配管から供給されるガスに電圧を印加することによってオゾンを生成することを特徴とする請求項3に記載の二次イオン質量分析装置。
- 前記第2オゾン生成機構は、前記第2配管から供給されるガスに光を照射することによってオゾンを生成することを特徴とする請求項3又は4に記載の二次イオン質量分析装置。
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