(57)【要約】【課題】測定の定量性を保ち、その結果、高感度、かつ、再現性の高めること。【解決手段】実施形態のスパッタ中性粒子質量分析装置によれば、質量分析の対象とする試料を保持すると共に、試料の温度制御機構を有する試料台と、試料台に保持された前記試料にイオンビームを照射して中性粒子を発生させるイオンビームと、前記中性粒子にレーザを照射し光励起イオンとするレーザ照射装置と、前記光励起イオンを引き出す引き出し電極と、引き出された前記光励起イオンを取り込んで質量分析を行う質量分析計と、前記レーザ照射装置と前記試料台との間のレーザ光路に進退可能に設けられ、前記レーザ光路内に位置する時に前記レーザを反射させる駆動式ミラーと、この駆動式ミラーの反射方向に配置され、前記レーザの特性を検出するプロファイラとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析の対象とする試料を保持すると共に、試料の温度制御機構を有する試料台と、
試料台に保持された前記試料にイオンビームを照射して中性粒子を発生させるイオンビームと、
前記中性粒子にレーザを照射し光励起イオンとするレーザ照射装置と、
前記光励起イオンを引き出す引き出し電極と、
引き出された前記光励起イオンを取り込んで質量分析を行う質量分析計と、
前記レーザ照射装置と前記試料台との間のレーザ光路に進退可能に設けられ、前記レーザ光路内に位置する時に前記レーザを反射させる駆動式ミラーと、
この駆動式ミラーの反射方向に配置され、前記レーザの特性を検出するプロファイラとを備えていることを特徴とするスパッタ中性粒子質量分析装置。
【請求項２】
前記温度制御機構は、加熱ヒータと冷却リザーバを有し、前記加熱ヒータへの通電もしくは前記冷却リザーバへの冷却液体の供給により温度制御することを特徴とする請求項１に記載のスパッタ中性粒子質量分析装置。
【請求項３】
前記駆動式ミラーと前記プロファイラとの距離は、当該該駆動式ミラーと前記試料台の中心との距離に等しいことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ中性粒子質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、スパッタ中性粒子質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、集束イオンビーム装置とレーザ発振装置とを用いたスパッタ中性粒子質量分析装置が開発されている。この装置では、イオンビーム装置内のカラムにおいて発生したイオンビームを試料の特定領域に照射してスパッタし、このスパッタした中性粒子にレーザを照射し、イオンビームの走査に応じて発生した中性粒子を質量分析器で質量分離・検出し走査像を得るようにしている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
集束イオンビーム装置を備えたレーザＳＮＭＳ測定では一次イオンビームのビーム径が数十ｎｍと小さく、二次イオン質量分析装置と比較し測定試料の表面に分布する水や酸素、炭化水素等のコンタミネーションの影響を受けやすい。このため、一次イオンビームの照射位置によっては同じ試料内であっても検出元素の定量結果が異なり、高精度で再現性を保つことは困難である。
【０００４】
また、上述のレーザＳＮＭＳ測定では一次イオンビーム径が小さいことから、ポストイオン化における中性粒子のイオン化率がレーザの照射位置による影響を受けやすい。また、元素によってイオン化断面積が異なることから測定時にレーザの集光点位置を正確に把握し、制御する必要がある。しかし、レーザの集光点位置は質量分析器で検出されたイオンの信号量で制御を行っているため、一次イオンビームの照射とレーザ照射、二次イオンの引き込みタイミング条件等の要因と切り分けて、測定試料間でレーザの照射条件を揃えることが不可能であることから、測定の定量性を保つことが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１６１３３１号公報
【特許文献２】特開平１０−１３２７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を一次イオンビームとする飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）とレーザＳＮＭＳ装置を用いた測定において、測定試料間でレーザの照射条件を揃えることで、測定の定量性を保ち、その結果、高感度、かつ、再現性の高いスパッタ中性粒子質量分析装置が必要とされてきている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係るスパッタ中性粒子質量分析装置は、質量分析の対象とする試料を保持すると共に、試料の温度制御機構を有する試料台と、試料台に保持された前記試料にイオンビームを照射して中性粒子を発生させるイオンビームと、前記中性粒子にレーザを照射し光励起イオンとするレーザ照射装置と、前記光励起イオンを引き出す引き出し電極と、引き出された前記光励起イオンを取り込んで質量分析を行う質量分析計と、前記レーザ照射装置と前記試料台との間のレーザ光路に進退可能に設けられ、前記レーザ光路内に位置する時に前記レーザを反射させる駆動式ミラーと、この駆動式ミラーの反射方向に配置され、前記レーザの特性を検出するプロファイラとを備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係るスパッタ中性粒子質量分析装置を模式的に示す説明図。
【図２】同スパッタ中性粒子質量分析装置における測定前の準備手順を示す説明図。
【図３】同スパッタ中性粒子質量分析装置におけるＳｉ基板をレーザＳＮＭＳ測定した結果を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は一実施形態に係るスパッタ中性粒子質量分析装置１０を模式的に示す説明図、図２はスパッタ中性粒子質量分析装置１０における測定前の準備手順を示す説明図、図３はスパッタ中性粒子質量分析装置１０におけるＳｉ基板をレーザＳＮＭＳ測定した結果を示す説明図である。
【００１０】
スパッタ中性粒子質量分析装置１０は、真空チャンバ内等に収容され、分析対象となる試料Ｗを保持する試料台２０と、この試料台２０の上方に配置され、試料Ｗに対しイオンビームＰを照射して中性粒子を発生させるイオンビーム照射装置３０と、試料台２０の直上の空間ＱにレーザＧを照射するレーザ照射装置４０と、空間Ｑの近傍に配置され、中性粒子を取り込んで質量分析を行う質量分析装置５０と、試料台２０の上方に設けられたプロファイル装置６０とを備えている。
【００１１】
試料台２０には、温度制御機構２１が取り付けられており、試料Ｗの温度を調整する。温度制御機構２１は、加熱ヒータ２２と冷却リザーバ２３とが接続されており、加熱時には加熱ヒータ２１への通電を行い、冷却時には冷却リザーバ２３への冷却液体（例えば、液体窒素）の供給により温度制御している。
【００１２】
イオンビーム照射装置３０は、一次イオンビームＰを発生させるイオンビーム発生装置３１と、一次イオンビームＰを集束させる静電レンズ３２とを備えている。
【００１３】
レーザ照射装置４０は、パルスレーザ発生器４１と、このパルスレーザ発生器４１から発生したレーザＧを集光するレンズ４２とを備えている。レーザＧが照射された中性粒子はイオン化され、光励起イオンとなる。
【００１４】
質量分析装置５０は、電圧が印加され光励起イオンを引き出す引出し電極５１と、引き出された光励起イオンを磁場や電場を利用して質量分離する質量分離器５２と、質量分離された光励起イオンを検出して電気パルス化するイオン検出器５３と、電気パルスを計数するパルス計数器５４とを備えている。
【００１５】
プロファイル装置６０は、レンズ４２と試料台２０との間のレーザ光路に挿脱可能に設けられた治具６１と、この治具６１に設けられ、レーザ光路に位置したときにレンズ４２側からのレーザＧを反射させる駆動式ミラー６２と、駆動式ミラー６２からのレーザＧの反射光を計測するＣＣＤ等から構成されたプロファイラ６３とを備えている。駆動式ミラー６２とプロファイラ６３との距離は、駆動式ミラー６２と試料台２０の中心との距離に等しく設定されている。
【００１６】
このように構成されたスパッタ中性粒子質量分析装置１０は、調整作業及び質量分析を行う。調整作業は、図２に示すように、測定前に一次イオンビームＰの調整を行い（ＳＴ１）、測定位置の設定を行う（ＳＴ２）。次に、試料台２０の加熱ヒータ２２を動作させ、試料Ｗ表面の状態把握と清浄化を行う。測定箇所の加熱ヒータ２２による加熱で脱理する試料表面吸着分子はレーザＧによりイオン化し、質量分析することで、試料Ｗの表面状態を把握する。図３はスパッタ中性粒子質量分析装置１０におけるＳｉ基板をレーザＳＮＭＳ測定した結果を示す説明図である。通常の測定方法における測定結果をＳｉ、この測定方法からイオンビームを停止して測定したものをイオンビームオフと標記した。イオンビームオフでは、真空チャンバ内の残留ガスであるＨ２Ｏ，Ｃ，ＣＯ，Ｎ２等が検出された。次に、試料Ｗの温度を制御することで、測定条件の均一化が行われる（ＳＴ３）。試料Ｗの加熱は上述したように加熱ヒータ２２を用いるが、温度を低下させるためには、冷却リザーバ２３に冷却液体を導入する。
【００１７】
次に、治具６１を用いて駆動式ミラー６２の位置を調整し、レーザＧを反射させ、プロファイラ６３を設置することで、レーザＧの集光点位置とレーザＧの強度分布を３次元的に座標で把握する。これにより、一次イオンビームＰの照射位置に対するレーザＧの集光点を高精度に設定することができる（ＳＴ４）。以上の操作により、質量分析の精度と再現性を向上することができる。調整作業を終えたら、次に、測定を行う（ＳＴ５）。
【００１８】
すなわち、イオンビ−ム発生装置３１から一次イオンビームＰを発生させる。ついで、一次イオンビームＰを静電レンズ３２を用いて集束させた後、試料Ｗの表面に衝突させる。この衝突により中性粒子が試料Ｗの表面から放出され、試料台２０の直上の空間に浮遊する。一方、パルスレ−ザ発生器４１から発生したレーザＧは、レンズ４２で集光され、中性粒子に照射される。中性粒子はレーザＧの焦点付近において、イオン化され光励起イオンとなる。光励起イオンは電圧が印加された引出し電極５１により引き出され、質量分離器５２によって質量分離される。さらに、イオン検出器５３によって光励起イオンが検出され、電気パルス化され、この電気パルスがパルス計数器５４によって計数され、試料Ｗの分析が行われる。
【００１９】
１〜複数の試料Ｗの分析が終わった時点で、測定の定量性を保ち、その結果、高感度、かつ、再現性を高めるために上述したＳＴ４の手順を行い、レーザ照射装置４０の調整が行われる。
【００２０】
このように構成された本実施の形態に係るスパッタ中性粒子質量分析装置１０では、プロファイル装置６０を用いて、レーザＧの集光点を高精度に設定することで、測定の定量性を保ち、その結果、高感度、かつ、再現性を高めることが可能となる。
【００２１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１０…スパッタ中性粒子質量分析装置、２０…試料台、３０…イオンビーム照射装置、４０…レーザ照射装置、５０…質量分析装置、６０…プロファイル装置、６２…駆動式ミラー、６３…プロファイラ、Ｐ…一次イオンビーム、Ｇ…レーザ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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