JPH08122283A - Surface analysis method - Google Patents
Surface analysis methodInfo
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- JPH08122283A JPH08122283A JP6254025A JP25402594A JPH08122283A JP H08122283 A JPH08122283 A JP H08122283A JP 6254025 A JP6254025 A JP 6254025A JP 25402594 A JP25402594 A JP 25402594A JP H08122283 A JPH08122283 A JP H08122283A
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 100 個以上の原子または分子から構成されて
いる粒子を減圧雰囲気中で被分析試料に照射することに
より、エッチングの効率を下げず、被分析試料の結合状
態や組成に変化を与えずに、被分析試料を削って深さ方
向の正確な元素分析等を行う方法を提供する。
【構成】 真空槽1 には、ガスクラスター2 を発生させ
るクラスター源3,差動排気用の仕切板4,真空排気系5-7,
発生したガスクラスターをイオン化するイオン化部8,加
速部9,質量分離部10, 走査部11からなる加工用イオンラ
イン12が接続されている。試料台13上に被分析試料14を
載せ、加工用イオンライン12からガスクラスターイオン
15を照射してエッチングを行うとともに、励起ビームと
してＸ線源16からＸ線17を照射し、被分析試料14の表面
から放出される光電子18を検知・分析する光電子検知部
19によって、被分析試料の元素の結合状態を調べる。
(57) [Abstract] [Purpose] By irradiating the sample to be analyzed with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere, the efficiency of etching is not lowered and the bonding state of the sample to be analyzed and the like. Provided is a method for performing accurate elemental analysis in the depth direction by scraping a sample to be analyzed without changing the composition. [Constitution] The vacuum tank 1 has a cluster source 3 for generating gas clusters 2, a differential exhaust partition plate 4, a vacuum exhaust system 5-7,
A processing ion line 12 including an ionization unit 8 for ionizing the generated gas clusters, an acceleration unit 9, a mass separation unit 10, and a scanning unit 11 is connected. Place the sample to be analyzed 14 on the sample table 13 and then from the processing ion line 12 to gas cluster ions.
A photoelectron detector that irradiates 15 to perform etching, irradiates X-rays 17 from an X-ray source 16 as an excitation beam, and detects and analyzes photoelectrons 18 emitted from the surface of the sample 14 to be analyzed.
19, the binding state of elements of the sample to be analyzed is examined.
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体・電子部品等の
材料・デバイスにおける表面分析方法に関するものであ
り、特に深さ方向の元素分析などの情報を得るための分
析方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface analysis method for materials and devices such as semiconductors and electronic parts, and more particularly to an analysis method for obtaining information such as elemental analysis in the depth direction.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の表面分析方法において、例えばＸ
線を被分析試料に照射し、試料表面から放出される電子
（光電子）のエネルギーを計測して、試料表面付近の元
素の結合状態を調べるＸ線光電子分析法（X-ray Photoe
lectron Spectroscopy：ＸＰＳ）を、試料の深さ方向に
対して行う場合には、Ａｒ+ などの単分子イオンを被分
析試料に照射し、スパッタリングによって被分析試料を
削りながらＸＰＳを測定するという方法等があった。ま
た、Ｃｓ+ ，Ｏ2 +などの単分子イオンを被分析試料に照
射し、スパッタリングによって被分析試料を削り、同時
に試料表面から放出されるイオンを質量分析して、試料
の元素組成を定量する二次イオン質量分析法（Secondar
y Ion Mass Spectroscopy：ＳＩＭＳ）等があった。2. Description of the Related Art In the conventional surface analysis method, for example, X
X-ray photoemission method (X-ray photoemission method) that irradiates a sample to be analyzed with a sample and measures the energy of electrons (photoelectrons) emitted from the sample surface to examine the bonding state of elements near the sample surface.
lectron spectroscopy (XPS) in the depth direction of the sample, the XPS is measured while irradiating the sample to be analyzed with single-molecule ions such as Ar + and scraping the sample to be analyzed by sputtering. was there. Further, the sample to be analyzed is irradiated with monomolecular ions such as Cs + and O 2 + , the sample to be analyzed is scraped by sputtering, and at the same time, the ions emitted from the sample surface are subjected to mass spectrometry to quantify the elemental composition of the sample. Secondary ion mass spectrometry (Secondar
y Ion Mass Spectroscopy (SIMS).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で、Ａｒ+
などの単分子イオンを被分析試料に照射し、スパッタリ
ングによって被分析試料を削りながらＸＰＳ，ＳＩＭＳ
等の表面分析を行う方法は、以下のような課題があっ
た。すなわちＡｒ+ などの単分子イオンを被分析試料に
照射し、スパッタリングによって被分析試料を削りなが
らＸＰＳを測定する場合、試料を効率よく削るために、
数ｋｅＶ〜１０ｋｅＶ程度に加速したＡｒ+を用いる。
このＡｒ+ の照射によって、被分析試料を構成する原子
の変位や結合の切断、さらに結合状態の変化等が生じて
しまうため（D. Leinen 他：Surfaceand Interface Ana
lysis, Vol.20, pp.941-948, 1993）、深さ方向に対す
る正確な結合状態を測定することができないという課題
があった。またＣｓ+ ，Ｏ2 +などの単分子イオンを被分
析試料に照射し、スパッタリングによって被分析試料を
削ってＳＩＭＳを測定する場合、エッチングの効率及び
二次イオンの発生効率を高めるため、数ｋｅＶ〜十数ｋ
ｅＶ程度に加速したイオンを用いる。このようなエネル
ギーのイオンの照射によって、被分析試料を構成する原
子が変位、反跳されるため、深さ方向に対する正確な元
素組成を測定することができないという問題があった。In the prior art, Ar +
Irradiating the sample to be analyzed with mono-molecular ions such as XPS and SIMS while scraping the sample to be analyzed by sputtering
The method of performing surface analysis such as the above has the following problems. That is, in the case of irradiating a sample to be analyzed with a single molecule ion such as Ar + and measuring XPS while scraping the sample to be analyzed by sputtering, in order to efficiently scrape the sample,
Ar + accelerated to several keV to 10 keV is used.
This Ar + irradiation causes displacement of atoms constituting the sample to be analyzed, breaking of bonds, and change of bonding state (D. Leinen et al .: Surface and Interface Ana
lysis, Vol.20, pp.941-948, 1993), there was a problem that it was not possible to measure the accurate bonding state in the depth direction. In addition, when a sample to be analyzed is irradiated with monomolecular ions such as Cs + and O 2 + and the sample to be analyzed is scraped by sputtering and SIMS is measured, in order to improve etching efficiency and secondary ion generation efficiency, several keV is used. ~ Dozens k
Ions accelerated to about eV are used. The irradiation of the ions with such energy causes displacement and recoil of the atoms constituting the sample to be analyzed, so that there is a problem that an accurate elemental composition in the depth direction cannot be measured.
【０００４】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、被分析試料を構成する元素の結合状態や組成を変化
させることなく削り、表面分析を行うことによって、深
さ方向についての正確な物性を測定する表面分析方法を
提供することを目的とする。In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention carries out surface analysis by shaving without changing the bonding state or composition of the elements constituting the sample to be analyzed, and thus accurate physical properties in the depth direction. It is an object of the present invention to provide a surface analysis method for measuring.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１番目の表面分析方法は、１００個以上
の原子または分子から構成されている粒子を減圧雰囲気
中で被分析試料に照射し、前記試料表面から放出される
中性粒子，イオン，電子，電磁波から選ばれる少なくと
も一つを計測するという構成を備えたものである。In order to achieve the above object, the first surface analysis method of the present invention provides a sample to be analyzed with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere. It is provided with a configuration of irradiating and measuring at least one selected from neutral particles, ions, electrons and electromagnetic waves emitted from the surface of the sample.
【０００６】本発明の第２番目の表面分析方法は、１０
０個以上の原子または分子から構成されている粒子を減
圧雰囲気中で被分析試料に照射しながら、励起用のビー
ムを照射し、前記試料表面から放出される中性粒子，イ
オン，電子，電磁波から選ばれる少なくとも一つを計測
するという構成を備えたものである。The second surface analysis method of the present invention is 10
Neutral particles, ions, electrons, electromagnetic waves emitted from the surface of the sample by irradiating the sample to be analyzed with particles composed of zero or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere while irradiating the beam for excitation. It is provided with a configuration for measuring at least one selected from
【０００７】本発明の第３番目の表面分析方法は、１０
０個以上の原子または分子から構成されている粒子を減
圧雰囲気中で被分析試料に照射した後に、励起用のビー
ムを照射し、前記試料表面から放出される中性粒子，イ
オン，電子，電磁波から選ばれる少なくとも一つを計測
するという構成を備えたものである。The third surface analysis method of the present invention is 10
Neutral particles, ions, electrons, electromagnetic waves emitted from the sample surface by irradiating a sample to be analyzed with particles composed of 0 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere and then irradiating a beam for excitation. It is provided with a configuration for measuring at least one selected from
【０００８】前記第１〜３番目の発明の構成において
は、被分析試料に照射する粒子が、１ｋｅＶ以上に加速
されたイオンであることが好ましい。また前記第２〜３
番目の発明の構成においては、励起用のビームとして、
イオンビーム、中性子ビーム、電子線、Ｘ線、レーザ
ー、電磁波から選ばれる少なくとも一つを用いることが
好ましい。In the structures of the first to third inventions, it is preferable that the particles to be irradiated on the sample to be analyzed are ions accelerated to 1 keV or more. Also, the second to third
In the configuration of the second invention, as the beam for excitation,
It is preferable to use at least one selected from an ion beam, a neutron beam, an electron beam, an X-ray, a laser, and an electromagnetic wave.
【０００９】また前記第１〜３番目の発明の構成におい
ては、被分析試料に照射する粒子を構成する原子として
不活性ガス原子を用いることが好ましい。Further, in the first to third aspects of the invention, it is preferable to use an inert gas atom as an atom constituting the particle with which the sample to be analyzed is irradiated.
【００１０】[0010]
【作用】前記した本発明の第１番目の表面分析方法によ
れば、１００個以上の原子または分子から構成されてい
る粒子を減圧雰囲気中で被分析試料に照射し、前記試料
表面から放出される中性粒子，イオン，電子，電磁波か
ら選ばれる少なくとも一つを計測することにより、被分
析試料を構成する元素の結合状態や組成を変化させるこ
となく削り、深さ方向についての正確な物性を測定でき
る。According to the first surface analysis method of the present invention described above, the sample to be analyzed is irradiated with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere and is released from the surface of the sample. By measuring at least one selected from neutral particles, ions, electrons, and electromagnetic waves, it is possible to shave without changing the binding state or composition of the elements that make up the sample to be analyzed, and to obtain accurate physical properties in the depth direction. Can be measured.
【００１１】また本発明の第２番目の表面分析方法によ
れば、１００個以上の原子または分子から構成されてい
る粒子を減圧雰囲気中で被分析試料に照射しながら、励
起用のビームを照射し、前記試料表面から放出される中
性粒子，イオン，電子，電磁波から選ばれる少なくとも
一つを計測することにより、被分析試料を構成する元素
の結合状態や組成を変化させることなく削り、深さ方向
についての正確な物性を測定できる。According to the second surface analysis method of the present invention, the beam for excitation is irradiated while the sample to be analyzed is irradiated with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere. Then, by measuring at least one selected from neutral particles, ions, electrons, and electromagnetic waves emitted from the sample surface, it is possible to shave and deepen without changing the bonding state or composition of elements constituting the sample to be analyzed. Accurate physical properties can be measured in the vertical direction.
【００１２】また本発明の第３番目の表面分析方法によ
れば、１００個以上の原子または分子から構成されてい
る粒子を減圧雰囲気中で被分析試料に照射した後に、励
起用のビームを照射し、前記試料表面から放出される中
性粒子，イオン，電子，電磁波から選ばれる少なくとも
一つを計測することにより、被分析試料を構成する元素
の結合状態や組成を変化させることなく削り、深さ方向
についての正確な物性を測定できる。According to the third surface analysis method of the present invention, after the particles to be analyzed are irradiated with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere, a beam for excitation is irradiated. Then, by measuring at least one selected from neutral particles, ions, electrons, and electromagnetic waves emitted from the sample surface, it is possible to shave and deepen without changing the bonding state or composition of elements constituting the sample to be analyzed. Accurate physical properties can be measured in the vertical direction.
【００１３】以上の通り、１００個以上の原子または分
子から構成されている粒子を減圧雰囲気中で被分析試料
に照射するという手段を用いることにより、エッチング
の効率を下げることなく、被分析試料の結合状態や組成
に変化を与えることなく、被分析試料を削って深さ方向
の分析を行うことができる。また照射する粒子（ガスク
ラスター）を構成する原子または分子の数としては、後
に説明するラテラルスパッタの効果を得るために、１０
０個以上であることが必要で、さらに原子または分子の
数の範囲としては１００〜１００００個であることが、
ガスクラスターの生成効率が大きく望ましい。As described above, by using a means of irradiating the sample to be analyzed with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere, the sample to be analyzed can be treated without lowering the etching efficiency. The sample to be analyzed can be shaved and analyzed in the depth direction without changing the binding state or composition. Further, the number of atoms or molecules constituting the particles (gas clusters) to be irradiated is set to 10 in order to obtain the effect of lateral sputtering described later.
It is necessary that the number is 0 or more, and the number of atoms or molecules is 100 to 10,000.
Gas cluster production efficiency is large and desirable.
【００１４】また、被分析試料に照射する粒子が、１ｋ
ｅＶ以上に加速されたイオンであるという好ましい構成
をとることにより、より高いエッチング効率で試料を削
って深さ方向の分析を行うことができる。さらに、１０
０個以上の原子または分子から構成されている粒子を減
圧雰囲気中で被分析試料に照射することと交互または同
時に、励起用のイオンビーム、中性子ビーム、電子線、
Ｘ線、レーザー、電磁波のいづれか照射するという好ま
しい構成をとることにより、多様な分析を行うことが出
来る。さらにまた、被分析試料に照射する粒子を構成す
る原子として不活性ガス原子を用いるという好ましい構
成をとることにより、被分析試料の構成原子と化学的に
反応することなく、より精密な分析を行うことができ
る。Further, the particle irradiated to the sample to be analyzed is 1 k
By adopting a preferable structure in which the ions are accelerated to eV or higher, the sample can be scraped with a higher etching efficiency and the analysis in the depth direction can be performed. Furthermore, 10
Alternately or simultaneously with irradiating the sample to be analyzed with particles composed of 0 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere, an ion beam for excitation, a neutron beam, an electron beam,
A variety of analyzes can be carried out by adopting a preferable structure of irradiating either X-ray, laser or electromagnetic wave. Furthermore, by adopting a preferable configuration in which an inert gas atom is used as an atom constituting a particle to be irradiated to the sample to be analyzed, more precise analysis can be performed without chemically reacting with a constituent atom of the sample to be analyzed. be able to.
【００１５】[0015]
【実施例】以下図面を用い本発明の第１実施例について
さらに詳しく説明する。図１は本発明に係る表面分析方
法の第１実施例の装置概略図であり、図２は本発明に係
る表面分析方法の第１実施例の工程概略図である。真空
槽１には、数１００〜数千個の分子からなるガスクラス
ター２を発生させるクラスター源３、差動排気用の仕切
板４、真空排気系５，６，７、発生したガスクラスター
２をイオン化するイオン化部８、加速部９、質量分離部
１０、走査部１１からなる加工用イオンライン１２が接
続されている。試料台１３上に被分析試料１４を載せ、
加工用イオンライン１２からガスクラスターイオン１５
を照射してエッチングを行うとともに、励起ビームとし
てＸ線源１６からＸ線１７を照射し、被分析試料１４の
表面から放出される光電子１８を検知・分析する光電子
検知部１９によって、被分析試料を構成する元素の結合
状態を調べる。本実施例では、ＸＰＳ分析と組み合わせ
た例を示しているが、励起ビームとして電子線を用い
て、試料から放出される電子（オージェ電子，二次電子
等）や反射した電子、透過した電子等を分析してもよ
く、また励起ビームとしてレーザー光を用いて、試料か
ら放出される光（蛍光）や電子等を分析してもよい。こ
こで、ガスクラスターを発生させる条件としては、ガス
導入管２０からガスを導入してガスクラスター源３内の
圧力を２気圧以上とし、クラスター源３出口付近の圧力
を真空排気系５により排気して０．１Ｐａとする。この
条件でガスクラスター源の出口のノズルを通過したＡｒ
分子は、断熱膨張による過飽和状態を経過して凝集し、
数１００個以上のＡｒ分子からなるガスクラスター（Ａ
ｒn ：ｎ≧１００）を生成する。このＡｒクラスターを
イオン化部７で熱電子によりイオン化し、加速部８で電
界により加速して、質量分離部９に輸送する。質量分離
の方法としては、減速電界，電界レンズの収差，Ｅ×Ｂ
フィルター（イー・クロス・ビー・フィルター、または
ウィーン・フィルターともいう），磁界等を用いる。本
実施例では、磁界を用いた質量分離を示しているが、減
速電界法による質量分離の場合には、加速電極の後段に
減速電極を設けることで質量分離を行うため、質量分離
部が直線状になるとともに装置構成が簡易になる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The first embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an apparatus schematic view of a first embodiment of the surface analysis method according to the present invention, and FIG. 2 is a process schematic view of the first embodiment of the surface analysis method according to the present invention. In the vacuum tank 1, a cluster source 3 for generating a gas cluster 2 composed of several hundreds to several thousands of molecules, a partition plate 4 for differential exhaust, vacuum exhaust systems 5, 6, 7 and the generated gas cluster 2 are provided. A processing ion line 12 including an ionization unit 8 for ionization, an acceleration unit 9, a mass separation unit 10, and a scanning unit 11 is connected. Place the sample 14 to be analyzed on the sample table 13,
From processing ion line 12 to gas cluster ions 15
The sample to be analyzed is detected by the photoelectron detection unit 19 which detects and analyzes the photoelectrons 18 emitted from the surface of the sample to be analyzed 14 by irradiating the substrate with X-rays as an excitation beam and irradiating the substrate with X-rays 17 as an excitation beam. Examine the bonding state of the elements that make up. In the present embodiment, an example in which it is combined with XPS analysis is shown. However, by using an electron beam as an excitation beam, electrons (Auger electrons, secondary electrons, etc.) emitted from the sample, reflected electrons, transmitted electrons, etc. May be analyzed, or light (fluorescence) or electrons emitted from the sample may be analyzed by using a laser beam as an excitation beam. Here, as a condition for generating the gas cluster, the gas is introduced from the gas introduction pipe 20 so that the pressure in the gas cluster source 3 is 2 atm or more, and the pressure near the outlet of the cluster source 3 is exhausted by the vacuum exhaust system 5. To 0.1 Pa. Under this condition, Ar that has passed through the nozzle at the outlet of the gas cluster source
Molecules aggregate through supersaturation due to adiabatic expansion,
Gas cluster consisting of several hundred or more Ar molecules (A
r n : n ≧ 100) is generated. The Ar clusters are ionized by thermoelectrons in the ionization section 7, accelerated by the electric field in the acceleration section 8, and transported to the mass separation section 9. Mass separation methods include deceleration electric field, aberration of electric field lens, and E × B.
A filter (also called an e-cross bee filter or a Wien filter), a magnetic field, etc. are used. In this example, the mass separation using the magnetic field is shown.However, in the case of the mass separation by the deceleration electric field method, the mass separation is performed by providing the deceleration electrode after the acceleration electrode. And the device configuration becomes simple.
【００１６】また、電界レンズの収差を用いる場合に
は、ビームを収束させる電界レンズの後段に、所望のイ
オン種が通過できる開口部を設けることによって質量分
離を行うため、減速電極と同様に質量分離部が直線状に
なるとともに装置構成が簡易になる。以上のような質量
分離部において、イオンの加速エネルギーを１０ｋｅ
Ｖ、質量分離条件をＡｒ250 +（Ｚ／ｑ＝４５００）とす
ることにより、分離されたガスクラスターイオン１５
は、１原子あたりの運動エネルギーが等価的に４０ｅＶ
という低いエネルギーとなる。このエネルギーで被分析
試料１４に照射したガスクラスターイオン１５（Ａｒ
250 +）は（図２−ａ）、試料表面との衝突（図２−ｂ）
で壊れるとともに、最表面の原子２２を剥ぎ取る様にた
たき出す（ラテラルスパッタ：図２−ｃ）。When the aberration of the electric field lens is used, mass separation is performed by providing an opening through which the desired ion species can pass after the electric field lens for converging the beam. The separating section becomes linear and the device configuration becomes simple. In the mass separation unit as described above, the acceleration energy of ions is set to 10 ke
V, mass separation conditions were set to Ar 250 + (Z / q = 4500), and the separated gas cluster ions 15
Has equivalent kinetic energy of 40 eV per atom
That is low energy. The gas cluster ions 15 (Ar
250 + ) (Fig. 2-a), collision with the sample surface (Fig. 2-b)
It is broken by and is knocked out so that the atom 22 on the outermost surface is peeled off (lateral spatter: FIG. 2-c).
【００１７】従って単分子イオンでスパッタする場合の
ように、被分析試料１４を構成する原子を変位・反跳さ
せたり、各元素間の結合状態を変化させることがなく、
被分析試料１４を削る。なお、このときの加速電圧とし
ては、イオンの引き出しや輸送・レンズ系の効率などか
ら、１ｋｅＶ以上であることが好ましい。Therefore, unlike the case of sputtering with monomolecular ions, the atoms constituting the sample to be analyzed 14 are not displaced or recoiled, or the bonding state between the elements is not changed.
The sample 14 to be analyzed is scraped. The acceleration voltage at this time is preferably 1 keV or more from the standpoint of extraction of ions, efficiency of transportation / lens system, and the like.
【００１８】また照射する粒子（ガスクラスター）を構
成する原子または分子の数としては、上記のようなラテ
ラルスパッタの効果を得るために、１００個以上である
ことが好ましく、さらに原子或いは分子の数の範囲とし
ては１００〜１００００個であることが、ガスクラスタ
ーの生成効率が大きく望ましい。さらに、分析の種類に
依存するが、分析時に被分析試料を構成分子と化学的な
反応を起こさずに分析を行う場合には、本実施例のよう
に不活性ガス原子で構成されたガスクラスターイオンを
用いることが好ましい。以上のようなガスクラスターイ
オン１５の照射によるエッチングと交互または同時に、
Ｘ線１７を試料１４表面に照射し、光電子１８を放出さ
せる（図２−ｄ）。本実施例では同一真空槽内で被分析
試料のエッチングと分析を行っているが、ゲートバルブ
などで連結された別々の真空槽で被分析試料のエッチン
グと分析とを別々に行ってもよい。また透過電子顕微鏡
で分析する場合などのように、分析の種類によっては独
立した別々の装置で被分析試料のエッチングと分析とを
別々に行ってもよい。構成元素の結合状態の変化やミキ
シングを生ずることなく、深さ方向について正確に分析
を行う。Further, the number of atoms or molecules constituting the particles (gas clusters) to be irradiated is preferably 100 or more in order to obtain the effect of the lateral sputtering as described above, and the number of atoms or molecules is further increased. It is desirable that the range is 100 to 10,000, because the gas cluster generation efficiency is large. Further, depending on the type of analysis, when the sample to be analyzed is analyzed without causing a chemical reaction with the constituent molecules at the time of analysis, a gas cluster composed of inert gas atoms as in this example is used. It is preferable to use ions. Alternately or simultaneously with the etching by irradiation with the gas cluster ions 15 as described above,
The surface of the sample 14 is irradiated with X-rays 17 to emit photoelectrons 18 (FIG. 2-d). In this embodiment, the sample to be analyzed is etched and analyzed in the same vacuum chamber, but the sample to be analyzed may be separately etched and analyzed in different vacuum chambers connected by a gate valve or the like. Further, as in the case of analysis with a transmission electron microscope, etching of a sample to be analyzed and analysis may be performed separately by different independent devices depending on the type of analysis. Accurate analysis is performed in the depth direction without changing the bonding state of the constituent elements or mixing.
【００１９】次に図面を用い本発明の第２実施例につい
てさらに詳しく説明する。図３は本発明に係る表面分析
方法の第２実施例の装置概略図である。真空槽２３に
は、数１００〜数千個の分子からなるガスクラスター２
４を発生させるクラスター源２５、このガスクラスター
をイオン化するイオン化部２６、加速部２７、質量分離
部２８、走査部２９からなる加工用イオンライン３０が
接続されている。試料台３１上に被分析試料３２を載
せ、加工用イオンライン３０からガスクラスターイオン
３３を照射してエッチングを行うとともに、二次イオン
３４を被測定試料から放出させる。被分析試料３２の表
面から放出された二次イオン３４を検知・分析する二次
イオン分析部３５によって、被分析試料を構成する元素
の組成を調べる。Next, the second embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic view of the apparatus of the second embodiment of the surface analysis method according to the present invention. The vacuum chamber 23 has a gas cluster 2 composed of several hundreds to several thousands of molecules.
A processing ion line 30 including a cluster source 25 for generating 4 and an ionization section 26 for ionizing this gas cluster, an acceleration section 27, a mass separation section 28, and a scanning section 29 is connected. The sample 32 to be analyzed is placed on the sample table 31, gas cluster ions 33 are irradiated from the processing ion line 30 for etching, and secondary ions 34 are emitted from the sample to be measured. The secondary ion analysis unit 35 that detects and analyzes the secondary ions 34 emitted from the surface of the sample to be analyzed 32 examines the composition of the elements constituting the sample to be analyzed.
【００２０】ここで、ガスクラスターを発生させる条件
としては、ガス導入管３６からガスを導入してガスクラ
スター源２５内の圧力を２気圧以上とし、クラスター源
２５出口付近の圧力を真空排気系３７により排気して
０．１Ｐａとする。この条件でガスクラスター源の出口
のノズルを通過したＯ分子は、断熱膨張による過飽和状
態を経過して凝集し、数１００個以上のＯ分子からなる
ガスクラスター（Ｏn ：n≧100）を生成する。このＡｒ
クラスターをイオン化部２６で熱電子によりイオン化
し、加速部２７で電界により加速して、質量分離部２８
に輸送する。質量分離の方法としては、減速電界，Ｅ×
Ｂフィルター，磁界等を用いる。本実施例では、磁界を
用いた質量分離を示しているが、減速電界法による質量
分離の場合には、加速電極の後段に減速電極を設けるこ
とで質量分離を行うため、質量分離部が直線状になると
ともに装置構成が簡易になる。また、電界レンズの収差
を用いる場合には、ビームを収束させる電界レンズの後
段に、所望のイオン種が通過できる開口部を設けること
によって質量分離を行うため、減速電極と同様に質量分
離部が直線状になるとともに装置構成が簡易になる。The conditions for generating the gas clusters are as follows: the gas is introduced from the gas introducing pipe 36 so that the pressure inside the gas cluster source 25 is 2 atm or more, and the pressure near the outlet of the cluster source 25 is the vacuum exhaust system 37. To 0.1 Pa. O molecules that have passed through the nozzle at the outlet of the gas cluster source under these conditions aggregate after passing through a supersaturated state due to adiabatic expansion, and generate gas clusters (O n : n ≧ 100) composed of several hundred or more O molecules. To do. This Ar
The clusters are ionized by thermoelectrons in the ionization unit 26 and accelerated by the electric field in the acceleration unit 27, and the mass separation unit 28
To transport. Mass separation methods include deceleration electric field, E ×
B filter, magnetic field, etc. are used. In this example, the mass separation using the magnetic field is shown.However, in the case of the mass separation by the deceleration electric field method, the mass separation is performed by providing the deceleration electrode after the acceleration electrode. And the device configuration becomes simple. When the aberration of the electric field lens is used, mass separation is performed by providing an opening through which the desired ion species can pass after the electric field lens for converging the beam. The device configuration becomes simple as it becomes linear.
【００２１】以上のような質量分離部において、イオン
の加速エネルギーを１０ｋｅＶ、質量分離条件をＯ250 +
（Ｚ／ｑ＝２０００）とすることにより、分離されたガ
スクラスターイオン３３は、１原子あたりの運動エネル
ギーが等価的に４０ｅＶという低いエネルギーとなる。
このエネルギーで真空排気系３７で１０-4Ｐａ以下の圧
力に保たれた真空槽２３内の、被分析試料３２に照射し
たガスクラスターイオン３３（Ｏ250 +）は、試料表面と
の衝突で壊れるとともに、最表面の原子を剥ぎ取る様に
たたき出す（ラテラルスパッタ：図２−ｃ）。従って単
分子イオンでスパッタする場合のように、被分析試料２
９を構成する原子を変位・反跳させたり、深さ方向の組
成を変化させることがなく被分析試料３２を削ることに
より、構成元素のミキシングによる組成の変化を生じず
に、深さ方向について正確に分析できる。In the mass separation section as described above, the ion acceleration energy is 10 keV and the mass separation condition is O 250 +.
By setting (Z / q = 2000), the separated gas cluster ions 33 have an equivalent low kinetic energy of 40 eV per atom.
With this energy, the gas cluster ions 33 (O 250 + ) irradiating the sample to be analyzed 32 in the vacuum chamber 23 kept at a pressure of 10 −4 Pa or less in the vacuum exhaust system 37 are broken by collision with the sample surface. At the same time, it is knocked out so that the atoms on the outermost surface are stripped off (lateral spatter: FIG. 2-c). Therefore, as in the case of sputtering with single molecule ions, the sample to be analyzed 2
By shaving the analyzed sample 32 without displacing / recoiling the atoms forming 9 or changing the composition in the depth direction, the composition in the depth direction is not changed by mixing the constituent elements. Can be analyzed accurately.
【００２２】なお本実施例では、二次イオンを発生させ
るためのイオンとして、ガスクラスターイオンを直接用
いているが、構成元素のミキシングによる組成の変化を
生じないようなエネルギー、すなわち１０ｋｅＶ以下の
低エネルギーのＯ2 +イオンやＣｓ+ イオンなどを用いて
もよい。その場合には、ガスクラスターイオンの発生・
加速・照射を行う加工用イオンライン３０外に、別のイ
オンラインを設ける。In this embodiment, gas cluster ions are directly used as the ions for generating the secondary ions, but the energy which does not cause the composition change due to the mixing of the constituent elements, that is, the low energy of 10 keV or less. Energy O 2 + ions or Cs + ions may be used. In that case, the generation of gas cluster ions
Another ion line is provided outside the processing ion line 30 for acceleration / irradiation.
【００２３】図４に従来技術、及び本発明の第１実施例
による表面分析技術を用いて分析したＸＰＳの信号をを
示す。分析した試料は酸化鉛系の強誘電体で、図４はエ
ッチングは１０ｋｅＶのＡｒ+ 及びＡｒ250 +を照射し、
１００ｎｍ（１０００オングストローム）の厚さにエッ
チングした時点で測定したＰｂの４ｆ軌道からのＸＰＳ
（Ｐｂ ４ｆ5/2,7/2）を表している。ＰｂＯ2 結合に起
因するＸＰＳは１３７．２ｅＶ（４ｆ7/2 ）にピークを
もち、これより酸化数が減少すると低エネルギー側にピ
ークが現れる。図４において、従来技術のＡｒ+ を照射
してエッチングした試料については、１３７．２ｅＶの
ピークが乱れ、低エネルギー側にシフトしているととも
に、金属状態のＰｂに起因したＸＰＳが現れている。す
なわち、Ａｒ+ の照射によって試料の結合状態が変化し
ており、深さ方向の正確な分析が行われていない。これ
に対し、Ａｒ250 +を照射してエッチングした試料につい
ては、ピークの乱れや金属状態のＰｂに起因したＸＰＳ
が現れてない。従って、本実施例によって、試料の結合
状態を変化させることなく、深さ方向の正確な分析が行
われていることが確認できた。FIG. 4 shows XPS signals analyzed using the conventional technique and the surface analysis technique according to the first embodiment of the present invention. The analyzed sample is a lead oxide type ferroelectric, and in FIG. 4, etching is performed by irradiating 10 keV Ar + and Ar 250 + ,
XPS from 4f orbit of Pb measured at the time of etching to a thickness of 100 nm (1000 angstrom)
(Pb 4f 5 / 2,7 / 2 ). XPS due to the PbO 2 bond has a peak at 137.2 eV (4f 7/2 ), and when the oxidation number is lower than this, a peak appears on the low energy side. In FIG. 4, in the sample etched by irradiation with Ar + of the conventional technique, the peak at 137.2 eV is disturbed, shifted to the low energy side, and XPS due to Pb in the metallic state appears. That is, the bonding state of the sample is changed by Ar + irradiation, and accurate analysis in the depth direction has not been performed. On the other hand, in the case of the sample etched by irradiation with Ar 250 + , the XPS caused by the disorder of the peak and the Pb in the metallic state
Is not appearing. Therefore, according to this example, it was confirmed that accurate analysis in the depth direction was performed without changing the binding state of the sample.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、１
００個以上の原子または分子から構成されている粒子を
減圧雰囲気中で被分析試料に照射するという手段を用い
ることにより、被分析試料の表面付近において、構成元
素の結合状態の変化やミキシングを生ずることなく、深
さ方向の分析を正確に行うことができる。また、被分析
試料に照射する粒子が、１ｋｅＶ以上に加速されたイオ
ンであるという好ましい例によれば、より高いエッチン
グ効率で試料を削って深さ方向の分析を行うことができ
る。さらに、１００個以上の原子または分子から構成さ
れている粒子を減圧雰囲気中で被分析試料に照射するこ
とと交互または同時に、励起用のイオンビーム、中性子
ビーム、電子線、Ｘ線、レーザー、電磁波のいづれか照
射するという好ましい例によれば、多様な分析を行うこ
とができる。さらにまた、被分析試料に照射する粒子を
構成する原子として不活性ガス原子を用いるという好ま
しい例によれば、被分析試料の構成原子と化学的に反応
することなく、より精密な分析を行うことができる。As described above, according to the present invention, 1
By using a means of irradiating the sample to be analyzed with particles composed of 00 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere, changes in the bonding state of the constituent elements and mixing occur near the surface of the sample to be analyzed. The depth-direction analysis can be accurately performed without the need. Further, according to a preferable example in which the particles to be irradiated on the sample to be analyzed are ions accelerated to 1 keV or more, the sample can be scraped with higher etching efficiency to perform the analysis in the depth direction. Furthermore, ion beams for excitation, neutron beams, electron beams, X-rays, lasers, electromagnetic waves are alternately or simultaneously applied to the sample to be analyzed by irradiating the sample to be analyzed with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere. According to the preferable example of irradiating either of them, various analyzes can be performed. Furthermore, according to a preferable example in which an inert gas atom is used as an atom constituting a particle for irradiating a sample to be analyzed, more precise analysis can be performed without chemically reacting with a constituent atom of the sample to be analyzed. You can
【図１】 本発明に係る表面分析方法の第１実施例の装
置概略図FIG. 1 is a schematic view of an apparatus of a first embodiment of a surface analysis method according to the present invention.
【図２】 本発明に係る表面分析方法の第１実施例の工
程概略図FIG. 2 is a process schematic diagram of a first embodiment of a surface analysis method according to the present invention.
【図３】 本発明に係る表面分析方法の第２実施例の工
程概略図FIG. 3 is a process schematic diagram of a second embodiment of the surface analysis method according to the present invention.
【図４】 本発明及び従来技術による表面分析方法を用
いて分析した酸化物鉛系強誘電体のＸＰＳFIG. 4 is an XPS of lead oxide based ferroelectrics analyzed by the surface analysis method according to the present invention and the prior art.
１ 真空槽 ２ ガスクラスター ３ クラスター源 ４ 差動排気用の仕切板 ５ 真空排気系 ６ 真空排気系 ７ 真空排気系 ８ イオン化部 ９ 加速部 １０ 質量分離部 １１ 走査部 １２ 加工用イオンライン １３ 試料台 １４ 被分析試料 １５ ガスクラスターイオン １６ Ｘ線源 １７ Ｘ線 １８ 光電子 １９ 光電子検知部 ２０ ガス導入管 ２１ 最表面の原子 ２３ 真空槽 ２４ ガスクラスター ２５ クラスター源 ２６ イオン化部 ２７ 加速部 ２８ 質量分離部 ２９ 走査部 ３０ 加工用イオンライン ３１ 試料台 ３２ 被分析試料 ３３ ガスクラスターイオン ３４ 二次イオン ３５ 二次イオン分析部 ３６ ガス導入管 ３７ 真空排気系 1 Vacuum Tank 2 Gas Cluster 3 Cluster Source 4 Partition Plate for Differential Exhaust 5 Vacuum Exhaust System 6 Vacuum Exhaust System 7 Vacuum Exhaust System 8 Ionization Section 9 Accelerator Section 10 Mass Separation Section 11 Scan Section 12 Processing Ion Line 13 Sample Stand 14 sample to be analyzed 15 gas cluster ion 16 X-ray source 17 X-ray 18 photoelectron 19 photoelectron detector 20 gas inlet tube 21 atom on top surface 23 vacuum chamber 24 gas cluster 25 cluster source 26 ionization section 27 acceleration section 28 mass separation section 29 Scanning unit 30 Processing ion line 31 Sample stage 32 Sample to be analyzed 33 Gas cluster ion 34 Secondary ion 35 Secondary ion analysis unit 36 Gas introduction pipe 37 Vacuum exhaust system
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Hirao 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (6)
されている粒子を減圧雰囲気中で被分析試料に照射し、
前記試料表面から放出される中性粒子，イオン，電子，
電磁波から選ばれる少なくとも一つを計測する表面分析
方法。1. A sample to be analyzed is irradiated with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere,
Neutral particles, ions, electrons emitted from the sample surface,
A surface analysis method for measuring at least one selected from electromagnetic waves.
されている粒子を減圧雰囲気中で被分析試料に照射しな
がら、励起用のビームを照射し、前記試料表面から放出
される中性粒子，イオン，電子，電磁波から選ばれる少
なくとも一つを計測する表面分析方法。2. Neutral particles emitted from the surface of the sample by irradiating a beam for excitation while irradiating the sample to be analyzed with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere, A surface analysis method that measures at least one selected from ions, electrons, and electromagnetic waves.
されている粒子を減圧雰囲気中で被分析試料に照射した
後に、励起用のビームを照射し、前記試料表面から放出
される中性粒子，イオン，電子，電磁波から選ばれる少
なくとも一つを計測する表面分析方法。3. Neutral particles emitted from the surface of the sample by irradiating a sample to be analyzed with particles composed of 100 or more atoms or molecules in a reduced pressure atmosphere and then irradiating a beam for excitation. A surface analysis method that measures at least one selected from ions, electrons, and electromagnetic waves.
以上に加速されたイオンである請求項１，２または３に
記載の表面分析方法。4. Particles for irradiating the sample to be analyzed are 1 keV
The surface analysis method according to claim 1, wherein the ions are accelerated as described above.
中性子ビーム、電子線、Ｘ線、レーザー、電磁波から選
ばれる少なくとも一つを用いる請求項２または３に記載
の表面分析方法。5. An ion beam as the beam for excitation,
The surface analysis method according to claim 2, wherein at least one selected from a neutron beam, an electron beam, an X-ray, a laser, and an electromagnetic wave is used.
子として不活性ガス原子を用いる請求項１，２または３
に記載の表面分析方法。6. An inert gas atom is used as an atom constituting a particle for irradiating a sample to be analyzed.
The surface analysis method described in 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6254025A JPH08122283A (en) | 1994-10-20 | 1994-10-20 | Surface analysis method |
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Publications (1)
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|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08122283A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001048794A2 (en) | 1999-12-14 | 2001-07-05 | Epion Corporation | Enhanced etching/smoothing of dielectric surfaces |
| JP2008116363A (en) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Ulvac Japan Ltd | Surface analyzing method |
| WO2009131022A1 (en) * | 2008-04-23 | 2009-10-29 | 株式会社アルバック | Analytical method |
| WO2012049110A2 (en) | 2010-10-12 | 2012-04-19 | Vg Systems Limited | Improvements in and relating to ion guns |
| JP2014092426A (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Ube Scientific Analysis Laboratory Inc | Method for manufacturing organic sample for surface analysis, and surface analysis method using the same |
| JP2016080633A (en) * | 2014-10-21 | 2016-05-16 | 住友金属鉱山株式会社 | Pretreatment method and analysis method of sample |
| JP2018054603A (en) * | 2016-09-02 | 2018-04-05 | イオン−トフ テクノロジーズ ゲーエムベーハー | Secondary ion mass spectroscopic method, mass spectrometer and uses thereof |
-
1994
- 1994-10-20 JP JP6254025A patent/JPH08122283A/en active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6331227B1 (en) | 1999-12-14 | 2001-12-18 | Epion Corporation | Enhanced etching/smoothing of dielectric surfaces |
| WO2001048794A3 (en) * | 1999-12-14 | 2002-01-03 | Epion Corp | Enhanced etching/smoothing of dielectric surfaces |
| EP1247433A4 (en) * | 1999-12-14 | 2007-02-28 | Epion Corp | Enhanced etching/smoothing of dielectric surfaces |
| WO2001048794A2 (en) | 1999-12-14 | 2001-07-05 | Epion Corporation | Enhanced etching/smoothing of dielectric surfaces |
| JP2008116363A (en) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Ulvac Japan Ltd | Surface analyzing method |
| EP2270480A4 (en) * | 2008-04-23 | 2014-01-15 | Ulvac Inc | Analytical method |
| WO2009131022A1 (en) * | 2008-04-23 | 2009-10-29 | 株式会社アルバック | Analytical method |
| US20110064198A1 (en) * | 2008-04-23 | 2011-03-17 | Ulvac, Inc. | Analytical method |
| JPWO2009131022A1 (en) * | 2008-04-23 | 2011-08-18 | 株式会社アルバック | Analysis method |
| WO2012049110A2 (en) | 2010-10-12 | 2012-04-19 | Vg Systems Limited | Improvements in and relating to ion guns |
| JP2013541165A (en) * | 2010-10-12 | 2013-11-07 | ヴィージー システムズ リミテッド | Ion gun improvements and improvements related to ion guns |
| US9478388B2 (en) | 2010-10-12 | 2016-10-25 | Vg Systems Limited | Switchable gas cluster and atomic ion gun, and method of surface processing using the gun |
| JP2014092426A (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Ube Scientific Analysis Laboratory Inc | Method for manufacturing organic sample for surface analysis, and surface analysis method using the same |
| JP2016080633A (en) * | 2014-10-21 | 2016-05-16 | 住友金属鉱山株式会社 | Pretreatment method and analysis method of sample |
| JP2018054603A (en) * | 2016-09-02 | 2018-04-05 | イオン−トフ テクノロジーズ ゲーエムベーハー | Secondary ion mass spectroscopic method, mass spectrometer and uses thereof |
| JP2022137164A (en) * | 2016-09-02 | 2022-09-21 | イオン－トフ テクノロジーズ ゲーエムベーハー | Secondary ion mass spectroscopic method, and mass spectrometer |
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