(57)【要約】【課題】本発明の目的は、特に１０μmを超えるような深い領域の分析において、分析クレータ側壁の影響をなくし、正確な分析のできる分析方法を提供することである。【解決手段】分析対象領域の分析クレータの深さが深さ方向分解能に影響しない範囲で分析を中断し、分析クレータの周囲の部分を掘削して分析クレータの底と同一の高さにし、また、分析を再開する際に試料の高さを調節し、分析面を初期の高さにする。これにより、分析面に対する１次イオン照射状態を一定に保つことが可能であり、また、２次イオンの検出感度も安定に維持できる。したがって、深い領域の分析を正確に行うことができる。【選択図】図２
2009121933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次イオンを固体試料の所定の分析対象領域に照射して、前記固体試料から放出される２次イオンを質量分離して前記分析対象領域の構成成分の元素分析を行う２次イオン質量分析方法であって、
前記所定の分析対象領域を一定の深さまで分析する段階と、
前記分析対象領域にできた分析クレータの周囲の部分を前記分析クレータの底と同一の高さまで掘削する段階と、
前記所定の分析対象領域を再度分析する段階と、
前記掘削する段階と前記再度分析する段階とを繰り返して目的の深さまで元素分析を行う段階とを備えることを特徴とする２次イオン質量分析方法。
【請求項２】
前記分析する段階の後に、
前記分析クレータの深さを測定する段階をさらに備え、
前記掘削する段階は、前記測定した前記分析クレータの深さと同一の高さまで掘削することを特徴とする請求項１に記載の２次イオン質量分析方法。
【請求項３】
前記掘削する段階の後に、
前記固体試料の分析面の高さを初期の高さに合わせる段階を更に備え、
前記再度分析する段階は、前記初期の高さに１次イオンの照射を開始することを特徴とする請求項１に記載の２次イオン質量分析方法。
【請求項４】
前記分析対象領域の分析クレータの周囲の部分を掘削する方法として、集束イオンビーム装置を使用することを特徴とする請求項１に記載の２次イオン質量分析方法。
【請求項５】
前記分析対象領域の分析クレータの深さを測定する方法として、レーザ変位センサを使用することを特徴とする請求項２に記載の２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、２次イオン質量分析方法に関し、より詳細には試料の分析対象領域の深い部分の分析を行う２次イオン質量分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次イオン質量分析方法は、試料に１次イオンを照射して、試料から放出される２次イオンを質量分析して試料の構成成分の元素分析を行う方法であり、１次イオンにより試料を掘り進めることにより、深さ方向の元素分布状態を獲得することができる。２次イオン質量分析方法は、質量分析計の種類によって分類され、質量分析計の種類としては、磁場型質量分析計、四重極型質量分析計、飛行時間型質量分析計等がある。
【０００３】
２次イオン質量分析は、１次イオンにより試料を掘り進みながら深さ方向の分析を行うため、試料の１次イオンが照射された領域はクレータ状となる。この１次イオンに削られたクレータ状の領域は、分析クレータと呼ばれる。
【０００４】
図５に分析クレータ５０１の模式図を示す。分析クレータ側壁５０２近辺には、図５（ａ）のように１次イオン５０４の一部の接触により分析クレータ側壁５０２および周囲から２次イオン５０５が発生する場合があるが、この２次イオン５０５は目的の領域の組成（クレータ底から発生した２次イオン５０６）とは異なり妨害イオンとなる。この妨害イオンの混入を回避するため、２次イオンの収集領域５０７は、図５（ａ），（ｂ）に示すように通常分析クレータ側壁５０２から離れた中央部であり、１次イオン照射領域５０８のうち数１０％となる。
【０００５】
分析領域が深さ方向に大きい場合には、分析クレータ５０１の深さが深くなり、１次イオン５０４が分析クレータ側壁５０２に遮られて分析対象領域の一部にしか照射できなくなる。図６に深い分析クレータ６０１の模式図を示す。分析クレータが深くなるに伴い、１次イオン５０４がクレータ底５０３まで届かない領域が増え、その領域が２次イオン収集領域５０７に近づくと２次イオン検出量が減少する。また、発生する２次イオンも側壁に妨害され、側壁に衝突して検出不能となる２次イオン５１０が増加し、検出可能な２次イオン５０９が減少し、検出感度が低下する。また、固体表面粗さが、分析深さが深くなるにしたがい増大する（例えば、特許文献１参照）。以上のような理由から、深さ方向分解能は、分析深さに依存して低下するという問題がある。
【０００６】
これを回避する方法としては、１次イオン照射領域を大きく取り、１次イオン照射領域に対する２次イオン収集領域の割合を十分小さくして分析クレータ側壁の影響を排除する方法がある。この一例として凹形状の分析領域において１次イオンの入射方向の側面をエッチングによって掘削する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また他の方法としては、目的の深さまで段階的に研磨した幾つか試料を作成し、それらの分析結果を総合する方法や、試料の断面を分析する方法等がある。
【０００７】
また、スパッタリングによる試料の深さ方向の組成分析と、顕微鏡による組織観察とを合わせて行う解析手法において、試料を分析クレータの周囲を底面まで掘削する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１７４４２１号公報（第３頁、図１〜２）
【特許文献２】特開平１１−２３４９７号公報（第２〜３頁、図２）
【特許文献３】特開２００４−１４４６３５号公報（第６頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、１次イオン照射領域を大きく取ると、２次イオン質量分析法の分析速度が１次イオン照射領域の拡大と共に遅くなり、また、検出される２次イオン強度は収集領域割合の縮小と共に減少してしまう。分析の対象となる試料の分析対象領域が微小な場合や分析元素の濃度が低い場合もあり、２次イオン収集領域割合の縮小には限界がある。
【００１０】
また、この特許文献１に記載の方法は、１次イオン入射方向に対応する側壁のみを除去するものであり、分析深さが深くなると除去されていない周囲の側壁により２次イオンの検出感度が低下するおそれがある。
【００１１】
また、段階的に研磨した複数の試料を作成してその結果を総合する方法の場合、各研磨深さにおける境界部分の分布があいまいになる恐れがある。また、試料の研磨には多くの時間および多くの試料面積を要する。
【００１２】
また、試料の断面を分析する方法では、面分析、線分析となるため通常の分析よりも検出下限が悪くなる。また分布深さが数十μｍ程度の場合、断面から分析する場合、分析対象領域が微小で分析が困難となる。
【００１３】
また、特許文献３に記載の方法は、分析クレータの周囲を掘削することが記載されているが、着目する特定の観察面を正確に作成することを目的としており、分析クレータの底も掘削するものである（例えば、特許文献３参照）。
【００１４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特に１０μmを超えるような深い領域の分析において、分析クレータ側壁の影響をなくし、正確な分析のできる分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、本発明は、１次イオンを固体試料に照射して、試料から放出される２次イオンを質量分離して試料の構成成分を元素分析する２次イオン質量分析方法において、分析対象領域を一定深さまで分析した後に分析クレータの周囲の部分を掘削し、分析クレータの底と同一の高さとして、その後に再度分析対象領域の分析を行うことを繰り返して目的の深さまで元素分析を行うものとする。
【００１６】
本発明は、分析対象領域の分析クレータの深さが深さ方向分解能に影響しない範囲で分析を中断し、分析クレータの周囲の部分を掘削して分析クレータの底と同一の高さにするものであり、また、分析を再開する際に試料の高さを調節し、分析面を初期の高さにするものである。これにより、分析面に対する１次イオン照射状態を一定に保つことが可能であり、また、２次イオンの検出感度も安定に維持出来る。したがって、深い領域の分析を正確に行うことが出来る。
【００１７】
試料の分析クレータの周囲を掘削する手段としては、集束イオンビーム装置を用いることができる。集束イオンビーム装置は、イオンビームを細く絞ることができ、分析クレータ内に影響を与えずに周囲を掘削することが可能である。集束イオンビーム装置機能を２次イオン質量分析装置に組み込み、同一試料室内で加工出来るようにすることで早い分析が可能となる。また、分析対象領域の分析クレータの深さを測定する方法として、レーザ変位センサを使用するものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、２次イオン質量分析方法において、分析対象領域を一定深さまで分析した後に分析クレータの周囲の部分を掘削し、分析クレータの底と同一の高さとして、その後に再度分析対象領域の分析を行うことを繰り返して目的の深さまで元素分析を行うことにより、分析クレータ側壁の影響を受けることなく、深い領域までの分析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明による２次イオン質量分析に使用される標準的な磁場型２次イオン質量分析装置１００の構成を示す。
【００２１】
２次イオン質量分析装置１００は、１次イオンビーム１１３を供給する１次イオン供給部１１０と、２次イオン１２４を生成・検出する２次イオン生成部１２０と、集束イオンビーム１３５を発生する集束イオンビーム部１３０とに大別される。
【００２２】
１次イオン供給部１１０は、１次イオンビーム１１３を生成するために、セシウムイオン源１１１と、酸素イオン源１１２とを備えている。１次イオンビーム１１３としては、測定する元素に応じてセシウムイオン源１１１から発生されるセシウムイオンか、酸素イオン源から発生される酸素イオンのどちらかが選択される。１次イオンビーム１１３は真空中で細く絞られ、数ｋＶ〜２０ｋＶ程度で後述する試料１２１の表面に照射される。
【００２３】
２次イオン生成部１２０は、試料１２１と、電磁石１２２と、２次イオン検出器１２３とを備えている。
【００２４】
試料１２１は、試料室内に設置され、１次イオン源１１１，１１２から発生された１次イオンビーム１１３が照射される。１次イオンビームが照射された試料１２１の表面では、スパッタリングという現象により試料中の粒子が跳ね飛ばされ、２次イオン１２４が発生される。ここで試料室は、図示されない排気装置により真空に引かれている。
【００２５】
電磁石１２２は、照射により発生した２次イオン１２４を偏向し収束させ質量分離し、目的のイオンを２次イオン検出器１２３に送る。２次イオン検出器１２３は、入力された目的の２次イオン１２４が検出される。
【００２６】
集束イオンビーム部１３０は、イオン銃１３１と、２次電子検出器１３２と、モニタ１３３と、レーザ変位センサ１３４とを備える。
【００２７】
イオン銃１３１は、金属ガリウムからガリウム（Ｇａ）イオンを発生させ、これを細く絞り、集束イオンビーム１３５を発生し、これを試料１２１に照射して加工する。
【００２８】
２次電子検出器１３２は、集束イオンビーム１３５を照射した際に発生する２次電子１３６を２次電子検出器１３２で検出し、この検出結果をモニタ１３３に送出する。
【００２９】
モニタ１３３は、２次電子検出器１３２に接続され、２次電子検出器１３２で検出された検出結果を数万倍の２次電子像として表示する。測定者は、このモニタ１３３に表示された画像を利用して試料１２１を加工することができ、これにより試料１２１の微小部分の加工も精密に行うことができる。
【００３０】
レーザ変位センサ１３４は、分析対象領域のクレータ深さを測定し、この測定結果により集束イオンビームにより分析クレータの周囲を掘削し、試料面全体を分析クレータの底と同一の高さになるようにする。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態による２次イオン質量分析方法の説明図である。
図２（ａ）は、試料１２１の断面を示す。ここでは、試料１２１として２ｍｍ角に切り出されたＳｉ基板を使用する。試料１２１は、中央上部に２００μｍ×２００μｍの領域から５０μｍの深さまでＢ（ボロン）が一定濃度で分布するＢ分布領域２０２を備える。Ｂ濃度は、１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。これを試料台２０１上に貼り付け、装置内にセットする。
【００３２】
まず、１次イオンビーム１１３として酸素（Ｏ２＋）、１次加速エネルギー１５ｋｅＶ、１次電流３００ｎＡ、１次イオン照射領域１００μｍ×１００μｍ、データ取り込み領域３０μｍφを設定し、２次イオン質量分析を行う。２次イオンとして、Ｂ、および基板の主要構成元素であるＳｉが測定される。Ｓｉは、どの深さにおいても十分な量で存在するため一定強度で検出されるはずのものである。
【００３３】
図２（ｂ）は、２次イオン質量分析を深さ方向分解能に影響しない範囲で分析を中断した場合の試料１２１の断面を示す。ここでは、約１０μｍの深さで質量分析を中断し、装置内に取り付けられたレーザ変位センサ１３４により分析対象領域の分析クレータ２０３の深さを測定する。次いで、レーザ変位センサ１３４により深さをチェックしながら、集束イオンビームにより分析クレータ周囲除去部２０４を掘削し、試料面全体を分析クレータの底と同じ高さにする。これにより、分析クレータ２０３がなくなり、１次イオンビーム１１３は、分析クレータ側壁の影響を受けずに照射される。
【００３４】
図２（ｃ）は、試料面全体を分析クレータの底と同じ高さまで掘削した後の試料１２１の断面を示す。次に試料台の高さを調節して試料１２１の測定面を初期の高さに合わせる。これにより、１次イオンビーム１１３は、試料１２１の測定面の測定開始時と同じ位置に照射されるため、測定開始時と同じ条件で測定が行え、２次イオンの検出感度を安定に維持できる。
【００３５】
図２（ｄ）は、試料測定面を初期の高さに合わせた後の試料１２１の断面を示す。試料測定面を初期の高さに合わせた後、測定を再開する。この後、上述した工程をＢが検出されなくなるまで繰り返す。
【００３６】
なお、分析を中断する深さは主要構成元素（この場合はＳｉ）の強度が一定な範囲であればよい。分析結果は、１測定毎に測定した分析クレータの深さから全分布深さに換算する。
【００３７】
図３は、本発明の一実施形態による２次イオン質量分析方法と、Ｂが検出されなくなるまで中断せずに分析する従来方法とによるＢおよびＳｉの深さ方向分布を比較して示す図である。
【００３８】
図３において、太線Ａは本発明の２次イオン質量分析方法により測定されたＢ分布を示し、太点線Ｂは本発明の２次イオン質量分析方法により測定されたＳｉ分布を示し、細線Ｃは従来方法により測定されたＢ分布を示し、細点線Ｄは従来方法により測定されたＳｉ分布を示す。
【００３９】
従来方法による測定結果である細線Ｃと細点線Ｄの特性をみると、分析深さ１５μｍ付近からＳｉ強度、Ｂ濃度共に低下しており、２次イオン検出感度の低下が見られる。これに対し、本発明の２次イオン質量分析方法による測定では、Ｓｉ強度は一定であり、Ｂ濃度分布も５０μｍまで一定でその後急激に低下している。
【００４０】
すなわち、本発明の２次イオン質量分析方法が、深い領域の分析において、分析クレータ側壁の影響をなくし、正確な分析が可能であることが確認された。
【００４１】
図４は、本発明の一実施形態による２次イオン質量分析方法を示すフローチャートである。
【００４２】
ステップＳ４０１において、まず質量分析を約１０μｍの深さまで行う。次いで、レーザ変位センサにより分析対象領域の分析クレータの深さを測定する（ステップＳ４０２）。次いでレーザ変位センサにより深さをチェックしながら、集束イオンビームにより分析クレータの周囲を掘削し、試料面全体を分析クレータの底と同一の高さになるようにする（ステップＳ４０３）。
【００４３】
次に、試料台の高さを調節して試料測定面を初期の高さに合わせる（ステップＳ４０４）。試料測定面を初期の高さに合わせた後、分析を再開し、上記と同様に約１０μｍの深さまで分析を行う（ステップＳ４０５）。次いで、目的の深さまで分析したかどうかが判定される（ステップＳ４０６）。ステップＳ４０６において目的の深さまで分析したと判断されれば処理を終了し、そうでなければステップＳ４０２に進み処理を繰り返す。
【００４４】
以上のように構成された本発明によれば、２次イオン質量分析方法において、分析対象領域を一定深さまで分析した後に分析クレータの周囲の部分を掘削し、分析クレータの底と同一の高さとして、その後に再度分析対象領域の分析を行うことを繰り返して目的の深さまで元素分析を行うことにより、分析クレータ側壁の影響を受けることなく、深い領域までの分析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態による２次イオン質量分析方法に使用される標準的な磁場型２次イオン質量分析装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による２次イオン質量分析方法の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による２次イオン質量分析方法と、従来方法とによるＢおよびＳｉの深さ方向分布を比較して示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による２次イオン質量分析方法を示すフローチャートである。
【図５】２次イオン質量分析方法において分析クレータ側壁の影響を説明する模式図である。
【図６】２次イオン質量分析方法において深い部分の分析を行う場合を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  ２次イオン質量分析装置
１１０  １次イオン供給部
１１１  セシウムイオン源
１１２  酸素イオン源
１１３  １次イオンビーム
１２０  ２次イオン生成部
１２１  試料
１２２  電磁石
１２３  ２次イオン検出器
１２４  ２次イオン
１３０  集束イオンビーム部
１３１  イオン銃
１３２  ２次電子検出器
１３３  モニタ
１３４  レーザ変位センサ
１３５  集束イオンビーム
１３６  ２次電子
【図１】
2009121933.tif 000003
【図２】
2009121933.tif 000004
【図３】
2009121933.tif 000005
【図４】
2009121933.tif 000006
【図５】
2009121933.tif 000007
【図６】
2009121933.tif 000008