JPH0894646A - 表面分析装置 - Google Patents

表面分析装置

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JPH0894646A
JPH0894646A JP6254268A JP25426894A JPH0894646A JP H0894646 A JPH0894646 A JP H0894646A JP 6254268 A JP6254268 A JP 6254268A JP 25426894 A JP25426894 A JP 25426894A JP H0894646 A JPH0894646 A JP H0894646A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
probe
ions
mass
analyzed
Prior art date
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Pending
Application number
JP6254268A
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English (en)
Inventor
Masato Kobayashi
正人 小林
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 走査型トンネル顕微鏡(STM)による観察
と同程度のレベルのオーダーの微小領域の分析を可能に
する。 【構成】 試料とプローブとの間に観察電圧よりも高い
原子化電圧を印加して、試料の表面を原子化させ、それ
にレーザー光を照射することにより試料原子をイオン化
する。このイオンを抽出電極で引き出して、質量分析を
行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導電性(半導体を含
む)の試料のごく表面(nmオーダー)の分析を行なう
表面分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、走査型トンネル顕微鏡(Scanning
Tunneling Microscope=STM)が開発され、物質表
面の凹凸を原子レベルのオーダーで観察することができ
るようになった。STMの原理は次の通りである。導電
性の試料と先端を尖鋭にした金属プローブとの間に所定
の電位(通常、0.1〜2V程度)を印加して、両者間
にトンネル電流が流れるまで両者を近づける。このとき
のプローブ先端と試料表面との間の距離は、通常数オン
グストローム程度である。このトンネル電流が一定とな
るようにプローブと試料との間の距離を制御しつつ、プ
ローブを試料の表面に沿って2次元走査することによ
り、試料表面の3次元形状を測定することができる。
【0003】プローブと試料との間に印加する電圧を上
記観察時の電圧よりも高くして試料の表面の原子を除去
することにより、試料表面に微細な加工を行なう方法も
既に開発されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】試料の表面の凹凸をこ
のように高倍率で観察することにより、試料に関する多
くの情報が得られるが、観察により得られた表面の凹凸
像において特異な箇所等が発見された場合、凹凸像のみ
ではそれ以上の解析は不可能である。
【0005】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、STM
による観察と同程度のレベルのオーダーの微小な領域を
分析することのできる表面分析装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る表面分析装置は、 a)先端を尖鋭にしたプローブと、 b)プローブを試料の表面に対して移動可能に保持するプ
ローブ移動手段と、 c)試料及びプローブを囲い、一方の側面にレーザー光導
入口、別の一方の側面にイオン放出口を備えた試料容器
と、 d)試料容器のレーザー光導入口を通してプローブの先端
付近にレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、 e)試料容器のイオン放出口より試料容器内のイオンを抽
出するイオン抽出手段と、 f)イオン抽出手段により抽出されたイオンの質量分析を
行なう質量分析手段と、 g)プローブと試料の表面との間に第1の所定電圧を印加
しつつ、プローブと導電性の試料表面との間を流れるト
ンネル電流が一定の値となるようにプローブ移動手段を
制御するとともに、第1の所定電圧よりも高い第2の所
定電圧を印加することにより試料の表面を原子化する制
御部と、を備えることを特徴としている。
【0007】
【作用】制御部は最初にプローブと試料の表面との間に
第1の所定電圧(通常のSTMにおける観察電圧)を印
加しつつ、プローブと試料表面との間を流れるトンネル
電流が一定の値となるように、プローブ移動手段により
プローブと試料表面との間の距離を調節し、また、プロ
ーブを試料に対して2次元走査させる。なお、もちろ
ん、プローブを固定して試料を移動させてもよいし、両
者を共に移動させてもよい。これにより試料表面の凹凸
像が測定される。次に制御部は、外部(操作者や自動分
析装置の制御部等)から指示された箇所にプローブを移
動させ、そこでプローブと試料との間に第2の所定電圧
を印加する。第2の所定電圧は第1の所定電圧よりも高
いため、試料表面の原子は試料から離れる。試料表面か
ら離れた原子は、レーザー光照射手段からのレーザー光
で照射されることによりイオン化する。このイオンはイ
オン抽出手段により試料容器から引き出され、質量分析
手段により質量分析が行なわれる。これにより、観察さ
れた試料の表面の所望の箇所の分析を行なうことができ
る。
【0008】
【実施例】本発明の一実施例である表面分析装置を図1
〜図4により説明する。本実施例の表面分析装置は図1
(a)に示すように、全体を囲う真空室11の内部に試
料部12、抽出電極13、イオンレンズ14、質量分析
部15及びイオン検出部16の各装置が配置され、ま
た、側面にレーザー光生成部17が装着されて成る。測
定時、真空室11は拡散ポンプ(DP)やターボ分子ポ
ンプ(TMP)、イオンポンプ(IP)等により10-9
〜10-10Torr程度の超高真空に保持される。なお、図
1(a)ではTMP及びDPを例示したが、ポンプの種
類はこれらに限定されるものではなく、いかなる組み合
わせで用いてもかまわない。
【0009】試料部12には、プローブ121と試料1
22を囲う試料室124が設けられている。試料室12
4内は図1に示すように別個の排気系で排気を行なうよ
うにしてもよいが、それを設けずに真空室11と同じ真
空度(上記超高真空)としてもよい。プローブ121は
金属(タングステンW、白金イリジウムPtIr等)製
の針の先端を電界研磨等で尖鋭にしたものであり、プロ
ーブ駆動部123の下部に取り付けられる。プローブ駆
動部123は図2に示すように、プローブ121を保持
するプローブホルダ27と、プローブホルダ27をX、
Y、Zの各方向に駆動する圧電素子製の駆動体24、2
5、26から成る。X、Y方向の駆動体24、25はX
−Y走査回路22から電圧を印加されることにより伸縮
して、プローブ121を試料122の表面に平行に移動
させる。Z方向の駆動体26はZ駆動回路23から電圧
を印加されることにより伸縮して、プローブ121を試
料122の表面に対して垂直に移動させる。導電性のプ
ローブホルダ27と試料122を載置する試料台との間
には直流電圧印加回路32及び電流検出回路31が設け
られる。これらX−Y走査回路22、Z駆動回路23、
直流電圧印加回路32及び電流検出回路31はいずれも
プローブ制御部21に接続される。なお、試料室124
内には、試料台を大きく移動させるための試料移動機構
が備えられているが、図示を省略している。
【0010】図1(b)に示すように、真空室11の側
面に設けられたレーザー光生成部17は、窒素(N2
レーザーを内蔵するレーザー室171と、生成されたレ
ーザー光18を透過させるガラス又は石英製の窓172
から成る。このレーザー光生成部17の窓172に対向
する試料室124の側壁には、レーザー光18を通過さ
せるためのレーザー光孔125が設けられている。な
お、このレーザー光孔125にも、レーザー光18を透
過するガラスや石英等の窓を固定してもよい。
【0011】試料室124の他方の側壁にはイオン抽出
孔126が設けられている。上記イオン抽出電極13は
このイオン抽出孔126に固定されており、試料室12
4内のイオンを電気的にイオンレンズ14の方に引き出
す。イオンレンズ14、質量分析部15及びイオン検出
部16は従来の質量分析装置で用いられているものと同
じものを用いることができる。図1(a)では四重極型
質量分析装置を示しているが、飛行時間型等、その他の
質量分析装置を使用することも可能である。
【0012】図3に示すように、試料部12、レーザー
光生成部17、抽出電極13、イオンレンズ14、質量
分析部15、イオン検出部16の各部はそれぞれに設け
られた制御部21、ドライバ(DR)41〜44及びア
ンプ45を介して分析制御部46に接続されている。分
析制御部46はコンピュータにより構成されており、こ
れには、データ出力用のディスプレイ47及び指示入力
用のマウス48等が接続されている。
【0013】本実施例の表面分析装置により試料122
の表面の分析を行なう際の手順及び装置の動作を図4の
フローチャートにより説明する。まず、分析制御部46
がプローブ制御部21を介して直流電圧印加回路32を
制御することにより、試料122とプローブ121との
間に所定の観察電圧(通常、0.1〜2V程度)を印加
する(ステップS1)。そして、試料台をZ方向に移動
させることにより試料122をプローブ121先端に近
づけ、トンネル電流が流れ始めた時点で試料台を停止す
る。トンネル電流の検出は、電流検出回路31により行
なう。次に、X−Y走査回路22によりプローブ121
を試料122に対して2次元走査し、その間、トンネル
電流の値が一定となるように、Z駆動回路23によりプ
ローブ121を上下させる(ステップS2)。これによ
り、プローブ121の先端は試料122表面との間に所
定の間隔sを保持したまま、試料122の表面の凹凸に
沿って移動する。この間のX−Y走査回路22及びZ駆
動回路23の駆動電圧の変化を3次元表示することによ
り、図3に示すような試料表面の凹凸像が得られる(ス
テップS3)。
【0014】操作者は、ディスプレイ47上の試料表面
の凹凸像を見て、分析したい箇所(図3の×印)をマウ
ス48等の入力機器で分析制御部46に指示する(ステ
ップS4)。分析制御部46は、X−Y走査回路22に
よりプローブ121を指示された箇所に移動し、プロー
ブ121と試料122との間にトンネル電流が流れるま
で両者を近づける(ステップS5)。そして、レーザー
光生成部17から試料室124内へレーザー光18を照
射させるとともに、直流電圧印加回路32によりプロー
ブ121と試料122との間に上記観察電圧よりも高い
電圧(通常、5〜10V程度)を印加する(ステップS
6)。これにより試料122の表面の非常に浅い層(数
原子層)の原子のみが試料122の表面を離れ、揮発す
る。
【0015】揮発した原子はレーザー光18によりイオ
ン化され、抽出電極13により試料室124から引き出
される。引き出されたイオン19は、従来の質量分析装
置と同様、イオンレンズ14により質量分析部15のイ
オン入射口に集束され、質量分析部15及びイオン検出
部16において質量分析される(ステップS7)。質量
分析の結果もディスプレイ47上に表示される(ステッ
プS8)。
【0016】
【発明の効果】従来のEPMA(Electron Probe Micro
Analyzer)、ESCA(Electron Spectroscopy for Ch
emical Analysis)、AES(Auger Electron Spectros
cope)等の分析装置では、分析したい箇所に電子ビーム
を照射することにより分析を行なうものであったため、
分析領域が微小であるといってもその範囲はμmのオー
ダーであった。しかし、本発明に係る表面分析装置では
尖鋭なプローブにより試料表面のごく微小な領域のみを
原子化し、質量分析を行なうため、nmオーダーの領域
の分析を行なうことができる。また、本発明に係る表面
分析装置では、まず通常のSTMと同じ方法により試料
の表面の3次元像を測定することができ、次に、その中
の任意の箇所の質量分析を行なうことができるため、よ
り多面的な試料の解析を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である表面分析装置の構成
を示す縦断面図(a)及び試料部の横断面図(b)。
【図2】 試料部の概略構成図。
【図3】 実施例の表面分析装置の電気的構成を示すブ
ロック図。
【図4】 実施例の表面分析装置による表面分析の手順
を示すフローチャート。
【符号の説明】
11…真空室 12…試料部 121…プローブ 122…試料 123…プローブ駆動部 124…試料室 125…レーザー光孔 126…イオン抽出孔 13…イオン抽出電極 14…イオンレンズ 15…質量分析部 16…イオン検出部 17…レーザー光生成部 18…レーザー光 19…イオン 21…プローブ制御部 31…電流検出回路 32…直流電圧印加回路 46…分析制御部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a)先端を尖鋭にしたプローブと、 b)プローブを試料の表面に対して移動可能に保持するプ
    ローブ移動手段と、 c)試料及びプローブを囲い、一方の側面にレーザー光導
    入口、別の一方の側面にイオン放出口を備えた試料容器
    と、 d)試料容器のレーザー光導入口を通してプローブの先端
    付近にレーザー光を照射するレーザー光照射手段と、 e)試料容器のイオン放出口より試料容器内のイオンを抽
    出するイオン抽出手段と、 f)イオン抽出手段により抽出されたイオンの質量分析を
    行なう質量分析手段と、 g)プローブと試料の表面との間に第1の所定電圧を印加
    しつつ、プローブと導電性の試料表面との間を流れるト
    ンネル電流が一定の値となるようにプローブ移動手段を
    制御するとともに、第1の所定電圧よりも高い第2の所
    定電圧を印加することにより試料の表面を原子化する制
    御部と、を備えることを特徴とする表面分析装置。
JP6254268A 1994-09-22 1994-09-22 表面分析装置 Pending JPH0894646A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001083066A (ja) * 1999-09-14 2001-03-30 Jeol Ltd 走査プローブ顕微鏡
WO2002093615A1 (en) 2001-03-26 2002-11-21 Kanazawa Institute Of Technology Scanning atom probe and analysis method using scanning atom probe
WO2003008941A2 (en) * 2001-07-17 2003-01-30 Bioforce Nanosciences, Inc. Combined molecular blinding detection through force microscopy and mass spectrometry
WO2004017019A1 (de) * 2002-07-24 2004-02-26 Jpk Instruments Ag Verfahren zur örtlich hochaufgelösten, massenspektroskopischen charakterisierung von oberflächen mittels einer rastersondentechnik
US7060448B2 (en) 2000-10-10 2006-06-13 Bioforce Nanosciences, Inc. Evaluating binding affinities by force stratification and force panning

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001083066A (ja) * 1999-09-14 2001-03-30 Jeol Ltd 走査プローブ顕微鏡
US7060448B2 (en) 2000-10-10 2006-06-13 Bioforce Nanosciences, Inc. Evaluating binding affinities by force stratification and force panning
WO2002093615A1 (en) 2001-03-26 2002-11-21 Kanazawa Institute Of Technology Scanning atom probe and analysis method using scanning atom probe
WO2003008941A2 (en) * 2001-07-17 2003-01-30 Bioforce Nanosciences, Inc. Combined molecular blinding detection through force microscopy and mass spectrometry
WO2003008941A3 (en) * 2001-07-17 2003-05-30 Bioforce Nanosciences Inc Combined molecular blinding detection through force microscopy and mass spectrometry
WO2004017019A1 (de) * 2002-07-24 2004-02-26 Jpk Instruments Ag Verfahren zur örtlich hochaufgelösten, massenspektroskopischen charakterisierung von oberflächen mittels einer rastersondentechnik
CN1311221C (zh) * 2002-07-24 2007-04-18 Jpk仪器股份公司 扫描强力显微镜装置及其用途
US7442922B2 (en) 2002-07-24 2008-10-28 Jpk Instruments Ag Method for locally highly resolved, mass-spectroscopic characterization of surfaces using scanning probe technology

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