(57)【要約】【課題】表面荒れを抑制すると共に、元素分析の深さ分解能を向上する二次イオン質量分析方法を提供する。【解決手段】二次イオン質量分析方法は、単位長さあたりに試料の表面に照射される一次イオンの照射数が一定になるように、異なる半径の同心円の円周に沿って一次イオンを照射する第１工程であって、試料の表面の同心円の中心を回転中心として、試料を所定の角速度で回転させながら、試料の表面の同心円の中心を通る仮想直線上の所定の範囲に間隔を開けて配置される複数の滞在点に対して一次イオンを照射しており、一次イオンを試料の表面に照射する向きを変えて仮想直線を同心円の中心の周りに回転させる、第１工程と、試料の表面から放出される二次イオンの質量分析を行う第２工程と、を備える。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位長さあたりに試料の表面に照射される一次イオンの照射数が一定になるように、異なる半径の同心円の円周に沿って一次イオンを照射する第１工程であって、試料の表面の同心円の中心を回転中心として、試料を所定の角速度で回転させながら、試料の表面の前記同心円の中心を通る仮想直線上の所定の範囲に間隔を開けて配置される複数の滞在点に対して一次イオンを照射しており、一次イオンを試料の表面に照射する向きを変えて前記仮想直線を前記同心円の中心の周りに回転させる、第１工程と、
試料の表面から放出される二次イオンの質量分析を行う第２工程と、
を備える二次イオン質量分析方法。
【請求項２】
前記仮想直線を前記同心円の中心の周りに、所定の角度ずつ回転させる請求項１に記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項３】
前記所定の角度は、０度よりも大きく９０度以下である請求項２に記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項４】
一次イオンを、前記仮想直線における前記同心円の中心側に位置する滞在点と、前記同心円の中心とは反対側に位置する滞在点との間を少なくとも１往復するように照射した後、前記仮想直線を前記同心円の中心の周りに回転させる請求項１〜３の何れか一項に記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項５】
一次イオンを、前記仮想直線における前記同心円の中心側に位置する滞在点と、前記同心円の中心とは反対側に位置する滞在点との間を、２〜４往復するように照射した後、前記仮想直線を前記同心円の中心の周りに回転させる請求項４に記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項６】
前記第２工程では、
一次イオンを、前記仮想直線における前記同心円の中心側に位置する第１の滞在点から、前記同心円の中心とは反対側に位置する第２の滞在点に向かって照射している時には、試料の表面から放出される二次イオンの質量分析を行うが、
一次イオンを、第２の滞在点から第１の滞在点に向かって照射している時には、試料の表面から放出される二次イオンの質量分析を行わない請求項１〜５の何れか一項に記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項７】
前記第１工程では、
複数の滞在点に対して、単位時間当たりの照射数が一定になるように、一次イオンを照射しており、
各同心円の半径と、各滞在点に対して一次イオンを照射する照射時間とを比例させる請求項１〜６の何れか一項に記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項８】
前記第１工程では、
複数の滞在点に対して、各滞在点に対して一次イオンを照射する照射時間が一定になるように、一次イオンを照射しており、
各同心円の半径と、一次イオンの単位時間当たりの照射数とを比例させる請求項１〜６の何れか一項に記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項９】
前記照射時間Ｔと、前記所定の角速度ｗと、円周率πとが、ｗＴ／２π＞＝５の関係を満たす請求項７又は８に記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項１０】
前記第２工程では、
試料の表面の前記同心円の中心を通る前記仮想直線上の所定の範囲の両端の滞在点に対して一次イオンを照射している時には、試料の表面から放出される二次イオンの質量分析を行わない請求項１〜９の何れか一項に記載の二次イオン質量分析方法。
【請求項１１】
試料の表面に一次イオンを照射する一次イオン照射部と、
試料の表面から放出される二次イオンの質量分析を行う質量分析部と、
を備え、
単位長さあたりに試料の表面に照射される一次イオンの照射数が一定になるように、異なる半径の同心円の円周に沿って一次イオンを照射しており、試料の表面の同心円の中心を回転中心として、試料を所定の角速度で回転させながら、試料の表面の前記同心円の中心を通る仮想直線（Ｍ）上の所定の範囲に間隔を開けて配置される複数の滞在点に対して、一次イオンを照射しており、前記一次イオン照射部が試料の表面に一次イオンを照射する向きを変えて前記仮想直線を前記同心円の中心の周りに回転させる、二次イオン質量分析装置。
【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方法及び二次イオン質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）は、加速した一次イオンを固体の試料の表面に照射し、試料の表面からスパッタリング現象によって放出される二次イオンを質量分析して検出し、試料の表面を形成している元素の情報を得ることを目的とする表面分析法である。二次イオン質量分析法は、その検出感度の高さから、半導体産業をはじめとして様々な分野において広く活用されている。
【０００３】
図１は、従来例の二次イオン質量分析装置の要部を示す図である。
【０００４】
二次イオン質量分析装置は、試料台１１８上に載置された試料１２０の表面に一次イオンＢ１を照射する一次イオン照射部１１１と、試料１２０の表面から放出される二次イオンＢ２の質量分析を行う質量分析部１１２を備える。
【０００５】
一次イオン照射部１１１は、例えば、Ｏ２＋イオン（酸素イオン）又はＣｓ＋イオン（セシウムイオン）等の一次イオンを、数百ｅＶ〜数千ｅＶの入射エネルギーに加速し、０．１μｍ〜数μｍの径を有するイオンビームとして、試料１２０の表面に照射する。
【０００６】
試料１２０の表面を形成する原子は、一次イオンと衝突することにより、固体内の結合エネルギーよりも大きなエネルギーを受け取ると、いわゆるスパッタリング現象によって、試料１２０の表面から空間に飛び出す。
【０００７】
スパッタリング現象によって空間に飛び出した原子のうちの一部は，イオン化して二次イオンＢ２となり、質量分析部１１２に取り込まれたものは、質量数ごとに分離されて、単位時間あたりの二次イオンの検出個数として、二次イオン信号強度が測定される。
【０００８】
図２は、従来例の二次イオン質量分析装置の一次イオンの走査パターンを示す図である。
【０００９】
二次イオン質量分析において、試料の表面に一次イオンのビームを照射する際には、いわゆるラスタースキャンを行う。ラスタースキャンは、図２に示すように、一次イオンビームを走査範囲１２３の左上端の始点１２１ａから左右方向に繰り返し走査して、右下端の終点１２１ｂに到るまで、一定の速度で行う走査である。ラスタースキャンにより、正方形の走査範囲１２３内が、一次イオンビームにより走査される。
【００１０】
一次イオン照射部１１１の内部には、一次イオンの向きを制御する２組の偏向電極（図示せず）が配置される。偏向電極は、一次イオンの流れを挟むように２枚１組で配置されていて、一次イオンの流れに垂直な方向に電場を発生させる。発生させる電場の向きが互いに直交するように配置された２組の偏向電極を用いて、一次イオンＢ１の向きを自在に制御して、試料１２０の表面を走査することができる。
【００１１】
一次イオンＢ１による走査が、始点１２１ａを出発して、軌跡Ｐを描きながら終点１２１ｂまで移動した後、再び始点１２１ａに戻るまでが、ラスタースキャンの最小単位であり、１フレームと呼ばれる。走査範囲１２３内では、何れの走査位置においても、単位面積及び単位時間当たりに照射される一次イオンの数は略同等である。
【００１２】
図３は、試料の表面が一次イオンの照射によりエッチングされる様子を示す図である。
【００１３】
一次イオンＢ１によって試料１２０の表面が走査される走査範囲１２３が、試料１２０の表面において一次イオンＢ１が照射される照射領域１２１となる。ラスタースキャンの間の一次イオンＢ１の走査速度は一定であるので、照射領域１２１内において一次イオンＢ１が試料１２０の表面に当たる照射点の移動速度も一定となる。そのため、照射領域１２１内では、単位面積及び単位時間当たりに試料１２０の表面に照射される一次イオンの数も一定となる。照射領域１２１内では、試料１２０の表面を形成する原子がスパッタリングによって失われる数も、単位面積及び単位時間当たりで略一定であるので、照射領域１２１は、均一な速度でエッチングされる。その結果、試料１２０の表面には、クレータ１２２が形成される。
【００１４】
一次イオンＢ１により試料１２０のエッチングが開始されると、照射領域１２１内では均一な速度でエッチングされるので、エッチングにより形成されるクレータの底部１２２ａは平坦となる。走査される度に所定の厚みがエッチングされて除去されるので、エッチング後のクレータの底部１２２ａは、当初の試料１２０の表面であった破線Ａ０に対して平行な面の向きを保持した状態で、破線Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４と、その位置が低くなっていく。その結果、試料１２０の表面には、照射領域１２１の周囲に沿って段差が生じ、クレータの底部１２２ａの周囲には側壁１２２ｂが形成される。
【００１５】
二次イオン質量分析では、エッチングの進行とともにその深さを増して行くクレータの底部１２２ａから放出される二次イオンを検出することによって、試料１２０を形成する原子の深さ方向分布が測定される。
【００１６】
ところで、試料に対して一次イオンを照射して試料の表面のエッチングを続けていると、エッチングの進行に伴って、試料の表面には凹凸が発生し、その凹凸が成長して表面の粗さが増すという現象が知られている。この現象は「表面荒れ」と呼ばれる。これは、試料の表面に対して、一定の方向から一次イオンが照射され続けると、表面が波状にエッチングされて凸凹形状になり、エッチングが進むと、凸凹の高低差が増加する現象である。
【００１７】
試料の表面の凹凸の成長の仕方は，試料の物性と、照射される一次イオンの表面への入射角度及び入射エネルギー等の入射条件の影響を受ける。同一の試料に対して同一の一次イオンを照射してエッチングを行っても、一次イオンの入射角度又は入射エネルギーが異なると、表面荒れによって生じる凹凸の程度も変化する。表面荒れについての近年の研究成果については、例えば、以下の非特許文献において、詳細に報告されている。
【００１８】
Ｗ．Ｌ．Ｃｈａｎ、ｅｔ.ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１０１，１２１３０１（２００７）
【００１９】
このように凹凸が生じたクレータの底部からは、スパッタリング現象によって様々な深さから二次イオンが同時に放出される。質量分析部１１２は、試料の表面から検出される二次イオンを、同じ深さから放出された二次イオンとして同時に検出するので、二次イオン質量分析における深さ分解能が低下することになる。
【００２０】
二次イオン質量分析では、表面荒れによる深さ分解能の低下を防止するために、一次イオンの表面への入射角度及び入射エネルギー等の入射条件を調整して、表面荒れを抑制することが行われている。
【００２１】
一方、一次イオンの試料への入射角度及び入射エネルギー等の入射条件を調整しても、表面荒れを完全に無くすことは困難である。また、表面荒れを抑制するように、一次イオンの試料への入射条件を調整すると、二次イオンの収率が、即ち試料の表面に入射した１個の一次イオンにより放出される二次イオンの数が低減するので、分析の感度が低くなる問題が生じる。
【００２２】
Ａ．Ｚａｌａｒは、試料を回転させながら、試料の表面にイオンを入射することにより、表面荒れによる凸凹の成長が抑制されることを明かにした。また、Ａ．Ｚａｌａｒは、試料を回転させながら、試料にアルゴンイオンのビームを照射してエッチングしながら、オージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）を用いて、試料の深さ方向の元素分析を行った。その結果、表面荒れを抑制することにより、元素分析の深さ分解能を向上できることを示した。Ａ．Ｚａｌａｒによる検討の詳細は、例えば、以下の非特許文献に開示されている。
【００２３】
Ａ．Ｚａｌａｒ，Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，１２４（１９８５）２２３−２３０
【００２４】
Ａ．Ｚａｌａｒが提案する手法は、ＡＥＳによる試料の深さ方向の元素分析が対象であったが、ＡＥＳに限らず様々な表面分析法において、元素分析の深さ分解能を向上するために用いられている。この手法は、一般にザラー・ローテーション（Ｚａｌａｒ  ｒｏｔａｔｉｏｎ）と呼ばれている。
【００２５】
図４は、従来例の他の二次イオン質量分析装置の要部を示す図である。
【００２６】
図４に示す二次イオン質量分析装置１１０は、ザラー・ローテーションが、二次イオン質量分析に適用された装置を示す。試料１２０が載置される試料台は回転する駆動シャフト１１３ａにより回転中心Ｃの周りを回転する。このように試料１２０を回転させながら、一次イオン照射部１１１を用いて、試料１２０の表面に一次イオンＢ１を入射する。試料１２０の表面に対して、一次イオンＢ１が入射する向きが試料１の回転にともなって変化するので、ザラー・ローテーションの効果によって、試料１２０の表面における表面荒れの成長が抑制される。そのため、表面荒れに起因する元素分析の深さ分解能の低下を改善できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開平１１−３５４０５８号公報
【特許文献２】特開平７−３０７３７６号公報
【特許文献３】特開２００３−７５３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上述したように、二次イオン質量分析に対して、ザラー・ローテーションを適用することにより、試料の表面荒れの成長を抑制して、元素分析の深さ分解能を向上することが期待される。
【００２９】
しかし、二次イオン質量分析に対して、ザラー・ローテーションを適用することにより、図３を用いて説明したような、一次イオンの走査範囲における均一なエッチングが阻害されるおそれが生じる。走査範囲における均一なエッチングが阻害されると、元素分析の深さ分解能に影響を与える。即ち、ザラー・ローテーションの適用に伴う弊害が懸念される。以下、ザラー・ローテーションの適用に伴う弊害を、図５を参照しながら、以下に説明する。
【００３０】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、図４に示す二次イオン質量分析装置１１０において、試料１２０の表面における一次イオンの走査パターンを示す図である。試料１２０は、走査範囲１２３の中心を回転中心Ｃと一致させて回転しながら、一次イオンに走査されて、図２に示すラスタースキャンが行われる。
【００３１】
実際のザラー・ローテーションでは、試料を回転させるが、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）では、試料１２０の表面における一次イオンの照射点の移動を説明するために、一次イオンの走査範囲１２３が、矢印の向きに回転するように示されている。
【００３２】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すように、一次イオンの走査範囲１２３は、回転中心Ｃの周りを回転する。一次イオンの照射点は、１フレームの間に試料１２０の表面をラスタースキャンに従って移動するが、その間に一次イオンの走査範囲１２３も回転する（実際には試料が回転する）。
【００３３】
試料１２０の表面において、一次イオンが照射される照射点の軌跡は、ラスタースキャンの軌跡と、試料１２０の回転とが合わさったものとなるので、図２に示すラスタースキャンのようには移動しなくなる。
【００３４】
そのため、試料１２０の走査範囲１２３は、図２に示すように走査されるのではなくなるので、試料１２０に対する一次イオンの照射量が均一ではなくなるため、試料の表面のエッチング量が均一ではなくなってしまう。
【００３５】
特に、ザラー・ローテーションの回転の角速度が大きい場合、又は、一次イオンのビーム強度が大きい場合には、１フレーム当たりのエッチング量が大きくなるので、試料の表面のエッチング量の不均一性が増大する。
【００３６】
このように、試料の表面荒れの成長を抑制して、元素分析の深さ分解能を向上するために導入したザラー・ローテーションは、同時に、試料の表面の走査範囲における均一なエッチングを阻害する結果を招く。このことは、元素分析の深さ分解能の低減を引き起こすおそれがある。
【００３７】
本明細書では、上述した問題を解決し得る二次イオン質量分析方法を提供することを課題とする。
【００３８】
また、本明細書では、上述した問題を解決し得る二次イオン質量分析装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本明細書に開示する二次イオン質量分析方法の一形態によれば、単位長さあたりに試料の表面に照射される一次イオンの照射数が一定になるように、異なる半径の同心円の円周に沿って一次イオンを照射する第１工程であって、試料の表面の同心円の中心を回転中心として、試料を所定の角速度で回転させながら、試料の表面の前記同心円の中心を通る仮想直線上の所定の範囲に間隔を開けて配置される複数の滞在点に対して一次イオンを照射しており、一次イオンを試料の表面に照射する向きを変えて前記仮想直線を前記同心円の中心の周りに回転させる、第１工程と、試料の表面から放出される二次イオンの質量分析を行う第２工程と、を備える。
【００４０】
また、本明細書に開示する二次イオン質量分析装置の一形態によれば、試料の表面に一次イオンを照射する一次イオン照射部と、
試料の表面から放出される二次イオンの質量分析を行う質量分析部と、を備え、単位長さあたりに試料の表面に照射される一次イオンの照射数が一定になるように、異なる半径の同心円の円周に沿って一次イオンを照射しており、試料の表面の同心円の中心を回転中心として、試料を所定の角速度で回転させながら、試料の表面の前記同心円の中心を通る仮想直線上の所定の範囲に間隔を開けて配置される複数の滞在点に対して、一次イオンを照射しており、前記一次イオン照射部が試料の表面に一次イオンを照射する向きを変えて前記仮想直線を前記同心円の中心の周りに回転させる。
【発明の効果】
【００４１】
上述した本明細書に開示する二次イオン質量分析方法の一形態によれば、表面荒れを抑制すると共に、元素分析の深さ分解能を向上できる。
【００４２】
また、上述した本明細書に開示する二次イオン質量分析装置の一形態によれば、表面荒れを抑制すると共に、元素分析の深さ分解能を向上できる。
【００４３】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００４４】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来例の二次イオン質量分析装置の要部を示す図である。
【図２】従来例の二次イオン質量分析装置の一次イオンの走査パターンを示す図である。
【図３】試料の表面が一次イオンの照射によりエッチングされる様子を示す図である。
【図４】従来例の他の二次イオン質量分析装置の要部を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、従来例の他の二次イオン質量分析装置の一次イオンの走査パターンを示す図である。
【図６】本明細書に開示する二次イオン質量分析装置の一実施形態を示す図である。
【図７】試料表面の同心円の中心を通る仮想直線上の所定の範囲に間隔を開けて配置される複数の滞在点を説明する図である。
【図８】異なる半径の同心円のエッチングされるエッチング量が一定でない場合に形成されるクレータを説明する図である。
【図９】各滞在点における照射時間と、同心円の半径との関係を示す図である。
【図１０】各同心円の半径と、各滞在点における照射時間との関係を説明する図である。
【図１１】各滞在点における単位時間あたりの一次イオン照射数と、同心円の半径との関係を示す図である。
【図１２】各同心円の半径と、各滞在点における単位時間あたりの一次イオン照射数との関係を説明する図である。
【図１３】各滞在点における照射時間Ｔと、角速度ｗとの関係を示す図である。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）は、一次イオンを試料の表面に照射する向きを変えて仮想直線を同心円の中心の周りに回転させることを説明する図である。
【図１５】試料に照射される一次イオンの入射方向の表面方向への射影を説明する図である。
【図１６】質量分析範囲及び非質量分析範囲を説明する図（その１）である。
【図１７】質量分析範囲及び非質量分析範囲を説明する図（その２）である。
【図１８】質量分析範囲及び非質量分析範囲を説明する図（その３）である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本明細書で開示する二次イオン質量分析装置の好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００４７】
図６は、本明細書に開示する二次イオン質量分析装置の一実施形態を示す図である。図７は、試料表面の同心円の中心を通る仮想直線上の所定の範囲に間隔を開けて配置される複数の滞在点を説明する図である。
【００４８】
本実施形態の二次イオン質量分析装置１０（以下、単に装置１０ともいう）は、試料の表面に同心円状に一次イオンを順番に照射して、試料の表面から放出される二次イオンの質量分析を行う。一次イオンの照射時間又は一次イオンの単位時間当たりの照射数等を調整することにより、一次イオンによる試料のエッチング速度を制御して、二次イオンの質量分析を行う深さ分解能を広い範囲わたって設定可能である。
【００４９】
また、装置１０は、一次イオンを試料の表面に照射する向きを変えながら、試料の表面に同心円状に一次イオンを照射することにより、表面荒れの成長を抑制して、二次イオンの質量分析の深さ分解能を更に向上する。
【００５０】
装置１０は、一次イオン照射部１１と、質量分析部１２と、駆動部１３と、各部を制御する制御部１７を備える。
【００５１】
試料２０は、図示しない試料台上に載置されて固定される。試料台は、駆動部１３により駆動されて回転する駆動シャフト１３ａと接続されており、回転軸Ｌの周りを回転可能になされている。
【００５２】
一次イオン照射部１１は、試料２０の表面に一次イオンを照射する。一次イオン照射部１１は、制御部１７に制御されて、所定の入射エネルギーを有する一次イオンを、単位時間当たりに所定の照射数で、所定の方向に向けて照射する。
【００５３】
一次イオン照射部１１の内部には、一次イオンの向きを制御する２組の偏向電極（図示せず）が配置される。偏向電極は、一次イオンの流れを挟むように２枚１組で配置されていて、一次イオンの流れに垂直な方向に電場を発生させる。発生させる電場の向きが互いに直交するように配置された２組の偏向電極を用いて、一次イオンＢ１の向きを自在に制御して、試料２０の表面を走査することができる。
【００５４】
駆動部１３により駆動されて回転軸Ｌの周りを回転している試料２０に対して、一次イオン照射部１１が一次イオンを照射することにより、試料２０の表面には、同心円状に一次イオンが照射される。
【００５５】
質量分析部１２は、試料２０の表面から放出される二次イオンの質量分析を行う。質量分析部１２は、取り込んだ二次イオンから所定の質量数を有する二次イオンを分離して、単位時間当たりの二次イオンの検出個数を測定し、二次イオン信号強度を出力する。
【００５６】
制御部１７は、一次イオン照射部１１及び質量分析部１２を制御すると共に、上述した駆動部１３を制御して、試料２０の表面に同心円状に一次イオンを順番に照射して、二次イオンの質量分析を行う。制御部１７は、単位長さあたりに試料２０の表面に照射される一次イオンの照射数が一定になるように、一次イオンを試料の表面に照射する向きを変えながら、異なる半径の同心円の円周に沿って一次イオンを照射するように、各部を制御する。
【００５７】
装置１０では、回転する試料２０の表面の回転中心Ｃを通る仮想直線Ｍ上の所定の走査範囲２３内において一次イオンが走査されて照射される。本実施形態では、走査範囲２３は、試料２０の表面の回転中心Ｃを含むので、一次イオンが照射される照射領域２１は、所定の半径を有する円に囲まれた形状を有する。仮想直線Ｍ上を一次イオンが走査する向きは、走査範囲２３の内側から外側に向かって走査してもよいし、走査範囲２３の外側から内側に向かって走査してもよい。また、走査範囲２３において、内側から外側に向かって走査した後、外側から内側に向かって走査することを繰り返してもよい。
【００５８】
図７に示すように、装置１０では、試料２０の表面の回転中心Ｃを通る仮想直線Ｍ上の所定の走査範囲２３に間隔を開けて配置される複数の滞在点Ｓ１〜Ｓｎに対して、一次イオンが照射される。一次イオンは、各滞在点に対して、所定の照射時間の間照射される。
【００５９】
装置１０の走査範囲２３は、仮想直線Ｍにおける同心円の中心側に位置する滞在点Ｓ１から、同心円の中心とは反対側に位置する滞在点Ｓｎとの間の線分領域である。
【００６０】
図７に示す例では、仮想直線Ｍにおける同心円の中心側に位置する滞在点Ｓ１は、試料２０の表面の回転中心Ｃと一致している。走査範囲２３は、回転中心Ｃに配置される滞在点Ｓ１と、回転中心Ｃとは反対側に配置される滞在点Ｓｎとの間の仮想直線Ｍ上の領域である。仮想直線Ｍ上では、滞在点Ｓ１と滞在点Ｓｎとの間に等間隔に他の滞在点が配置される。
【００６１】
各滞在点Ｓ１〜Ｓｎに対して、一次イオンが照射されることにより、試料２０の表面は、回転中心Ｃと各滞在点Ｓ１〜Ｓｎとの距離を半径とする円形にエッチングされる。具体的には、一次イオンは、所定のビーム径を有しており、図７の各滞在点に対応する円に沿って、所定の幅を有する領域が円形に照射される。また、本明細書では、一次イオンが滞在点に照射される照射時間は、試料２０の回転周期よりも長いとする。
【００６２】
各滞在点Ｓ１〜Ｓｎに対して、一次イオンが照射されることにより、試料２０の表面には一次イオンが同心円状に順番に照射されることになる。
【００６３】
装置１０では、滞在点Ｓ１〜Ｓｎの間隔は、一次イオンのビームの強度分布が互いに重なり合うように決定されている。一次イオンが、各滞在点Ｓ１〜Ｓｎに対して順番に照射されることにより、回転する試料２０の表面は、各滞在点の半径を有する円周に沿ってエッチングされて二次イオンを放出する。
【００６４】
各滞在点Ｓ１〜Ｓｎで試料２０がエッチングされることにより、試料２０の表面が削られてクレータ２２が形成される。走査範囲２３に対する一次イオンの走査の回数が増加すると共に、鎖線で示すように、クレータの底部２２ａの位置が低くなっていく。
【００６５】
一次イオン照射部１１は、上述した偏向電極を用いて、一次イオンを照射する向きを制御して、各滞在点Ｓ１〜Ｓｎに対して、一次イオンを照射する。
【００６６】
ここで、一次イオン照射部１１は、仮に、単位時間当たりの照射数が一定になるように、一次イオンを照射しているとする。
【００６７】
また、試料２０が駆動部１３により駆動されて回転する角速度も一定であるとする。
【００６８】
各滞在点Ｓ１〜Ｓｎに対応する円において、一次イオンが照射される滞在点に対する線速度は、半径の大きい円ほど大きくなる。従って、各滞在点Ｓ１〜Ｓｎに対して一次イオンを照射する照射時間が同じであると、単位長さあたりに試料の表面に照射される一次イオンの照射数は、半径の小さい円の方が多くなるので、異なる半径の同心円において一定ではなくなる。その結果、半径の小さい円（内側の滞在点）の方が、半径の大きい円（外側の滞在点）よりもエッチング量が大きくなるため、クレータの底部２２ａが試料２０の表面に対して傾くように形成される。
【００６９】
図８は、異なる半径の同心円のエッチングされるエッチング量が一定でない場合に形成されるクレータを説明する図である。
【００７０】
図８に示すように、クレータ２２の内側と外側とでは、二次イオンが放出される深さが異なることになり、二次イオンの質量分析の深さ方向の分布が正確に求められなくなるおそれが生じる。
【００７１】
そこで、異なる半径の同心円の円周に沿って、単位長さあたりに試料２０の表面に照射される一次イオンの照射数を一定にして、走査ごとに、エッチングされるエッチング量を一定とする２つの方法を以下に説明する。
【００７２】
まず、第１の方法について、以下に説明する。装置１０では、各同心円の半径と、各滞在点に対して一次イオンを照射する照射時間とを比例させるように、各部が制御される。
【００７３】
以下、図９及び図１０を参照しながら、各滞在点における照射時間の決定の仕方を説明する。
【００７４】
まず、図９に示すように、滞在点として、Ｓｋ及びＳｐを考える。滞在点Ｓｋの半径ｒ１は、滞在点Ｓｐの半径ｒ２よりも小さい。試料２０が回転する角速度ｗは一定であり、単位時間あたりの一次イオン照射数Ｉも一定であるとする。
【００７５】
滞在点Ｓｋにおいて、半径ｒ１の円が一回転した時には、半径ｒ１の円の円周における単位時間、単位長さあたりの一次イオン照射数は、Ｉ／２πｒ１で表される。滞在点Ｓｋにおいて、半径ｒ１の円がＮ回転（Ｎは、１以上の整数）した時も、一次イオンは、同じ半径ｒ１の円周上に照射されるので、一次イオンが照射される円周の長さは、２πｒ１である。従って、半径ｒ１の円がＮ回転（Ｎは、１以上の整数）した時に、半径ｒ１の円の円周における単位時間、単位長さあたりの一次イオン照射数は、式（１）に示すように、Ｉ／２πｒ１で表される。同様にして、半径ｒ２の円の円周における単位時間、単位長さあたりの一次イオン照射数は、式（２）で表される。
【００７６】
ここで、ｒ１＜ｒ２なので、式（３）に示すように、半径ｒ１の円の円周における単位時間、単位長さあたりの一次イオン照射数は、半径ｒ２の円よりも大きい。
【００７７】
半径ｒ１の円周上に照射時間Ｔ１だけ一次イオンを照射した時に、半径ｒ１の円周上に単位長さあたりに照射される一次イオン数は、式（１）に照射時間Ｔ１を乗じて，式（４ａ）で表される。また、半径ｒ２の円周上に照射時間Ｔ２だけ一次イオンを照射した時に，半径ｒ２の円周上に単位長さあたりに照射される一次イオン数は、式（２）に照射時間Ｔ２を乗じて，式（４ｂ）で表される。
【００７８】
単位長さあたりに照射される一次イオンの照射数を一定にするには、式（４ａ）と式（４ｂ）を等しくすればよい。すなわち，式（５）の関係が成り立てばよい。
【００７９】
即ち、滞在点Ｓｐにおける一次イオンの照射時間Ｔ２を、滞在点Ｓｋにおける一次イオンの照射時間Ｔ１よりもｒ２／ｒ１倍に増加させて、滞在点Ｓｐに対応する円の円周に沿って一次イオンが照射される時間を長くする。
【００８０】
このようにして、２つの同心円の半径ｒ１、ｒ２と、滞在点Ｓｋ、Ｓｐにおける照射時間Ｔ１、Ｔ２を比例させて、式（６）に示すように、半径ｒ１及びｒ２の円において、単位長さあたりの一次イオン照射数を同じにすることができる。
【００８１】
即ち、異なる半径の同心円の円周に沿って、単位長さあたりに試料２０の表面に照射される一次イオンの照射数が一定となる。従って、異なる半径の同心円の円周に沿って、試料が一次イオンの走査毎にエッチングされるエッチング量を同じにすることができる。上述した説明では、各滞在点に対応する円が、Ｎ回転（Ｎは、１以上の整数）以上した時の状態を説明した。一方、各滞在点に対応する円の回転量が一回転未満の時もあり得る。例えば、滞在点Ｓｋに対応する円の回転量が一回転未満の時には、滞在点Ｓｋにおいて、半径ｒ１の円が回転した時には、半径ｒ１の円の円周における単位時間、単位長さあたりの一次イオン照射数は、Ｉ／ｗｒ１（ｗは角速度）で表される。この場合にも、上述したのと同じ考えに基づいて、２つの同心円の半径ｒ１、ｒ２と、滞在点Ｓｋ、Ｓｐにおける照射時間Ｔ１、Ｔ２とを比例させることにより、半径ｒ１及びｒ２の円において、単位長さあたりの一次イオン照射数を同じにすることができる。
【００８２】
図１０は、各滞在点に対応する円の半径と、各滞在点における一次イオンの照射時間との関係を示す。各滞在点に対応する円の半径が増加するのと共に、各滞在点における照射時間が比例して増加するように、照射時間が制御されることになる。
【００８３】
なお、式（５）の関係は、滞在点Ｓｋが同心円の回転中心Ｃに位置する場合には、分母がゼロとなるので適用できない。従って、質量分析を行う走査範囲は、仮想直線Ｍの最も回転中心Ｃ側に配置される滞在点が、式（５）の関係を適用可能な走査範囲に位置する時に行うことが好ましい。式（５）の関係を適用可能な走査範囲は、同心円の回転中心Ｓ１及びその近傍の滞在点を含まないように設定され得る。
【００８４】
以上が、第１の方法の説明である。
【００８５】
次に、異なる半径の同心円の円周に沿って、単位長さあたりに試料２０の表面に照射される一次イオンの照射数を一定とするための第２の方法について、図１１及び図１２を参照して、以下に説明する。
【００８６】
この第２の方法では、装置１０は、各同心円の半径と、各滞在点に対して一次イオンの単位時間当たりの照射数とを比例させるように、各部を制御する。
【００８７】
まず、図１１に示すように、滞在点として、Ｓｋ及びＳｐを考える。滞在点Ｓｋの半径ｒ１は、滞在点Ｓｐの半径ｒ２よりも小さい。滞在点Ｓｋにおいて単位時間あたりに照射される一次イオン照射数はＩ１であり、滞在点Ｓｐにおいて単位時間あたりに照射される一次イオン照射数はＩ２である。試料２０が回転する角速度ｗは一定であり、各滞在点に対して一次イオンを照射する照射時間Ｔも一定であるとする。
【００８８】
半径ｒ１及びｒ２の円の円周における単位時間、単位長さあたりの一次イオン照射数が同じであることは、式（７）で表される。
【００８９】
ここで、式（７）の等式が満たされるためには、式（８）に示すように、滞在点Ｓｐにおける一次イオン照射数Ｉ２を、滞在点Ｓｋおける一次イオン照射数Ｉ１と、半径ｒ２と半径ｒ１との比との積と等しくすればよい。
【００９０】
このようにして、２つの同心円の半径ｒ１、ｒ２と、滞在点Ｓｋ、Ｓｐにおける一次イオンの単位時間あたりの照射数Ｉ１、Ｉ２とを比例させることにより、式（７）に示すように、半径ｒ１及びｒ２の円において、単位時間、単位長さあたりの一次イオン照射数が同じとなる。
【００９１】
即ち、異なる半径の同心円の円周に沿って、単位時間、単位長さあたりに試料２０の表面に照射される一次イオンの照射数が一定となる。従って、異なる半径の同心円の円周に沿って、試料が一次イオンの走査毎にエッチングされるエッチング量を同じにすることができる。
【００９２】
図１２は、各滞在点に対応する円の半径と、各滞在点における一次イオンの単位時間あたりの一次イオン照射数との関係を示す。各滞在点に対応する円の半径が増加するのと共に、各滞在点における一次イオンの単位時間あたりの一次イオン照射数が比例して増加するように、一次イオン照射数が制御されることになる。
【００９３】
なお、式（８）の関係は、滞在点Ｓｋが同心円の回転中心Ｃに位置する場合には、分母がゼロとなるので適用できない。従って、質量分析を行う走査範囲は、仮想直線Ｍの最も回転中心Ｃ側に配置される滞在点が、式（８）の関係を適用可能な走査範囲に位置する時に行うことが好ましい。式（８）の関係を適用可能な走査範囲は、同心円の回転中心Ｓ１及びその近傍の滞在点を含まないように設定され得る。
【００９４】
以上が、第２の方法の説明である。
【００９５】
上述した２つの方法において、各滞在点における照射時間は、試料２０が回転中心Ｃの周りを回転する回転周期の整数倍になるとは限らない。照射時間が回転周期の整数倍ではない場合には、例えば、照射時間が回転周期のＮ＋α（Ｎは０より大きな整数、αは０＜α＜１の実数）倍の時、図１３に示すように、滞在点に対応する円の円周の部分には、滞在点をＮ＋１周する領域Ｇ１と、Ｎ周する領域Ｇ２とが生じる。領域Ｇ１は、領域Ｇ２よりも一次イオンによる照射量が１周分多いので、滞在点に対応する円の円周上において、一次イオンの照射量の異なる部分が生じる。
【００９６】
一次イオンの照射量が異なるとエッチング量も異なるため、二次イオンの質量分析の深さ分解能に影響を与えるおそれがある。
【００９７】
本願出願人は、一次イオンが照射される滞在点をＮ＋１周した領域のエッチング量と、Ｎ周した領域のエッチング量とを調べた。その結果、滞在点に対応する円の円周の試料の部分が、滞在点を５周以上通過していれば、Ｎ＋１周した領域のエッチング量とＮ周した領域のエッチング量とを近似的に同等とみなせる知見を得た。
【００９８】
ここで、滞在点に対応する円の半径をｒとし、照射時間をＴとし、試料が回転する角速度をｗとする。照射時間Ｔの間に、滞在点において一次イオンに照射される円周の長さの合計ｒｗＴを、滞在点に対応する円の円周２πｒで割った商が、図１３の不等式（９）の左辺である。式（９）に示すように、式（９）の左辺が５以上であることが、滞在点に対応する円の円周の部分が、滞在点を５周以上通過することに対応する。
【００９９】
式（９）の左辺の分母と分子のｒを除去して約分すると、式（１０）が得られる。即ち、照射時間Ｔと、試料２０が回転する角速度ｗと、円周率πとが、ｗＴ／２π＞＝５の関係を満たすことが、上述した観点から好ましい。
【０１００】
ここで、試料２０が回転する周波数をｆとすると、ｗ＝２πｆであるので、式（１０）は、式（１１）のようにも表される。
【０１０１】
図９及び図１０を参照して説明した第１の方法を用いる場合には、最も半径の小さい円に対応する滞在点Ｓ１における照射時間が、最も短くなる。そこで、最も半径の小さい円に対応する滞在点において、式（１０）又は式（１１）を満たすように、照射時間Ｔを決定することが好ましい。
【０１０２】
また、図１１及び図１２を参照して説明した第２の方法を用いる場合には、各滞在点における照射時間は同じであり、この照射時間を、式（１０）又は式（１１）を満たすように決定することが好ましい。
【０１０３】
滞在点における照射時間を、例えば、０．５秒とすると、式（１１）を満たすには、周波数ｆを１０Ｈｚ以上にすればよい。周波数ｆが１０Ｈｚであることは、角速度が約６２．８ラジアン／秒に対応する。この場合、試料の回転数は、毎分６００回／分以上となる。通常、試料の回転数としては、６００〜３０００回／分の範囲位になると考えられる。
【０１０４】
一次イオンの照射数は、電流量を変化して制御される。高い深さ分解能を得られるように、エッチング速度を遅くする場合には、電流量が１０〜５０ｎＡの範囲になると考えられる。１Ａ＝クーロン／秒であり、１クーロンは６．２４Ｅ１０個の１価のイオン数に対応するので、１０〜５０ｎＡの範囲の電流量は、６．２４Ｅ１０〜３．１２Ｅ１１イオン数／秒となる。
【０１０５】
また、図７において、通常、試料２０の回転中心Ｃと一致している滞在点Ｓ１から滞在点Ｓｎまでの距離、すなわち走査範囲２３は、数ｍｍ程度となる。
【０１０６】
次に、二次イオン質量分析における深さ分解能を更に向上することについて、以下に説明する。
【０１０７】
試料の表面に対して、一定の方向から一次イオンが照射され続けると、表面が波状にエッチングされて凸凹形状になり、エッチングが進むと、凸凹の高低差が増加する。この現象は、上述したように、「表面荒れ」と呼ばれる。
【０１０８】
装置１０では、試料２０は回転中心Ｃの周りを回転しているものの、仮想直線Ｍ上の各滞在点Ｓ１〜Ｓｎでは、試料の表面に対して、一定の方向から一次イオンが照射されている。そのため、試料の表面には、表面荒れが成長するおそれがある。
【０１０９】
そこで、装置１０では、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きを変えて仮想直線Ｍを同心円の回転中心Ｃの周りに回転させることにより、表面荒れが成長することを抑制する。次に、装置１０が表面荒れが成長することを抑制する動作について、図１４及び図１５を参照しながら、以下に説明する。
【０１１０】
図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、一次イオンを試料の表面に照射する向きを変えて仮想直線を同心円の中心の周りに回転させることを説明する図である。図１５は、試料に照射される一次イオンの入射方向の表面方向への射影を説明する図である。
【０１１１】
図１５に示すように、一次イオンＢ１は、試料２０の表面に垂直な法線Ｎに対して入射角γを一定にして、試料２０の表面に照射される。入射角γを一定にすることにより、一次イオンＢ１の運動ネルギーの試料２０の表面に垂直な方向の成分が一定になるので、エッチング量も一定に制御される。
【０１１２】
ここで、図１５において、矢印Ｄは、一次イオンＢ１の入射方向を、試料２０の表面に射影した方向を示す。
【０１１３】
図１４（Ａ）に示すように、一次イオンＢ１が、一の仮想直線Ｍ上の走査範囲において照射されている間は、矢印Ｄと仮想直線Ｍとがなす角度αは一定である。即ち、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きは変化せず一定となる。一の仮想直線Ｍ上の各滞在点に対して、一次イオンＢ１は、矢印Ｄと仮想直線Ｍとがなす角度が一定のαとなるように照射される。即ち、角度αは、一の仮想直線Ｍ上の走査範囲において照射されている間は変化しない。
【０１１４】
ここで、試料２０は、回転中心Ｃの周りを回転しているので、各滞在点の半径の位置において、一次イオンＢ１は、同心円状に試料２０の表面に照射されるが、この同心円に照射される一次イオンＢ１は、矢印Ｄと仮想直線Ｍとがなす角度が一定のαとなるように照射されるので、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きは変化せず一定となる。このように、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きが一定であると、表面荒れが成長するおそれが生じる。
【０１１５】
そこで、装置１０では、図１４（Ｂ）に示すように、仮想直線Ｍを同心円の回転中心Ｃの周りに回転させることにより、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きを変化させる。
【０１１６】
具体的には、矢印Ｄと仮想直線Ｍとがなす角度αを変化させて、一次イオンＢ１が、仮想直線Ｍ上の走査範囲に照射される。仮想直線Ｍ上の各滞在点に対しては、一次イオンＢ１は、変化した角度αで照射される。図１４（Ｂ）において仮想直線Ｍ上に配置される各滞在点の位置関係は、図１４（Ａ）と同じである。図１４（Ｂ）に示す仮想直線Ｍは、図１４（Ａ）に示す位置から回転中心Ｃの周りを角度β回転している。
【０１１７】
一次イオン照射部１１は、偏向電極を用いて、一次イオンを照射する向きを制御することにより、矢印Ｄと仮想直線Ｍとがなす角度αを変化させて、一次イオンを照射する。
【０１１８】
その結果、各同心円に照射される一次イオンＢ１は、矢印Ｄと仮想直線Ｍとがなす角度αが変化するので、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きが変化するため、表面荒れの成長が抑制される。
【０１１９】
図１４（Ｃ）は、更に、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きを変えることにより、仮想直線Ｍを同心円の回転中心Ｃの周りに回転させた状態を示す。矢印Ｄと仮想直線Ｍとがなす角度αを更に変化させて、一次イオンＢ１が、仮想直線Ｍ上の走査範囲に照射される。仮想直線Ｍ上の各滞在点に対しては、一次イオンＢ１は、更に変化した角度αで照射される。図１４（Ｃ）に示す仮想直線Ｍは、図１４（Ａ）に示す位置から回転中心Ｃの周りを角度β回転している。
【０１２０】
このように、装置１０は、矢印Ｄと仮想直線Ｍとがなす角度αを変化させることを続け、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きを変化させて、表面荒れの成長を抑制する。
【０１２１】
一次イオンを、一の仮想直線Ｍにおける同心円の回転中心Ｃ側に位置する滞在点と、同心円の回転中心Ｃとは反対側に位置する滞在点との間を少なくとも１往復するように照射した後、仮想直線Ｍを同心円の回転中心Ｃの周りに回転させることが好ましい。このようにして、一次イオンが仮想直線Ｍにおける走査範囲に照射されることにより、試料２０の照射領域２１が均一にエッチングされる。
【０１２２】
表面荒れの成長を抑制する観点からは、一次イオンが試料２０の表面に照射する向きが一定の状態で、一次イオンが試料２０に対して長い間照射されないことが好ましい。この観点から、一次イオンを、仮想直線Ｍにおける同心円の回転中心Ｃ側に位置する滞在点と、同心円の回転中心Ｃとは反対側に位置する滞在点との間を、５往復よりも少なく、例えば２〜４往復するように照射した後、仮想直線Ｍを同心円の回転中心Ｃの周りに回転させることが好ましい。
【０１２３】
また、仮想直線Ｍは、同心円の回転中心Ｃの周りに、所定の角度（図１４における角度βに対応）ずつ回転させることが、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きを変化させるように、一次イオン照射部１１を制御する観点から好ましい。
【０１２４】
上述した角度βは、０度よりも大きく９０度以下とすることが好ましい。角度βが９０度よりも大きいと、仮想直線Ｍが同心円の回転中心Ｃの周りを一度に回転する角度が大きいので、すぐに一周してしまう。そのため、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きが変化する回数が少なくなる。例えば、角度βを１８０度とすると、仮想直線Ｍは、２度の移動で、元の位置に戻ることになる。
【０１２５】
角度βは、例えば、１０度から３０度の間にすることができる。角度βを１０度とした場合、仮想直線Ｍは、３６回の移動で元の位置に戻る。
【０１２６】
また、角度βを３０度とした場合、仮想直線Ｍは、１２回の移動で元の位置に戻る。
【０１２７】
装置１０では、二次イオン質量分析における深さ分解能を向上するために、更に、以下の工夫を有している。
【０１２８】
まず、図９及び図１０を参照して説明したように、各滞在点に対応する円の半径が増加するのと共に、各滞在点における照射時間が比例して増加するように、照射時間を制御することが、二次イオンの質量分析の深さ方向の分布を正確に得る上で好ましい。
【０１２９】
また、図１１及び図１２を参照して説明したように、各滞在点に対応する円の半径が増加するのと共に、各滞在点における一次イオンの単位時間あたりの一次イオン照射数が比例して増加するように制御することが、二次イオンの質量分析の深さ方向の分布を正確に得る上で好ましい。
【０１３０】
更に、図１３を参照して説明したように、照射時間Ｔと、試料２０が回転する角速度ｗと、円周率πとが、ｗＴ／２π＞＝５の関係を満たすことが、二次イオンの質量分析の深さ方向の分布を正確に得る上で好ましい。
【０１３１】
ここで、図１６に示すように、回転中心Ｃに配置される滞在点Ｓ１及び回転中心Ｃの近傍に配置される滞在点Ｓ２、Ｓ３・・・等では、同心円の半径が小さい。上述したように、走査範囲が、同心円の回転中心Ｃ及びその近傍の滞在点を含むと、式（５）及び式（８）の関係が満たされないおそれがある。そのため、図９〜図１３を参照して説明した関係を有するように、一次イオンを試料２０に照射するように制御することが困難な場合がある。
【０１３２】
そこで、装置１０では、回転中心Ｃ側の端部に位置する滞在点Ｓ１から回転中心Ｃとは反対側に位置する滞在点Ｓｋ-１の範囲の滞在点に対して、一次イオンを照射している時には、試料２０の表面から放出される二次イオンの質量分析を行わないことにする。
【０１３３】
走査範囲２３の回転中心Ｃ側の端部である回転中心Ｃに配置される滞在点Ｓ１から滞在点Ｓｋ-１の範囲の滞在点は、非質量分析範囲Ｒ２とされる。非質量分析範囲Ｒ２では、試料２０の表面が均一にエッチングされないか、又は、エッチング量が異なることに起因して、二次イオンの質量分析の深さ分解能の正確な測定が行えないおそれがある。そこで、一次イオン照射部１１によって、非質量分析範囲Ｒ２が走査されている時には、質量分析部１２は二次イオンを分析しないように制御される。非質量分析範囲Ｒ２の範囲は、上述した関係が得られないおそれがある滞在点の範囲に基づいて、適宜決定され得る。
【０１３４】
質量分析部１２は、二次イオンを取り込むための引き出し電極（図示せず）を有している。この引き出し電極に電圧を印加することにより、二次イオンが質量分析部１２に取り込まれて、質量分析が行われる。一方、この引き出し電極に電圧を印加しなければ、質量分析部１２に二次イオンが取り込まれることはなく、二次イオンの質量分析は行われない。制御部１７は、一次イオン照射部１１が一次イオンを照射している滞在点に基づいて、質量分析部１２の引き出し電極に印加する電圧のオン・オフを変更することにより、質量分析部１２の動作を制御する。このような質量分析部１２を制御する方法は，エレクトリック・ゲート法と呼ばれる。
【０１３５】
即ち、制御部１７は、一次イオン照射部１１が非質量分析範囲Ｒ２に位置する滞在点に対して一次イオンを照射している時には、質量分析部１２の引き出し電極に印加する電圧をオフに変更して、質量分析部１２の動作を制御する。
【０１３６】
次に、二次イオン質量分析における深さ分解能を更にまた向上することについて、以下に説明する。
【０１３７】
図７を参照すると、一次イオンが、仮想直線Ｍ上において回転中心Ｃとは反対側の端部に位置する滞在点Ｓｎに対して照射されている時には、クレータの側壁２２ｂに対しても一次イオンが照射される場合がある。この場合には、二次イオンが、クレータの側壁２２ｂからも放出される。そのため、質量分析部１２は、クレータの底部２２ａから放出される二次イオンと共に、クレータの側壁２２ｂから放出される二次イオンの質量分析を行うことになる。
【０１３８】
クレータの側壁２２ｂから放出される二次イオンは、クレータの底部２２ａから放出される二次イオンとは異なる深さから放出される。質量分析部１２は、試料の表面から検出される二次イオンを、同じ深さから放出された二次イオンとして同時に検出するので、二次イオン質量分析における深さ分解能が低下することになる。
【０１３９】
そこで、深さ分解能の低下を防止するために、質量分析部１２は、一次イオン照射部１１が、走査範囲２３の回転中心Ｃとは反対側の滞在点Ｓｎに対して一次イオンを照射している時には、試料２０の表面から放出される二次イオンの質量分析を行わないようにする。
【０１４０】
具体的には、図１７に示すように、質量分析部１２は、走査範囲２３の回転中心Ｃとは反対側の滞在点Ｓｎに加えて、滞在点Ｓｎの近傍に位置する複数の滞在点Ｓｐ＋１〜Ｓｎ-１に対して一次イオンを照射している時には、二次イオンの質量分析を行わない。
【０１４１】
即ち、走査範囲２３の回転中心Ｃとは反対側に位置する滞在点Ｓｐ＋１〜Ｓｎの範囲の滞在点は、クレータの側壁２２ｂ側に設定される非質量分析範囲Ｒ２とされる。非質量分析範囲Ｒ２の範囲は、一次イオンがクレータの側壁２２ｂから放出される原子又は二次イオンの影響を受ける滞在点の範囲に基づいて、適宜決定され得る。
【０１４２】
制御部１７は、一次イオン照射部１１が、走査範囲２３の回転中心Ｃとは反対側に設定された非質量分析範囲Ｒ２に位置する滞在点に対して一次イオンを照射している時には、質量分析部１２の引き出し電極に印加する電圧をオフに変更して、質量分析部１２の動作を制御する。
【０１４３】
図１６及び図１７に示すように、走査範囲２３において、二次イオンの質量分析が行われるのは、滞在点Ｓｋ〜Ｓｐの範囲となる。滞在点Ｓｋ〜Ｓｐの範囲は、質量分析範囲Ｒ１として設定される。
【０１４４】
制御部１７は、一次イオン照射部１１が、走査範囲２３の質量分析範囲Ｒ１に位置する滞在点に対して一次イオンを照射している時には、質量分析部１２の引き出し電極に印加する電圧をオンに変更して、質量分析部１２の動作を制御する。
【０１４５】
なお、装置１０では、回転中心Ｃに滞在点Ｓ１を配置することにより、走査範囲２３の回転中心Ｃ側には、クレータの側壁は形成されない。しかし、回転中心Ｃに滞在点を配置しない場合には、走査範囲２３の回転中心Ｃ側にもクレータの側壁が形成される場合がある。このような場合には、走査範囲２３の回転中心Ｃ側の端部に位置する滞在点及び近傍の滞在点に対して一次イオンを照射している時には、試料２０の表面から放出される二次イオンの質量分析を行わないようにすることが好ましい。
【０１４６】
また、装置１０では、クレータの底部２２ａから放出される二次イオンに起因する二次イオン質量分析における深さ分解能の低下を防止するために、以下の工夫を有している。
【０１４７】
上述したように、一次イオンが、クレータの側壁２２ｂに対して照射される場合には、原子又は二次イオンが、クレータの側壁２２ｂからも放出される。クレータの側壁２２ｂから放出された原子又は二次イオンは、クレータの底部２２ａの表面に飛散して付着する。
【０１４８】
クレータの側壁２２ｂから放出される原子又は二次イオンは、クレータの底部２２ａから放出される二次イオンとは異なる深さから放出されるので、二次イオン質量分析における深さ分解能を低下させるおそれがある。
【０１４９】
そこで、装置１０は、図１８（Ａ）に示すように、一次イオンを、仮想直線Ｍにおける同心円の回転中心Ｃ側に位置する滞在点Ｓ１から、同心円の中心とは反対側に位置する滞在点Ｓｎに向かって照射している時には、試料２０の表面から放出される二次イオンの質量分析を行う。
【０１５０】
一方、図１８（Ｂ）に示すように、装置１０は、一次イオンを、仮想直線Ｍに沿って滞在点Ｓｎから滞在点Ｓ１に向かって照射している時には、試料２０の表面から放出される二次イオンの質量分析を行わないこととする。以下に、このようにする理由を説明する。
【０１５１】
一次イオンが、クレータの側壁２２ｂに対して照射されて、原子又は二次イオンが、クレータの側壁２２ｂから放出されると、クレータの底部２２ａの表面に飛散して付着する。
【０１５２】
図１８（Ｂ）に示すように、一次イオンを、仮想直線Ｍに沿って回転中心Ｃの外方の滞在点Ｓｎから回転中心Ｃに位置する滞在点Ｓ１に向かって照射することにより、クレータの底部２２ａの表面をエッチング又はスパッタリングする。これにより、クレータの底部２２ａの表面に付着している原子又は二次イオンを、クレータの底部２２ａの表面から除去する。この時、二次イオンの質量分析を行わない。
【０１５３】
このようにして、一次イオンが、仮想直線Ｍに沿って回転中心Ｃに位置する滞在点Ｓ１に戻った時には、クレータの底部２２ａの表面が清浄にされた状態となる。
【０１５４】
次に、図１８（Ａ）に示すように、一次イオンが、回転中心Ｃ側から外方の滞在点Ｓｎに向かって照射する時には、清浄にされたクレータの底部２２ａの表面から放出される二次イオンを測定するので、二次イオン質量分析における深さ分解能を向上できる。
【０１５５】
図１８を参照して説明した工夫は、図１６及び図１７を参照して説明した工夫と併用して用いることが、二次イオン質量分析における深さ分解能を一層向上する観点から好ましい。
【０１５６】
上述した本実施形態の二次イオン質量分析装置１０によれば、表面荒れを抑制すると共に、元素分析の深さ分解能を向上できる。
【０１５７】
また、装置１０では、一次イオン照射部１１が有する偏向電極を用いて、一次イオンを試料２０の表面に照射する向きを変えて仮想直線Ｍを前同心円の回転中心Ｃの周りに回転させる。そのため、新たな装置を追加することなく、通常の二次イオン質量分析装置１０が有する機能を用いて実現できる。
【０１５８】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明を理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１５９】
１０    二次イオン質量分析装置
１１    一次イオン照射部
１２    質量分析部
１３    駆動部
１３ａ    駆動シャフト
１７    制御部
２０    試料
２１    照射領域
２２    クレータ
２２ａ    クレータの底部
２２ｂ    クレータの側壁
２３    走査範囲
Ｒ１    質量分析範囲
Ｒ２    非質量分析範囲
Ｃ    回転中心
Ｌ    回転軸
Ｂ１    一次イオン
Ｂ２    二次イオン
Ｓ１〜Ｓｎ    滞在点
Ｍ    仮想直線
１１０    二次イオン質量分析装置
１１１    一次イオン照射部
１１２    質量分析部
１１３ａ    駆動シャフト
１１８    試料台
１２０    試料
１２１    照射領域
１２１ａ    始点
１２１ｂ    終点
１２２    クレータ
１２２ａ    クレータの底部
１２２ｂ    クレータの側壁
１２３    走査範囲
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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