(57)【要約】【課題】検体試料中のＡｌ又はＣｕの測定を高精度で行うことができる二次イオン質量分析法を提供すること。【解決手段】本発明の二次イオン質量分析法は、イオンビーム調整用試料を用いてイオン光学系の調整を行う工程と、調整されたイオン光学系の下で検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度を測定する工程を備える二次イオン質量分析法であって、検出対象元素がＡｌ又はＣｕであるとき、イオンビーム調整用試料が、実質的に検出対象元素と異なる元素のみからなる材料で形成されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビーム調整用試料を用いてイオン光学系の調整を行う工程と、調整されたイオン光学系の下で検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度を測定する工程を備える二次イオン質量分析法であって、検出対象元素がＡｌ又はＣｕであるとき、イオンビーム調整用試料が、実質的に検出対象元素と異なる元素のみからなる材料で形成されることを特徴とする二次イオン質量分析法。
【請求項２】
イオンビーム調整用試料は、基板と、その上に形成された格子状薄膜からなる請求項１に記載の二次イオン質量分析法。
【請求項３】
格子状薄膜は、基板全面に薄膜を形成し、得られた薄膜をリソグラフ法により格子状にエッチングすることによって得られる請求項２に記載の二次イオン質量分析法。
【請求項４】
基板は、絶縁体であり、格子状薄膜は、導電物質で形成される請求項２に記載の二次イオン質量分析法。
【請求項５】
イオンビーム調整用試料を用いてイオン光学系の調整を行う工程と、調整されたイオン光学系の下で標準試料を用いて相対感度因子を算出する工程と、調整されたイオン光学系の下で検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度を測定する工程と、算出された相対感度因子と測定された検出対象元素の二次イオン強度から検体試料中の検出対象元素の原子濃度を算出する工程を備える二次イオン質量分析法であって、
標準試料は、基板と、その上の形成された検出対象元素を含む薄膜からなり、薄膜は、表面の一部の領域が格子状にエッチングされ、その格子状の領域がイオンビーム調整用試料としてイオンビーム調整に用いられ、残りの領域が相対感度因子の算出に用いられることを特徴とする二次イオン質量分析法。
【請求項６】
検出対象元素を含む薄膜は、検出対象元素がドーピングされた薄膜である請求項５に記載の二次イオン質量分析法。
【請求項７】
検出対象元素のドーピングは、検出対象元素のイオン注入によって行われる請求項６に記載の二次イオン質量分析法。
【請求項８】
イオンビーム調整用試料を用いてイオン光学系の調整を行う工程と、調整されたイオン光学系の下で検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度を測定する工程を備える二次イオン質量分析法であって、
検体試料は、基板と、その上の形成された薄膜からなり、薄膜は、表面の一部の領域が格子状にエッチングされ、その格子状の領域がイオンビーム調整用試料としてイオンビーム調整に用いられ、残りの領域が検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度の測定に用いられることを特徴とする二次イオン質量分析法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次イオン質量分析法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（１）サンプルホルダー
まず、図４を用いて、従来の二次イオン質量分析法（以下、「ＳＩＭＳ」という。）に一般的に使用されるサンプルホルダー５０について説明する。図４（ａ）は、サンプルホルダー５０の構造を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。
【０００３】
サンプルホルダー５０は、ステンレス製の筐体５１の上面に９個の窓５２を備える。この窓５２の大きさは、例えば、約５×５ｍｍ程度である。この部分にイオンビーム調整用試料・標準試料及び検体となる試料（以下、「検体試料」という。）が装着される。サンプルホルダー５０には、窓の数、つまり９個の試料が装着できる。また、サンプルの大きさや使用目的に合わせて、９個以下、または９個以上の窓を備えるサンプルホルダーも存在する。
【０００４】
図４（ｂ）に示すように、上記窓５２には、内側から試料５３が装着される。試料５３は、窓より少し大きめに切り取られている。試料５３は、測定面を上にして窓５２から試料５３の測定面が見えるように装着する。試料５３は下に落ちないようにバネ５７とカバー５５を用いて固定される。さらにカバー５５は、筐体５１の側面のネジ５９で固定してある。これで試料５３、バネ５７、カバー５５が下に落ちないで固定される。
【０００５】
（２）ＳＩＭＳ深さ方向分析
ここで、図５を用いて、ＳＩＭＳ深さ方向分析の測定手順について説明する。
【０００６】
まず、Ｓ１では、サンプルホルダー５０に収まるように、試料（イオンビーム調整用試料・標準試料及び検体試料）をカットする。さらに、試料が絶縁性の場合、前処理として、試料表面にＡｕやＰｔなどを蒸着させて導電性を持たせるようにする。
【０００７】
次に、Ｓ２では、上記加工・前処理済みの試料をサンプルホルダー５０に取り付ける。取り付け方法などは、上述した通りである。ここでは、通常、窓枠５２の一箇所にイオンビーム調整用試料、別の箇所に標準試料、残りの箇所（この場合７箇所）に検体試料を取り付ける。
【０００８】
次に、Ｓ３では、ＳＩＭＳ装置へサンプルホルダー５０を搬入する。ＳＩＭＳ装置は、通常、導入室と超高真空に保持された主室とを備え、サンプルホルダー５０は、導入室を経て、主室に搬入される。
【０００９】
次に、Ｓ４では、イオンビーム調整用試料を用いて、１次イオン及び２次イオン光学系の調整を行う。イオン光学系の調整として、イオンビームの磁場の調整、静電レンズの光軸調整、測定領域の補正などを行う。
【００１０】
次に、Ｓ５では、標準試料の深さ方向測定を行う。標準試料としては、一般に、検体試料となる測定試料と同じ元素の組成を持ち、且つ測定したい元素の濃度が既知であるものを用いる。標準試料の測定とは、標準試料中に含まれる各元素の二次イオン強度を求めることであり、深さ方向測定とは、試料を掘り進みながら、試料の測定を繰り返すことである。標準試料の深さ方向測定を行うのは、標準試料の内部の測定データを相対感度因子（ＲＳＦ）の算出に用いることにより標準試料表面の酸化又は汚染などの影響を除去するためである。
【００１１】
次に、Ｓ６では、Ｓ５での測定結果を用いてＲＳＦを算出する。ＲＳＦは、後で検体試料に含まれる各元素の原子濃度を計算するために用いられる。
次に、Ｓ７では、検体試料の深さ方向測定を行う。
次に、Ｓ８では、Ｓ７で得られた測定結果とＳ６で算出した相対感度因子から、検体試料中に含まれる各元素の原子濃度を計算する。
【００１２】
（３）ＳＩＭＳ組成分析
次に、図６を用いて、ＳＩＭＳ組成分析の測定手順について説明する。
まず、Ｓ１〜Ｓ４の同様の手順により、１次イオン及び２次イオン光学系の調整までの工程を行う（Ｓ１１〜Ｓ１４）。
次に、Ｓ１５では、検体試料の測定を行う。
ＳＩＭＳ組成分析では、検体試料中に含まれる各元素の濃度を求める必要がないので、ＲＳＦを算出する必要がない。
【００１３】
（４）イオンビーム調整用試料
次に、上記従来の方法で通常用いられていたイオンビーム調整用試料について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は、イオンビーム調整用試料６１の構造を示す斜視図であり図７（ｂ）は、図７（ａ）の格子状薄膜６３の一部の拡大図であり、図７（ｃ）は、図７（ｂ）のＩ−Ｉ断面図である。
【００１４】
通常、イオンビーム調整用試料６１は、Ａｌ板６１ａ表面にＣｕが薄膜状にメッキまたは蒸着されており、更にＣｕ薄膜は既定の大きさの窓が格子状に並んで開いており下地のＡｌが表面に出ている状態になっている。この状態を図７（ｂ）にさらに詳しく示す。Ａｌ板６１ａはＣｕ薄膜によって覆われており、更にリソグラフィ法などを利用してＣｕが取り除かれて、正方形の窓６２が格子状になって開いている。窓６２からは、Ａｌが露出している。正方形の窓６２の大きさ、及び窓枠６３ａの太さは、ＳＩＭＳビーム調整時にラスターサイズや測定部分などの長さを補正するために、任意の大きさに作られており、例えば窓６２の大きさは２０μｍ、窓枠部分６３ａの太さは５μｍとなっている。Ａｌは２次イオンの収率に優れ、試料の作製も容易であるため、よく使われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、検体試料が微量のＡｌやＣｕを含み、更にその濃度を測定する場合、イオンビーム調整でＡｌやＣｕを使うと測定主室内のスリットやアパーチャーに２次イオンとして飛散したＡｌやＣｕが付着して検体試料の測定の際に、濃度測定の精度を下げる要因となる場合がある。例えば、ＧａＡｓ結晶中に混入する極微量のＡｌ原子の濃度を測定する場合、イオンビーム調整で飛散したＡｌが濃度測定の精度を下げる要因となる場合がある。
【００１６】
また、サンプルホルダーに取り付けられる試料の数は限りがあり、例えば、図１のサンプルホルダーの場合、９箇所の装着位置の内、検体試料は最高で７個までしか取り付けることができない。（イオンビーム調整用試料１個＋標準試料１個＋検体試料７個＝計９個）
【００１７】
また、１次イオン及び２次イオン光学系の調整及び、標準試料の測定はなるべくサンプルホルダーの中心で行う方が測定制度を向上させる上で望ましい。しかしながら従来の方法ではイオンビーム調整用試料（金属メッシュ）か、標準試料のどちらか一方しか載せる事ができない。
【００１８】
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、（１）検体試料中のＡｌ又はＣｕの測定を高精度で行うことができる二次イオン質量分析法を提供し、また、（２）サンプルホルダーに載せることができる検体試料の数を増やすことができる二次イオン質量分析法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
第１の発明に係る二次イオン質量分析法は、イオンビーム調整用試料を用いてイオン光学系の調整を行う工程と、調整されたイオン光学系の下で検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度を測定する工程を備える二次イオン質量分析法であって、検出対象元素がＡｌ又はＣｕであるとき、イオンビーム調整用試料が、実質的に検出対象元素と異なる元素のみからなる材料で形成されることを特徴とする。
【００２０】
イオンビーム調整用試料は、好ましくは、基板と、その上の形成された格子状薄膜からなる。この場合、観察領域の補正など長さに関する補正が容易になるからである。また、この格子状薄膜は、例えば、基板全面に薄膜を形成し、得られた薄膜をリソグラフ法により格子状にエッチングすることによって得られる。この方法によると、容易に格子状薄膜を形成することができる。また、好ましくは、基板は、絶縁体であり、格子状薄膜は、導電物質で形成される。基板が絶縁体である場合に格子状薄膜を導電物質で形成すると、基板表面での電荷の蓄積を防止することができるからである。
【００２１】
第２の発明に係る二次イオン質量分析法は、イオンビーム調整用試料を用いてイオン光学系の調整を行う工程と、調整されたイオン光学系の下で標準試料を用いて相対感度因子を算出する工程と、調整されたイオン光学系の下で検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度を測定する工程と、算出された相対感度因子と測定された検出対象元素の二次イオン強度から検体試料中の検出対象元素の原子濃度を算出する工程を備える二次イオン質量分析法であって、標準試料は、基板と、その上の形成された検出対象元素を含む薄膜からなり、薄膜は、表面の一部の領域が格子状にエッチングされ、その格子状の領域がイオンビーム調整用試料としてイオンビーム調整に用いられ、残りの領域が相対感度因子の算出に用いられることを特徴とする。
【００２２】
検出対象元素を含む薄膜は、好ましくは、検出対象元素がドーピングされた薄膜である。この場合、薄膜に含まれる検出対象元素の原子濃度を容易に知ることができ、薄膜中の検出対象元素の原子濃度と測定される二次イオン強度との関係を容易に知ることができるからである。また、検出対象元素のドーピングは、好ましくは、検出対象元素のイオン注入によって行われる。この場合、ドーピング量の制御が容易だからである。
【００２３】
第３の発明に係る二次イオン質量分析法イオンビーム調整用試料を用いてイオン光学系の調整を行う工程と、調整されたイオン光学系の下で検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度を測定する工程を備える二次イオン質量分析法であって、検体試料は、基板と、その上の形成された薄膜からなり、薄膜は、表面の一部の領域が格子状にエッチングされ、その格子状の領域がイオンビーム調整用試料としてイオンビーム調整に用いられ、残りの領域が検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度の測定に用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
第１の発明によれば、検出対象元素がＡｌ又はＣｕであるとき、イオンビーム調整用試料が、検体試料中の検出対象元素と異なる元素のみからなる材料で形成されるので、イオンビーム調整の際にＳＩＭＳ装置が検出対象元素によって汚染されず、高精度な測定が可能になる。
【００２５】
第２の発明によれば、１つの基板の一部をイオンビーム調整用試料として用い、その他の部分を標準試料として用いるので、サンプルホルダーに載せることができる検体試料数を増やすことができる。また、この場合、サンプルホルダーの中央に取り付けられた試料を用いて、イオンビーム調整と相対感度因子の算出の両方を行うことができるので、測定精度の向上が可能である。
【００２６】
第３の発明によれば、検体試料基板をイオンビーム調整用試料として用いるので、サンプルホルダーに載せることができる検体試料数を増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
【実施例１】
【００２８】
（第１の発明）
実施例１は、イオンビーム調整用試料を用いてイオン光学系の調整を行う工程と、調整されたイオン光学系の下で検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度を測定する工程を備える二次イオン質量分析法に関するものであり、検出対象元素は、Ａｌであり、イオンビーム調整用試料は、実質的に検出対象元素（Ａｌ）と異なる元素のみからなる材料、すなわちＡｌを含まない材料で形成される。
ここで、図１を用いて、実施例１のイオンビーム調整用試料についてさらに詳しく説明する。図１（ａ）は、イオンビーム調整用試料１の構造を示す斜視図であり図１（ｂ）は、図１（ａ）の格子状薄膜３の一部の拡大図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＩ−Ｉ断面図である。
図１に示すように、実施例１のイオンビーム調整用試料１は、ＧａＡｓ板１ａ表面にＧａＩｎＰが薄膜状に結晶成長されており、更にＧａＩｎＰ薄膜は既定の大きさの窓が格子状に並んで開いており下地のＧａＡｓが表面に出ている状態になっている。この状態を図１（ｂ）にさらに詳しく示す。ＧａＡｓ板１ａはＧａＩｎＰ薄膜によって覆われており、更にリソグラフィ法などを利用してＧａＩｎＰが取り除かれて、正方形の窓２が格子状になって開いている。窓２からはＧａＡｓが露出している。正方形の窓２の大きさ、及び窓枠３ａの太さは、ＳＩＭＳビーム調整時にラスターサイズや測定部分などの長さを補正するために、任意の大きさに作られており、例えば窓２の大きさは２０μｍ、窓枠部分３ａの太さは５μｍとなっている。
【００２９】
このイオンビーム調整用試料を用いて、ＳＩＭＳ深さ方向分析又はＳＩＭＳ組成分析などを行うが、その方法は、基本的に図５又は６を用いて上述した通りである。
【００３０】
実施例１によると、イオンビーム調整用試料が測定対象元素であるＡｌを実質的に含まないので、イオンビーム調整時にＳＩＭＳ装置が汚染されることなく、高精度で検体試料中のＡｌの測定を行うことができる。また、測定対象元素がＣｕである場合にも同様のことがいえる。
【実施例２】
【００３１】
（第１の発明、導電材料で格子状薄膜を形成）
実施例２は、基板がサファイアであり、格子状薄膜が導電材料であるマグネシウムをドーピングしたGaNで形成される。これ以外の点については、実施例１と同様である。実施例２によれば、格子状薄膜が導電材料で形成されるので、基板に電荷が蓄積されるのを防止することができる。
【実施例３】
【００３２】
（第２の発明）
実施例３は、イオンビーム調整用試料を用いてイオン光学系の調整を行う工程と、調整されたイオン光学系の下で標準試料を用いて相対感度因子を算出する工程と、調整されたイオン光学系の下で検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度を測定する工程と、算出された相対感度因子と測定された検出対象元素の二次イオン強度から検体試料中の検出対象元素の原子濃度を算出する工程を備える二次イオン質量分析法に関するものであり、標準試料は、基板と、その上の形成された検出対象元素を含む薄膜からなり、薄膜は、表面の一部の領域が格子状にエッチングされ、その格子状の領域がイオンビーム調整用試料としてイオンビーム調整に用いられ、残りの領域が相対感度因子の算出に用いられる。すなわち、実施例３では、一枚の基板が、標準試料としてもイオンビーム調整用試料としても用いられる。
【００３３】
具体的には、図２に示すように、標準試料１１は、ＧａＡｓ板１１ａ表面にＧａＩｎＰ薄膜１３が結晶成長されており、更にＧａＩｎＰ薄膜１３は、表面の一部の領域１３ａにおいて、既定の大きさの窓が格子状に並んで開いており下地のＧａＡｓが表面に出ている状態になっている。この格子状の領域１３ａは、イオンビーム調整用試料としてイオンビーム調整に用いられる。また、残りの領域１３ｂは、相対感度因子の算出に用いられる。格子状の領域１３ａの詳細な構造は図１（ｂ）（ｃ）に示したものと同様である。また、格子形状の形成方法、格子形状を用いたイオンビーム調整方法などは、実施例１で説明した通りである。
【００３４】
例えば、検体試料がＢｅをドーピングしたＧａＩｎＰでこの検体試料のＢｅ濃度を測定するとき、ＧａＩｎＰ薄膜１３は、濃度が既知の不純物としてＢｅを含む。この不純物Ｂｅは、ＧａＩｎＰ薄膜を結晶成長させる際にドーピングすることができ、また、ＧａＩｎＰ薄膜を形成した後に、イオン注入によりＧａＩｎＰ薄膜に導入してもよい。
【００３５】
実施例３では、１枚の試料からイオンビーム調整と標準試料による相対感度因子（ＲＳＦ）の算出ができ、サンプルホルダーに更にもう１枚検体試料を搭載することが可能となる。またイオンビーム調整及び標準試料の測定の両方をサンプルホルダーの中心で行うことができ、測定制度を向上させることが出来る。
【実施例４】
【００３６】
（第３の発明）
実施例４は、イオンビーム調整用試料を用いてイオン光学系の調整を行う工程と、調整されたイオン光学系の下で検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度を測定する工程を備える二次イオン質量分析法に関するものであり、検体試料は、基板と、その上の形成された薄膜からなり、薄膜は、表面の一部の領域が格子状にエッチングされ、その格子状の領域がイオンビーム調整用試料としてイオンビーム調整に用いられ、残りの領域が検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度の測定に用いられる。すなわち、実施例４では、一枚の基板が、検体試料としてもイオンビーム調整用試料としても用いられる。
【００３７】
具体的には、図３に示すように、検体試料２１は、ＧａＡｓ板２１ａ表面にＧａＩｎＰ薄膜２３が結晶成長されており、更にＧａＩｎＰ薄膜２３は、表面の一部の領域２３ａにおいて、既定の大きさの窓が格子状に並んで開いており下地のＧａＡｓが表面に出ている状態になっている。この格子状の領域２３ａは、イオンビーム調整用試料としてイオンビーム調整に用いられる。また、残りの領域２３ｂは、検体試料中の検出対象元素の二次イオン強度の測定に用いられる。格子状の領域２３ａの詳細な構造は図１（ｂ）（ｃ）に示したものと同様である。また、格子形状の形成方法、格子形状を用いたイオンビーム調整方法などは、実施例１で説明した通りである。
【００３８】
実施例４では、１枚の試料からイオンビーム調整と検体試料の組成分析が出来て、サンプルホルダーに更にもう１枚検体試料を搭載することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１及び２に係るＳＩＭＳで用いるイオンビーム調整用試料の構造を示す。（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、格子状薄膜の一部の拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図２】実施例３に係るＳＩＭＳで用いる標準試料の構造を示す斜視図である。
【図３】実施例４に係るＳＩＭＳで用いる検体試料の構造を示す斜視図である。
【図４】従来のＳＩＭＳで用いるサンプルホルダーの構造を示す。（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図５】従来のＳＩＭＳ深さ方向分析の測定手順を示す工程図である。
【図６】従来のＳＩＭＳ組成分析の測定手順を示す工程図である。
【図７】従来のＳＩＭＳで用いるイオンビーム調整用試料の構造を示す。（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、格子状薄膜の一部の拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＩ−Ｉ断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，６１：イオンビーム調整用試料  １ａ，６１ａ：基板  ２，６２：窓  ３，６３：格子状薄膜  ３ａ，６３ａ：格子  １１：標準試料  １１ａ：基板  １３：薄膜  １３ａ：イオンビーム調整用領域  １３ｂ：相対感度因子算出用領域  ２１：検体試料  ２１ａ：基板  ２３：薄膜  ２３ａ：イオンビーム調整用領域  ２３ｂ：検出対象元素の二次イオン強度の測定領域  ５０：サンプルホルダー  ５１：筐体  ５２：窓  ５３：試料  ５５：カバー  ５７：バネ  ５９：ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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