(57)【要約】【課題】絶縁物の分析対象となる領域における帯電を補正することにより、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能な絶縁物の二次イオン質量分析方法を提供する。【解決手段】本発明の絶縁物の二次イオン質量分析方法は、絶縁物である試料の表面に導電性の連続膜であるＰｔ−Ｐｄ合金薄膜を成膜し、このＰｔ−Ｐｄ合金薄膜付き試料に一次イオンビーム及び電子ビームを照射し、この試料から発生する二次イオンを引き出し、質量分析する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁物である試料の分析を、この試料から発生する二次イオンを用いて行う絶縁物の二次イオン質量分析方法において、
前記絶縁物の分析対象となる領域に導電性の連続膜を成膜し、
この連続膜を有する絶縁物に一次イオンビームを照射し、この絶縁物から発生する二次イオンを質量分析することを特徴とする絶縁物の二次イオン質量分析方法。
【請求項２】
前記導電性の連続膜は、Ｐｔ−Ｐｄ合金膜であることを特徴とする請求項１記載の絶縁物の二次イオン質量分析方法。
【請求項３】
前記導電性の連続膜は、マグネトロンスパッタリングにより成膜することを特徴とする請求項１または２記載の絶縁物の二次イオン質量分析方法。
【請求項４】
前記絶縁物の分析対象となる領域に、大気中にて紫外線を照射して当該領域を清浄化し、次いで、この清浄化された領域に前記導電性の連続膜を成膜することを特徴とする請求項１、２または３記載の絶縁物の二次イオン質量分析方法。
【請求項５】
前記一次イオンビームと共に電子ビームを照射することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の絶縁物の二次イオン質量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁物の二次イオン質量分析方法に関し、更に詳しくは、絶縁物の分析対象となる領域に膜厚が制御された非常に薄い導電性の連続膜を成膜することにより、絶縁物の表面の帯電を制御し、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能な絶縁物の二次イオン質量分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次イオン質量分析法（Secondary Ion Mass Spectroscopy : SIMS）は、分析の対象となる試料に一次イオンを照射し、この試料から発生する二次イオンを質量分析することにより、試料を構成する元素や化合物の同定及び濃度の測定を行う分析法である。
この二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により、例えば、石英ガラス等の絶縁物の分析を行う場合、絶縁物に一次イオンを照射すると、この一次イオンあるいは一次イオンにより二次的に発生する電子により絶縁物の表面が帯電し、いわゆるチャージアップと称される現象が生じる。
【０００３】
絶縁物の表面がチャージアップした場合、この表面における電位の変化により、一次イオンの照射位置のずれ、絶縁物から発生する二次イオンのイオン化率の低下等の不具合が生じることとなり、その結果、分析精度が低下し、場合によっては分析困難になる虞がある。
そこで、絶縁物の表面を安定かつ再現性良く分析するために、絶縁物の一次イオンを照射した位置にさらに電子線を照射し、この表面の帯電を抑制する電子線照射法、あるいは、絶縁物の表面に金属膜等の導電膜を蒸着し、この蒸着膜により表面の帯電を防止する導電膜蒸着法等により、帯電状態の絶縁物の表面の電荷を低減して分析を行う方法が採られている。
【０００４】
ところで、この導電膜蒸着法では、導電性を向上させるためにはＡｕ等の貴金属の蒸着膜が好ましいが、膜厚が薄い場合、島状成長をし、蒸着膜が平坦な連続膜にならずに不連続膜になり易い。そこで、絶縁物の表面の分析の対象となる部分の周辺部分に、ＰｄやＰｔ等の貴金属微粒子層を形成し、その後二次イオン質量分析を行う方法が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−２００２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来の電子線照射法では、試料の前処理が不要という利点があるが、比較的高いエネルギーの電子線を照射することから、電子線照射によりガスが発生するものや熱変形し易いものの分析には不向きである。
また、従来の導電膜蒸着法では、蒸着膜の膜厚が不均一な場合には、電荷補正が分析箇所により異なることとなり、正確かつ再現性良く分析を行うことができないという問題点があった。
さらに、不連続膜を解消するために提案された絶縁物の表面の分析の対象となる部分の周辺部分に貴金属微粒子層を形成する方法では、ＰｄやＰｔ等の貴金属微粒子層により不連続膜の発生を解消することができるものの、貴金属微粒子層自体の面内の膜厚むらが大きく、正確かつ再現性良く分析を行うには不十分なものであった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、絶縁物の分析対象となる領域における帯電を補正することにより、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能な絶縁物の二次イオン質量分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、絶縁物である試料の分析を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により行うに際し、絶縁物の分析対象となる領域に、Ｐｔ−Ｐｄターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングによりＰｔ−Ｐｄ合金膜を成膜すれば、膜厚が非常に薄くかつ平坦な導電性の連続膜が得られ、しかも、この導電性の連続膜が絶縁物の分析対象となる領域における帯電を補正して均質化し、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の絶縁物の二次イオン質量分析方法は、絶縁物である試料の分析を、この試料から発生する二次イオンを用いて行う絶縁物の二次イオン質量分析方法において、前記絶縁物の分析対象となる領域に導電性の連続膜を成膜し、この連続膜を有する絶縁物に一次イオンビームを照射し、この絶縁物から発生する二次イオンを質量分析することを特徴とする。
【０００９】
この絶縁物の二次イオン質量分析方法では、絶縁物の分析対象となる領域に導電性の連続膜を成膜することにより、この連続膜を有する絶縁物に一次イオンビームを照射した際に、この導電性の連続膜が絶縁物の分析対象となる領域の帯電を補正する。これにより、この絶縁物の表面では電位が変化し難くなり、一次イオンの照射位置のずれ等が生じ難くなる。よって、絶縁物から発生する二次イオンのイオン化率の低下等の不具合が生じ難くなり、分析精度が向上し、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能になる。
【００１０】
前記導電性の連続膜は、Ｐｔ−Ｐｄ合金膜であることが好ましい。
前記導電性の連続膜は、マグネトロンスパッタリングにより成膜することが好ましい。
この導電性の連続膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜することで、膜厚が非常に薄くかつ平坦な導電性の連続膜が容易に得られる。
【００１１】
前記絶縁物の分析対象となる領域に、大気中にて紫外線を照射して当該領域を清浄化し、次いで、この清浄化された領域に前記導電性の連続膜を成膜することが好ましい。
前記絶縁物の分析対象となる領域を清浄化することで、絶縁物の表面と導電性の連続膜との界面が清浄な接合面となり、分析精度がさらに向上し、質量分析の正確度及び再現性がさらに向上する。
前記一次イオンビームと共に電子ビームを照射することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の絶縁物の二次イオン質量分析方法によれば、絶縁物の分析対象となる領域に導電性の連続膜を成膜し、この連続膜を有する絶縁物に一次イオンビームを照射し、この絶縁物から発生する二次イオンを質量分析するので、導電性の連続膜が絶縁物の分析対象となる領域の帯電を補正することができ、分析精度を向上させることができる。その結果、正確かつ再現性良く質量分析を行うことができる。
【００１３】
また、この導電性の連続膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜することで、膜厚が非常に薄くかつ平坦な導電性の連続膜を容易に成膜することができる。
また、絶縁物の分析対象となる領域に、大気中にて紫外線を照射して当該領域を清浄化することで、分析精度をさらに向上させることができ、質量分析の正確度及び再現性をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の絶縁物の二次イオン質量分析方法を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１５】
本実施形態の絶縁物の二次イオン質量分析方法は、絶縁物である試料の分析を、この試料から発生する二次イオンを用いて行う絶縁物の二次イオン質量分析方法であり、絶縁物の分析対象となる領域に導電性の連続膜を成膜し、この連続膜を有する絶縁物に一次イオンビームを照射し、この絶縁物から発生する二次イオンを質量分析する方法である。
【００１６】
まず、この絶縁物の分析対象となる領域にマグネトロンスパッタリングにより導電性の連続膜を成膜するコーティング装置について説明する。
図１は、コーティング装置を示す模式図であり、図において、１は真空チャンバー、２は真空チャンバー１内に設けられて絶縁物の試料Ｓを保持するステンレススチール（ＳＵＳ）製の試料ホルダ、３はステージ２の上方に試料Ｓに対向して設けられたマグネトロンスパッタ用ターゲット、４は紫外線（ＵＶ）ランプ、５はガス導入用配管、６は真空排気系である。
【００１７】
ターゲット３は、試料Ｓの表面に非常に薄くかつ均質な導電性の連続膜を成膜するためのもので、薄くかつ均質な導電膜を得るためには貴金属ターゲット、特にＰｔ−Ｐｄ合金ターゲットが好適に用いられる。このターゲット３の形状や大きさは、試料Ｓの一次イオンビームの照射面積に対して薄くかつ均質な導電性の連続膜を成膜することができる形状や大きさであればよく、例えば、直径が２インチ（５．０８ｃｍ）程度の円形のターゲットが好適に用いられる。
【００１８】
ＵＶランプ４は、試料Ｓの表面に大気中にて紫外線（ＵＶ）を照射し、この時に発生するオゾン（Ｏ３）及び紫外線（ＵＶ）の相乗効果により試料Ｓの表面に吸着している有機物のクリーニングを行うもので、オゾン（Ｏ３）の発生効率及び紫外線（ＵＶ）の波長を考慮すると、２００ｎｍ以下の輝線を有する水銀ランプが好適である。
【００１９】
ガス導入用配管５は、真空チャンバー１内に、マグネトロンスパッタ時にはＡｒガスを、ＵＶランプ４によるクリーニング時には空気または酸素（Ｏ２）ガスを、それぞれ導入するためのもので、これらの導入ガスは、ガス流量計及び流量制御器（図示せず）によりその流量及び圧力が制御される。
【００２０】
真空排気系６は、真空チャンバー１内をマグネトロンスパッタリングに最適な真空度とすることができるものであればよく、ドライポンプ（ＤＰ）とターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を組み合わせた真空排気系、直結式のロータリーポンプ（ＲＰ）とターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を組み合わせた真空排気系、のいずれかが好適に用いられる。
【００２１】
次に、このコーティング装置を用いて、試料Ｓの表面にマグネトロンスパッタリングにより導電性の連続膜を成膜する方法について説明する。
成膜の対象となる試料Ｓは、絶縁物であれば特に限定されないが、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により質量分析を行うことを考慮すると、石英ガラス等の絶縁性セラミックス、ダイヤモンドもしくはＤＬＣ膜、高抵抗アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜等が挙げられる。
【００２２】
この試料Ｓをステージ２上の所定位置に載置し、この試料Ｓをステージ２上に金具等で固定した後、この試料Ｓをステージ２毎真空チャンバー１内に固定し、ガス導入用配管５により真空チャンバー１内に乾燥した空気（またはＯ２ガス）を導入する。
次いで、ＵＶランプ４により、試料Ｓの表面に紫外線（ＵＶ）を照射し、この時に発生するオゾン（Ｏ３）及び紫外線（ＵＶ）の相乗効果により試料Ｓの表面に吸着している有機物を分解・除去する。
このＵＶ照射により、試料Ｓの表面は有機物の付着等のない清浄面となる。
【００２３】
次いで、真空チャンバー１内の所定位置に、試料Ｓの表面と対向するようにターゲット３を固定する。
ターゲット３としては、薄くかつ均質な導電性連続膜を成膜することができる貴金属ターゲットが好ましく、特に、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）による分析の正確性及び再現性を考慮すると、Ｐｄを１０〜３０質量％含有するＰｔ−Ｐｄ合金ターゲットが好適である。
次いで、真空排気系６を稼働させて、真空チャンバー１内をマグネトロンスパッタリングに最適な真空度、例えば、１０−２Ｐａ以下にまで真空排気する。
【００２４】
次いで、この真空排気された真空チャンバー１内に、ガス導入用配管５によりＡｒガス等の希ガスを導入し、この真空チャンバー１内を１〜１０Ｐａの希ガス雰囲気とする。
次いで、この希ガス雰囲気中にて、試料Ｓの分析対象となる領域を含む表面全面にマグネトロンスパッタリングにより導電性の連続膜、例えば、Ｐｔ−Ｐｄ合金薄膜を成膜する。
【００２５】
この導電性の連続膜は、マグネトロンスパッタリング時の堆積速度（レート）及び堆積時間を制御することにより、厚みが５〜３０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２０ｎｍの非常に薄くかつ均質な膜が形成される。
ここで、導電性の連続膜の厚みを５〜３０ｎｍと限定したのは、厚みが５ｎｍより薄いと、粒子部分が残ってしまい、全体が連続膜にならない虞があるからであり、一方、厚みが３０ｎｍより厚いと、一次イオンエッチングによる表面粗れにより凹凸が生じ易くなり、この凹凸の影響が試料Ｓの深さ方向の分解能を低下させ、正確かつ再現性良く質量分析を行なうことができなくなる虞があるからである。
【００２６】
ここで、ターゲット３にＰｔ−Ｐｄ合金ターゲットを用いると、試料Ｓの表面には、厚みが１０ｎｍ〜２０ｎｍ程度の非常に薄くかつ均質な導電性の連続膜であるＰｔ−Ｐｄ合金薄膜が形成される。このＰｔ−Ｐｄ合金薄膜は、マグネトロンスパッタリングによる薄膜であるから、島状構造をとることのない極めて平坦な連続膜になっている。
また、ＵＶ照射により清浄面となった試料Ｓの表面に、マグネトロンスパッタリングによりＰｔ−Ｐｄ合金薄膜を成膜することにより、試料ＳとＰｔ−Ｐｄ合金薄膜との界面は、清浄な接合面になっている。
【００２７】
このようにして得られた導電性の連続膜付き試料Ｓを、二次イオン質量分析装置の試料室にセットし、この導電性の連続膜付き試料Ｓに一次イオンビームを照射し、この試料Ｓから発生する二次イオンを試料室から引き出し、質量分析計にて二次イオンの質量分析を行う。
【００２８】
一次イオンビームを照射した際に、導電性の連続膜が試料Ｓの表面における帯電を補正するので、試料Ｓの表面では電位が変化し難くなり、試料Ｓの表面がチャージアップする虞もなくなり、一次イオンの照射位置がずれる虞もなくなる。また、この試料Ｓから発生する二次イオンについても、イオン化率の低下等の不具合が生じる虞がなくなる。
その結果、分析精度が向上し、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能になる。
【００２９】
特に、Ｐｔ−Ｐｄ合金薄膜を成膜した場合、一次イオンビームを照射した際に、Ｐｔ−Ｐｄ合金薄膜が試料Ｓの表面における帯電を補正し均質化するので、試料Ｓの表面では電位の変化が極めて小さくなり、試料Ｓの表面がチャージアップする虞もない。したがって、一次イオンの照射位置がずれる虞もなく、また、この試料Ｓから発生する二次イオンについても、イオン化率の低下等の不具合が生じる虞がない。
【００３０】
なお、一次イオンビームを照射する際に、同時に電子ビームを照射することとしてもよい。
Ｐｔ−Ｐｄ合金薄膜付き試料Ｓに電子ビームを照射することにより、表面の帯電がさらに補正されるので、分析精度がさらに向上し、質量分析の正確度及び再現性がさらに向上する。
【００３１】
また、ＴＦＴ型液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＤ）の積層構造の絶縁体の場合、例えば、ガラス基板上に、ａ−Ｓｉ／ＳｉＯｘ／ＳｉＮｘの３層構造の絶縁膜が形成されていることが多く、これらａ−Ｓｉ、ＳｉＯｘ及びＳｉＮｘの各層によっても帯電現象が異なる。そこで、これらａ−Ｓｉ、ＳｉＯｘ及びＳｉＮｘの各層の帯電特性を一様に制御することにより、絶縁膜としての分析評価を正確かつ再現性良く行うことが可能である。
【００３２】
本実施形態の絶縁物の二次イオン質量分析方法によれば、絶縁物である試料Ｓの表面に導電性の連続膜であるＰｔ−Ｐｄ合金薄膜を成膜し、このＰｔ−Ｐｄ合金薄膜付き試料Ｓに一次イオンビームを照射し、この試料Ｓから発生する二次イオンを質量分析するので、Ｐｔ−Ｐｄ合金薄膜を非常に薄くかつ均質な導電性の連続膜とすることができる。また、試料Ｓの表面にＵＶを照射して有機物を分解・除去し、得られた清浄面にマグネトロンスパッタリングによりＰｔ−Ｐｄ合金薄膜を成膜するので、試料ＳとＰｔ−Ｐｄ合金薄膜との界面を清浄な接合面とすることができる。
したがって、質量分析の精度を向上させることができ、その結果、正確かつ再現性良く質量分析を行うことができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
「実施例」
表面にａ−Ｓｉ／ＳｉＯｘ／ＳｉＮｘの３層構造の絶縁膜が形成されたガラス基板を試料とし、この試料の表面とＰｔ−Ｐｄ合金ターゲットとの間の距離を約３０ｍｍとし、この試料の表面にマグネトロンスパッタリングにより膜厚が１０ｎｍのＰｔ−Ｐｄ合金薄膜を成膜した。
この試料に電子ビームを照射し、およそ８ｍｍ×８ｍｍの試料ホルダの試料面積内の中央部を二次イオン質量分析した。
また、この試料の試料面積内の端部を二次イオン質量分析した。
【００３４】
図２は、実施例の試料の中央部の二次イオン質量分析結果を示す図であり、一次イオンとしてＣｓを用い、一次イオン照射面積２００μｍ□のうち中央の１０％の部分から得られた深さ方向の強度分布である。
図３は、実施例の試料の端部の二次イオン質量分析結果を示す図であり、一次イオンとしてＣｓを用い、一次イオン照射面積２００μｍ□のうち中央の１０％の部分から得られた深さ方向の強度分布である。
【００３５】
図２と図３を比較すると、およそ１６０秒〜３００秒の範囲が絶縁物であるＳｉＯｘ膜に相当する強度分布であり、一次イオン照射の位置がホルダの中心部と端部とでは、二次イオンの強度がほぼ一致していることが分かった。
したがって、電子ビーム照射に加えて、試料の表面にマグネトロンスパッタリングによりＰｔ−Ｐｄ合金薄膜を成膜することにより、試料の表面が一様に帯電補正され、分析の位置によらず同一の二次イオン強度が得られることが分かった。
【００３６】
「比較例」
表面にａ−Ｓｉ／ＳｉＯｘ／ＳｉＮｘの３層構造の絶縁膜が形成されたガラス基板を試料とし、この試料に電子ビームを照射し、およそ８ｍｍ×８ｍｍの試料ホルダの試料面積内の中央部を二次イオン質量分析した。
また、この試料の試料面積内の端部を二次イオン質量分析した。
【００３７】
図４は、比較例の試料の中央部の二次イオン質量分析結果を示す図であり、一次イオンとしてＣｓを用い、一次イオン照射面積２００μｍ□のうち中央の１０％の部分から得られた深さ方向の強度分布である。
図５は、比較例の試料の端部の二次イオン質量分析結果を示す図であり、一次イオンとしてＣｓを用い、一次イオン照射面積２００μｍ□のうち中央の１０％の部分から得られた深さ方向の強度分布である。
【００３８】
図４と図５を比較すると、およそ１６０秒〜３００秒の範囲が絶縁物であるＳｉＯｘ膜に相当する強度分布であり、一次イオン照射の位置がホルダの中心部と端部とでは、二次イオンの強度が異なっており、測定元素の強度が大きく異なっていることが分かった。
したがって、質量分析時の電子ビーム照射だけでは、試料の表面が一様に帯電補正されないために、得られる二次イオンの強度は分析の位置に依存することが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態の導電性の連続膜を成膜するコーティング装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例の試料の中央部の二次イオン質量分析結果を示す図である。
【図３】本発明の実施例の試料の端部の二次イオン質量分析結果を示す図である。
【図４】比較例の試料の中央部の二次イオン質量分析結果を示す図である。
【図５】比較例の試料の端部の二次イオン質量分析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  真空チャンバー
２  試料ホルダ
３  マグネトロンスパッタ用ターゲット
４  紫外線（ＵＶ）ランプ
５  ガス導入用配管
６  真空排気系
Ｓ  試料
【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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