(57)【要約】【課題】例えばプラズマのような各種の電荷物質を含む測定対象を簡便な方法で同時に同定・定量するイオン付着質量分析の方法および装置、さらに負イオンの計測を容易にした負イオン計測方法を提供する。【解決手段】このイオン付着質量分析方法は、被測定物質を金属イオン放出機構を有するイオン源２２に導入し、金属イオン放出機構から放出された正電荷の金属イオンを被測定物質に付着させてイオン化し、被測定物質を最終的に正のイオンとして取り出し、その後に質量分析装置２１により質量分析を行う。被測定物質が、その荷電状態に拘らず、すべて金属イオン放出機構から放出される正イオンを利用して正イオン化することにより、最終的に正イオンとして取り出し、被測定物質の電荷の種類によらずに、電子以外のすべての成分を検出できる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物質を金属イオン放出機構を有するイオン化部に導入し、前記金属イオン放出機構から放出された正電荷の金属イオンを前記被測定物質に付着させてイオン化し、質量分析部により質量分析を行うイオン付着質量分析方法において、
前記イオン化部の被測定物質導入部に設けた引込み電極の電位を変化させることにより前記イオン化部に導入する前記被測定物質を選別し、前記被測定物質を最終的に正のイオンとして取り出すことを特徴とするイオン付着質量分析方法。
【請求項２】
前記被測定物質は、プラズマ反応により発生した正イオン、負イオン、ラジカルを含む中性活性種のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載のイオン付着質量分析方法。
【請求項３】
前記被測定物質は、プラズマ反応により発生した少なくとも正イオンと負イオンを含み、これらの複数の測定成分を同時に測定することを特徴とする請求項１記載のイオン付着質量分析方法。
【請求項４】
負イオンをイオン化部に導入し、金属イオン放出機構から放出される正電荷の金属イオンを利用して前記負イオンを正イオンに変換し、その後の計測部で前記負イオンに係る対象物を正イオン状態で計測することを特徴とする負イオン計測方法。
【請求項５】
前記負イオンは、プラズマ反応により発生し、引込み電極でイオン化部へ導入されることを特徴とする請求項４記載の負イオン計測方法。
【請求項６】
被測定物質をイオン化部に導入してイオン化し、質量分析部により質量分析を行う質量分析装置において、前記被測定物質を前記イオン化部の被測定物質導入部に引き込むための引込み電極を設けたことを特徴とする質量分析装置。
【請求項７】
前記被測定物質は、プラズマ反応により発生した正イオン、負イオン、ラジカルを含む中性活性種のうちのいずれかであることを特徴とする請求項６記載の質量分析装置。
【請求項８】
親分子を壊さないイオン付着原理に基づき前記被測定物質をイオン化し、親分子のままで質量分析を行うことを特徴とする請求項６または７記載の質量分析装置。
【請求項９】
前記引込み電極の電位を前記プラズマの電位と実質的に等しくしたことを特徴とする請求項７または８記載の質量分析装置。
【請求項１０】
前記金属イオン放出体の電位を前記プラズマの電位および前記引込み電極の電位よりも高くしたことを特徴とする請求項７または８記載の質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン付着質量分析方法、負イオン計測方法、および質量分析装置に関し、特に、正電荷の金属イオンを被測定物質に付着させてイオン化を行うイオン化方法を利用して、負イオン等を正イオン化して分析・計測可能にするイオン付着質量分析方法、負イオン計測方法、および質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスで基板上にデバイスを作製するための成膜法または加工法には様々な方法が取り入れられている。その中でも、プラズマを利用する方法は、良好な膜厚分布や良質な膜質作製、および良好なデバイス機構の作製が可能である方法として様々な分野で利用されている。
【０００３】
半導体製造プロセスに係る技術の進歩と共に、プラズマを利用する場合であっても、さらに最適な条件で良質な成膜を行えるようにすることが重要な課題になっている。このため、当該プラズマの成分構造を解明し、より良い成膜および加工の制御を行うことが必要となる。特に、プラズマ中の正イオン、負イオンおよびラジカルの挙動を解明しようとして様々な方法が試みられている。
【０００４】
一方、試料の成分を測定する方法として様々な手法に基づく質量分析法が提案されており、特に成分を正イオンに変換することにより正イオンとして検出する方法が主流である。しかしながら、質量分析法によってプラズマ中の成分を測定する場合には、プラズマ中には正イオンの他、負イオンやラジカルが存在しており、それらについても検出する必要がある。負イオンやラジカルの測定に関しては、本出願人により四重極質量分析法（ＱＭＳ法）によって測定可能なことが確認されており（例えば特許文献１）、またその他レーザ照射による光脱理法によっても測定が行われている。
【０００５】
中でも四重極質量分析装置は、簡便かつ安価であり、プラズマによる成膜装置あるいは加工装置に簡単に接続可能であることから、プラズマ解析の手段として利用されてきている。
【０００６】
また特許文献２はプラズマ反応中から負イオンのみを取り出して分析する負イオン測定法および装置を開示している。この装置では、プラズマに接して設けられた引込み電極のオリフィスにプラズマ電位よりも高い電圧をかけてその電位を高め、当該高電圧でプラズマと基板電極等との間に形成されるシースを破壊して負の荷電粒子を引き出すように構成されている。その後の質量分析部では、引き出された負の荷電粒子を負の状態のままで質量分析する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３０６５７号公報
【特許文献２】
特開平１０−１９９４７４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマを利用した成膜装置または加工装置、あるいはそれらの装置の排気ガス用の配管（真空排気装置）に接続され、かつこれらの装置等で生じたプラズマ中の成分を検出・計測する従来の四重極質量分析装置によれば、プラズマ反応により発生した負イオンを検出するため、まず、負イオンをイオン収束部に導入する目的でイオン収束部の各電極に正の電圧を印加し、さらには四重極分析部から出てきた負イオンを二次電子増倍管に取り入れる目的で二次電子増倍管の上段の反射電極を負電圧にしなければならない。このため、次のような問題点が生じていた。
【０００９】
（１）イオン検出部の二次電子増倍管の終端部を正の数百ボルトから数千ボルトにしなければならないことから、信号処理のために通常のエレクトロメータを直接接続することができない。
【００１０】
（２）電界で負イオンを輸送する過程で正イオンが排除されてしまい、負イオンと正イオンの同時測定ができない。
【００１１】
（３）負イオンと共に電子が引き込まれるため、ノイズ（バックグラウンド上昇）の原因となる。
【００１２】
上記の（１）〜（３）の問題点があるため、コンデンサを介して二次電子増倍管をパルスカウンタに接続し、引き込まれる電子低減のための機構を配置させて測定が行われる。しかし、この方法では、装置が煩雑になること、あるいは広いダイナミックレンジで測定できないという問題がある。さらに、引き込まれる電子を低減させるため、コンバージョンダイノードが近年開発されるようになった。しかし、コンデンサとパルスカウンタあるいはコンバージョンダイノードのいずれの方法を用いても正負イオンの同時測定や広いダイナミックレンジでの測定の問題を解決することができない。また同時測定ができないため、被測定物質の極性により二次電子増倍管上段の反射電極の電圧をそのつど変更することが必要である。
【００１３】
また上記特許文献２による負イオン測定装置等によれば、引込み電極の電位状態によってプラズマ中から負イオンのみを引き込んで質量分析するようにした構成を開示しているが、質量分析が行われるときには負イオンの状態であるので、前述した各問題を有している。
【００１４】
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、例えばプラズマのような様々な電荷物質を含む被測定対象を簡便な方法で同定・定量でき、さらに正負のイオン等の複数の被測定物質を同時に測定することができるイオン付着質量分析方法、および特に負イオンの質量分析に係る計測を容易にした負イオン計測方法、さらに質量分析装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るイオン付着質量分析方法、負イオン計測方法、および質量分析装置は、上記目的を達成するために、次の通り構成される。
【００１６】
本発明に係る第１のイオン付着質量分析方法（請求項１に対応）は、プラズマ中に含まれる被測定物質を金属イオン放出機構を有するイオン化部に導入し、金属イオン放出機構から放出された正電荷の金属イオンを当該被測定物質に付着させてイオン化し、プラズマ中に含まれる被測定物質を最終的に正のイオンとして取り出し、その後に質量分析部により質量分析を行う方法である。
【００１７】
上記のイオン付着質量分析方法では、プラズマ中に含まれる被測定物質が、その荷電状態に拘らず、すべて金属イオン放出機構から放出される正イオンを利用して正イオン化することにより、最終的に正イオンとして取り出す。従って被測定物質が正、負、または中性であっても、質量分析部において同じ構成の検出機構を用いてすべての荷電状態の被測定物質を検出・測定することが可能となる。これにより、被測定物質の電荷の種類によらずに、電子以外のすべての成分を検出できる。
【００１８】
第２のイオン付着質量分析方法（請求項２に対応）は、上記の第１の分析方法において、好ましくは、上記の被測定物質は、プラズマ反応により発生した正イオン、負イオン、ラジカルを含む中性活性種のうちのいずれかであることで特徴づけられる。このイオン付着質量分析方法では、特に、プラズマを利用して成る成膜装置等の当該プラズマ反応室におけるプラズマ内に含まれる各種の荷電状態の被測定物質の同定・定量の測定に適している。
【００１９】
第３のイオン付着質量分析方法（請求項３に対応）は、上記の第１の分析方法において、好ましくは、上記の被測定物質は、プラズマ反応により発生した少なくとも正イオンと負イオンを含み、これらの複数の測定成分を同時に測定する方法である。このイオン付着質量分析方法では、金属イオン放出機構から放出される金属イオンを利用して被測定対象物が負イオンである場合にも正イオン化するので、質量分析部で正イオン用に設定された同じ構成の検出機構を利用して検出を行うことができ、電荷状態の正負に依存して検出機構を変える必要がないので、同じ質量分析部を利用して正イオン、負イオン、およびラジカルのような中性物質を同時に測定することが可能である。この方法によりプラズマ中のすべての物質を検出できるので、プラズマを解析することができ、プラズマを制御できる。
【００２０】
本発明に係る第１の負イオン計測方法（請求項４に対応）は、負イオンをイオン化部に導入し、金属イオン放出機構から放出される正電荷の金属イオンで負イオンを正イオンに変換し、その後の計測部で負イオンに係る対象物を正イオン状態で計測する方法である。この負イオン計測方法では、質量分析装置等の同定・定量の計測装置において、イオン検出機構が本来的に正イオン用に構成されていたとしても、負イオンである被測定物質に正電荷の金属イオンを付着させ、最終的に正イオンとして取り出すことにより、既存の正イオン用に構成された質量分析装置等で容易に計測を行うことが可能となる。
【００２１】
本発明に係る第２の負イオン計測方法（請求項５に対応）は、上記の第１の負イオン計測方法において、好ましくは、負イオンはプラズマ反応により発生するものであり、引込み電極によってイオン化部に導入されることで特徴づけられる。
【００２２】
本発明に係る第１の質量分析装置（請求項６に対応）は、被測定物質をイオン化部に導入してイオン化し、質量分析部により質量分析を行う質量分析装置であり、被測定物質をイオン化部の被測定物質導入部に引き込むための引込み電極を設けるように構成される。
【００２３】
上記の質量分析装置では、例えばプラズマ中に含まれる各種の被測定物質をイオン化部に引き込んで金属イオン放出体から放出される金属イオンを付着させるものであり、引込み電極で設定される電位条件に基づいてイオン化部の被測定物質導入部に導入される。質量分析装置としては、従来のよく知られた質量分析装置でもよいし、イオン付着質量分析装置であってもよい。
第２の質量分析装置（請求項７に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、被測定物質は、プラズマ反応により発生した正イオン、負イオン、ラジカルを含む中性活性種のうちのいずれかであることで特徴づけられる。
【００２４】
第３の質量分析装置（請求項８に対応）は、上記の各構成において、  親分子を壊さないイオン付着原理に基づき被測定物質をイオン化し、親分子のままで質量分析を行うことで特徴づけられる。この構成によれば、当該質量分析装置はイオン付着質量分析装置として構成される。
【００２５】
第４の質量分析装置（請求項９に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、引込み電極の電位をプラズマの電位と実質的に等しくしたことで特徴づけられる。引込み電極とプラズマの電位関係に関して上記の関係を設定することにより、負イオンを含む荷電粒子およびラジカル等のすべてをイオン化室に導入することが可能である。
【００２６】
第５の質量分析装置（請求項１０に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、金属イオン放出体の電位をプラズマの電位および引込み電極の電位よりも高くするように構成される。この構成によれば、イオン化室の金属イオン放出体から放出された正電荷の金属イオンを引込み電極を経由してプラズマ中に打ち込むことが可能であり、引込み電極の近傍のプラズマ中に打ち込まれた正電荷の金属イオンで中性または正のイオンを積極的に生成することが可能となる。このように生成された中性または正のイオンは引込み電極によってイオン化室に導入される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２８】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成要素の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００２９】
図１は本発明に係るの代表的な実施形態であるイオン付着質量分析装置の全体構成を示す。１１はプラズマを発生する構成を有した例えば成膜装置である。成膜装置１１としてはスパッタ成膜装置やＣＶＤ成膜装置である。本発明が適用される装置例は成膜装置に限らず、プラズマを利用して処理または加工を行う装置またはこれに類似する装置であれば、任意の装置に本発明の構成を適用することができる。このように、本発明に係る方法または装置を、研究用や生産用のプラズマ薄膜形成装置または加工装置にプロセスモニタとして適用することで、プラズマ処理の状況を制御／管理することができる。
【００３０】
成膜装置１１は例えばプラズマＣＶＤ装置であるとする。当該成膜装置１１は、基板を処理する処理室１２と、基板を処理室１２に搬入・搬出する搬送装置１３と、プラズマを発生させるためのプロセスガスを導入するプロセスガス導入機構１４と、基板の表面に成膜される膜物質に係る材料ガスを導入する材料ガス導入機構１５と、処理室１２を所要の減圧状態にする真空排気装置１６と、プラズマ放電用の電力を供給する電源装置１７とから構成されている。なお、ガス配管に設けられるバルブや処理室の真空計および制御系の図示は、本発明の要旨と関係がないので、省略されている。
【００３１】
上記の処理室１２の内部には、基板が搭載される基板ホルダが設けられ、かつ基板の前面空間でプラズマを生成する機構部が設けられている。プラズマを生成する機構部としては、２極放電形、マグネトロン放電形等の各種の方式を有する機構部が提案されている。
【００３２】
上記の成膜装置１１の処理室１２には、さらにイオン付着質量分析装置２１が付設されている。イオン付着質量分析装置２１は、処理室１２内での放電で生じたプラズマの反応状態を計測するモニタ装置である。
【００３３】
この実施形態では、イオン付着質量分析装置２１は、処理室１２と隣接する箇所に、金属イオン放出機構から成るイオン源またはイオン化室２２を備えている。
【００３４】
イオン源２２は金属イオン放出機構を備える。金属イオン放出機構は、通電・加熱作用に基づき正電荷の金属イオン（Ｌｉ＋等）を放出する金属イオン放出体と、当該金属イオン放出体を電圧印加に基づき通電・加熱する電圧印加部（フィラメントワイヤ等）と、所要電圧を印加し当該電圧印加部に対して通電を行う電源とによって構成されている。正電荷の金属イオンを被測定物質の電荷の偏り部分に穏やかに、すなわち低いエネルギで付着させることのできる上記の金属イオン放出機構は知られているので、図１中において、これらの詳細な構成の図示は省略されている。
【００３５】
上記のイオン付着式のイオン源２２を備えたイオン付着質量分析装置２１は、処理室１２内で発生したプラズマ中に生じた各種の成分すなわち被測定物質を、イオン源２２を経由して取り込み、質量分析を行って当該被測定物質の同定・定量に係る計測を行う。この際、イオン源２２に取り込まれたプラズマ中の各種の被測定物質は、内蔵された金属イオン放出機構のイオン放出体から放出される正電荷の金属イオンが付着されることにより、最終的に正イオンとなった状態で取り出される。その後、被測定物質は、正イオンの状態でイオン付着質量分析装置２１の内部を移動することになる。
【００３６】
図２に、イオン付着質量分析装置２１の全体構造およびイオン源２２の内部構造と、処理室１２内のプラズマ３１の状態と、これらの関係とを示す。イオン源２２の内部には金属イオン放出機構が設けられ、説明の便宜上、図２では金属イオン放出体３２のみが示されている。金属イオン放出体３２には不図示の電源によって所定の電圧が印加されている。金属イオン放出体３２からは正電荷の金属イオンが放出される。イオン源２２の端部、すなわちイオン源２２とプラズマ３１が生成される処理室１２との間の境界部は開口しており、絶縁物質４４を介して開口３３ａを有する引込み電極３３が設けられている。引込み電極３３はプラズマ３１に接している。この引込み電極３３には可変直流電源４３が接続され、設定された所定電圧（電位Ｖ２）の印加、および排気機構４２の複数の各種ポンプによる差動排気に基づいて、開口３３ａを通して、矢印３４に示されるように、プラズマ３１中の被測定物質が最終的に正イオンである状態で取り出される。
【００３７】
引込み電極３３の開口３３ａを通して、プラズマ３１の中に含まれる各種の成分すなわち複数の被測定物質がイオン源２２の内部に導入される。イオン源２２内に導入された被測定物質は、金属イオン放出体３２から放出される正電荷の金属イオンが穏やかに付着し、最終的に正イオン化である状態にて取り出される。
【００３８】
通常、プラズマ３１は十数〜数十ボルト（Ｖ）の正の電位（Ｖ１）を持っているので、プラズマ３１中のすべての被測定物質をイオン源２２内に取り込むためには、引込み電極３３に印加される上記所定電圧（電位Ｖ２）はプラズマの電位Ｖ１と同程度であることが必要である。すなわち、この実施形態では、負イオンを含む荷電粒子およびラジカル等の中性物質を導入するために、Ｖ１≒Ｖ２の関係式が成り立つように引込み電極３３に正の電圧を印加している。
【００３９】
イオン付着質量分析装置２１には、上流側から領域的に区別され、前述のイオン源（イオン化室）２２とイオン収束部３５と四重極型質量分析機構部３６とイオン検出部３７とが設けられている。イオン源２２とイオン収束部３５との間には開口３８ａが形成された隔壁３８が設けられる。イオン収束部３５の内部には収束レンズ４５が配置されている。引込み電極３３によって引き込まれ、かつ正電荷の金属イオンが付着した正イオン（擬分子イオン）は、収束レンズ４５に導かれて四重極型質量分析機構部３６の内部に入る。ここで、その正イオンは質量電荷比（ｍ／ｚ）の違いを利用して分離される。四重極型質量分析機構部３６から出た正イオンは、まず、イオン検出部３７に設けられ、かつ二次電子増倍管４０に荷電粒子を取り入れるために設けられた反射電極３９に導かれる。反射電極３９は、不図示の電源により正の電圧が印加されているので、正イオンは反射され、容易に二次電子増倍管４０の中に導入される。二次電子増倍管４０で増加した正イオンは、その増加量が計数され、計数信号はエレクトロメータ４１に与えられる。エレクトロメータ４１は、イオン検出部３７で検出された質量電荷比ごとの電流値を計測する。
【００４０】
上記のイオン検出部３７の二次電子増倍管４０の構成において、荷電粒子として負イオンを引き込むための特別の印加電圧の設定を行う必要はなく、正イオンを引き込むための構成を用いて設定するだけで足りる。
【００４１】
イオン付着質量分析装置２１の内部空間は、複数のターボ分子ポンプ４８と分子ポンプ４９から成る排気装置４２によって所要の減圧状態に真空排気される。
【００４２】
上記において、反応性のプラズマ３１の中には、各種の成分として、中性の分子５１、ラジカル５２等の中性活性種、負イオン５３、正イオン５４、電子５５等が含まれている。電子５５を除くこれらの複数の成分が、イオン付着質量分析装置２１によって測定される被測定物質となる。上記の排気装置４２によって排気動作が行われると、差動排気および前述の引込み電極３３の作用によって開口３３ａを通して被測定物質がイオン源２２の内部に導入される。
【００４３】
次に、上記構成を有するイオン付着質量分析装置２１に基づくプラズマ３１中の各種の被測定物質の同定・定量の測定について説明する。
【００４４】
被測定試料に含まれる各成分を分解せずに親分子の形態で質量分析する方法として、各成分（被測定物質）に正電荷の金属イオンを付着させるイオン付着質量分析方法が行われる。金属イオンの付着はイオン源２２で行われる。この方法によるイオン化は、結合エネルギが数ｅＶのガス分子に０．１ｅＶ程度に低エネルギの金属イオンを付着させ、ガス分子（親分子）と金属イオンの合計された質量数を分離・検出する。
【００４５】
イオン源２２では、金属イオン放出機構の金属イオン放出体３２から放出された金属イオンをイオン化領域へ放出し、そこで、プラズマ３１から流入する各種の被測定物質の分子等に付着させる。その後、四重極型質量分析機構部３６に被測定物質に係る擬分子イオンを通過させて、イオン検出部３７で検出し、各分子の質量スペクトルを得る。
【００４６】
例えば、被測定物質が中性である場合には、特許第３２３６８７６号公報あるいは特公平７−４８３７１号公報に開示されている。この場合には、以下のような金属イオンの付加反応によりにより生じた擬分子イオンを質量分析することで検出できる。
【００４７】
Ａ  ＋  Ｍ＋    →  ＡＭ＋        …（１）
【００４８】
一方、正イオンの場合にはそのまま検出可能である。
【００４９】
Ｂ＋      …（２）
【００５０】
本願の発明者は、被測定物質が負イオンである場合には、以下に示すように少なくとも２回の金属イオン付加を行うことにより、検出可能となることを見出した。
【００５１】
Ｍ＋    ＋  Ｃ−    →  ＭＣ          …（３）
ＭＣ  ＋  Ｍ＋    →  ＭＣＭ＋      …（４）
（Ｍ＋は、好ましくは１価または２価の金属イオン）
【００５２】
以上のように被測定物質は、少なくとも１回の金属イオン付加により、正の電荷を帯びた分子として検出することができる。金属イオンの質量数は既知であるので、付加した金属イオン数は推定可能である。これによって元の被測定物質の同定および定量が可能となる。
【００５３】
図３に、ｃ−Ｃ４Ｆ８ガスに基づくプラズマ３１を分析した結果を示す。図３で横軸は質量電荷比（ｍ／ｚ）を示し、縦軸は密度（任意単位）を示す。図３に示された各ピークの解釈（ｍ／ｚ）は次の通りである。図３によれば、プラズマ３１中に含まれる各種の被測定物質、すなわち正イオン、負イオン、ラジカル、ガス等の同時測定に基づくマススペクトルが示されている。
【００５４】
Ｌｉ＋            ：７    （リチウムイオン）
ＣＦ＋            ：３１  （正イオン）
ＬｉＦＬｉ＋      ：３３  （負イオン；Ｆ−）
ＣＦ２Ｌｉ＋        ：５７  （ラジカル）
ＣＯＦ２Ｌｉ＋      ：７３  （母ガスから生成されたガス成分）
ｃ−Ｃ４Ｆ８Ｌｉ＋    ：２０７（母ガス）
【００５５】
図３に示した質量分析結果に基づけば、“Ｆ−”が正確に検出され同定されていることが分かる。このように、本実施形態による質量分析法を用いると、プラズマ３１内に含まれる正イオン、負イオンのみならず、ラジカル等の中性活性種も同定・定量に係る分析を行うことが可能となる。
【００５６】
図４に本発明の他の実施形態を示す。図４は図２と同様な図であり、図４において図３で説明した要素と同一の要素には同一の符合を付している。この実施形態によるイオン付着質量分析装置２１では、イオン源２２の金属イオン放出体３２から放出されるＬｉ＋またはＮａ＋のごとき金属イオンを、矢印６１に示すように積極的にプラズマ３１の中に打ち込み、負イオンの中性化を行う。このため、プラズマの電位Ｖ１および引込み電極３３へ印加電圧（電位Ｖ２）が金属イオン放出体３２に加わる電圧（電位Ｖ３）よりも低い必要があり、Ｖ１＜Ｖ３およびＶ２＜Ｖ３の関係式が成り立つように調整される。なお、Ｖ１とＶ２の大小関係については、積極的に測定したい対象粒子の形態を考慮すると、さらに良い結果を得ることができる。その他の構成は、前述した実施形態と同じであり、説明を省略する。本実施形態でも、前述した実施形態と同様な作用・効果が生じる。特に積極的にプラズマ中に正イオンを打ち込み、負イオンの中性化を行う点に利点がある。
【００５７】
なお、負イオンに２個の金属イオンを付着させて検出する際、検出された成分のピークが本当に負イオンを基にするピークなのか、あるいは他の荷電粒子あるいは金属イオン同士が複数結合した多量体なのか判断困難な問題が残る。この問題は、本願と同一の出願人による特開２００２−１８１７８２号公報に開示されているように、同位体のピーク比率を用いて判断することができる。被測定物質に付着させる金属イオン、例えばＬｉには質量数７の原子以外に質量数６である同位体が僅かに含まれ、その存在比率は一定であるので、被測定物質に付着する同位体付着率も一定になる。この知見により、検出されたイオンの同位体比率を検証することにより、検出されたピークの付着金属イオンの数を判別し、これにより元の粒子が正イオン、負イオンあるいは中性物質であるのかを判別する。
【００５８】
前述の各実施形態の説明では、質量分析装置についてはイオン付着質量分析装置の例を説明したが、本発明に係る質量分析装置はイオン付着質量分析装置に限定されない。すなわち、正イオンを質量分析するために構成された既存の従来の任意の質量分析装置（ＱＭＳ等）を用いて、例えば負イオンを質量分析しようとする場合、イオン検出部における電圧設定等の変更等を大きく行うことが必要であった。しかしながら、かかる質量分析装置のイオン導入部に、本願発明の特徴的構成である前述した金属イオン放出機構を内蔵するイオン源（イオン化室）と引込み電極と印加電圧による所定の電位関係とに基づく構成を設ければ、導入する被測定物質についての所要のフィルタリングが可能になり、かつ特に負イオンおよび中性物質を正イオン化して正イオンとして質量分析装置のイオン導入部に取り込むことができるので、正イオン用に設定された構成を大きく変更せず、若干の変更だけで負イオンおよび中性物質の質量分析を行うことが可能となる。
【００５９】
さらに詳しく説明すると、プラズマ内の被測定物質について前述のフィルタリングをかける場合、前述した各電位Ｖ１（プラズマ電位），Ｖ２（引込み電極の電位），Ｖ３（金属イオン放出体の電位）に関して、負イオンを検出する場合にはＶ１＜Ｖ２とし、正イオンを検出する場合にはＶ１＞Ｖ２とする。また自然に質量分析装置に入ってくる場合、あるいは積極的に正イオン化する場合には、前述した通りＶ１＜Ｖ３かつＶ２＜Ｖ３である。なお、中性物質およびラジカルに関しては、電位の関係ではなく、装置の作動排気の構成に基づいてイオン源内に導入することができる。
【００６０】
例えば引込み電極の電位（Ｖ）をＶ１との関係においてＶ２に固定してもよいし、Ｖ＝Ｖ１→Ｖ２またはＶ２→Ｖ１のように掃引してもよい。電位関係を固定すればそれぞれのイオンや粒子を個別に測定することができ、掃引すればイオンや粒子の素性によらず、すべてを測定することができる。さらに付言すれば、同位体比に関するデータを利用すれば、粒子の素性を確認することができる。この場合、正イオンはそのまま検出することができ、負イオンおよび中性物質は同位体比データから検証でき、ラジカルは分子組成から判別される。
【００６１】
上記の実施形態では、プラズマ反応室内で生成されるプラズマの測定として説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわちプラズマ反応により発生する被測定物質であればよい。さらに本発明は、プラズマに起因するものに限定されず、プラズマを使わない類似した反応により発生した物質の測定にも適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００６３】
本発明に係るイオン付着質量分析方法および負イオン計測方法は、正電荷の金属イオンを被測定物質に付着させて被測定物質の同定・定量を行うイオン付着質量分析装置をプラズマ中の各種の被測定物質を計測するモニタとして利用することに適用され、かつ装置構成を複雑にすることなしに、プラズマ反応のような電荷の種類が異なる物質を簡単な条件設定にて簡便にかつ実質的に同時に測定することが可能となる。特に、負イオンについては、最終的に正イオンにすることにより、正イオン検出用に構成された質量分析装置のイオン検出部で検出を行うことができる。
【００６４】
本発明に係る質量分析装置は、様々な形態のイオン化室において、イオン化室と引込み電極と所定の電位関係とから成る構成を用い、中性の物質に加え、プラズマ中の正イオン、負イオン、中性活性種等の被測定物質のすべてを計測できる。特に金属イオン放出体を備えるイオン化室を有する場合には、被測定物質の親分子を壊すことなく計測可能なモニタとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオン付着質量分析方法等が実施される装置構成の外観を概略的に示す構成図である。
【図２】本発明の基本的な実施形態に係るプラズマ反応室の内部状態と、イオン源および質量分析装置の内部構造とを示す構成図である。
【図３】本発明に係るイオン付着質量分析方法に基づく計測で得られたマススペクトルの例を示す測定グラフである。
【図４】本発明の他の実施形態に係るプラズマ反応室の内部状態と、イオン源および質量分析装置の内部構造とを示す構成図である。
【符号の説明】
１１            成膜装置
１２            処理室
２２            イオン源（イオン化室）
３１            プラズマ
３２            金属イオン放出体
３３            引込み電極
３５            イオン収束部
３６            四重極型質量分析機構部
３７            イオン検出部
３９            反射電極
４０            二次電子増倍管
４１            エレクトロメータ
４２            排気機構
【図１】
2004273151.tif 000003
【図２】
2004273151.tif 000004
【図３】
2004273151.tif 000005
【図４】
2004273151.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月23日(2003.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004273151.tif 000007