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JPH0720068A - Surface analyzing method using ion beam - Google Patents

Surface analyzing method using ion beam

Info

Publication number
JPH0720068A
JPH0720068A JP5188797A JP18879793A JPH0720068A JP H0720068 A JPH0720068 A JP H0720068A JP 5188797 A JP5188797 A JP 5188797A JP 18879793 A JP18879793 A JP 18879793A JP H0720068 A JPH0720068 A JP H0720068A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion
sample
terminal
ion beam
floor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5188797A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Agawa
阿川  義昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to JP5188797A priority Critical patent/JPH0720068A/en
Publication of JPH0720068A publication Critical patent/JPH0720068A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To perform highly accurate analysis by using <3>He as a gaseous starting material for generating ions. CONSTITUTION:A shield box 1 is composed of a ceiling, side faces, and floor and covers a rectangular high-voltage terminal 2 supported on the floor of the box 1 by a plurality of insulating supports 11. The floor of the box 1 and the lower surface of the terminal 2 is separated from each other by an insulating distance at which the floor can withstand the high voltage applied across the terminal. A high-voltage power source 12 is provided between the floor of the box 1 and the terminal 2. An ion source 5 is incorporated in the terminal 2 and connected to the entrance of a particle accelerator 3 provided between the terminal 2 and box 1 through a beam pipeline 9. By using such a constitution, plasma is generated by introducing a gaseous starting material <3>He to the ion source 5 and a positive voltage is applied across the ion source 5. Generated ions are accelerated by means of the accelerator 3 and converged through convergent lenses 15a and 15b. After purifying a separated <3>He<2+> ion beam by means of an electromagnet 16 for mass separation, the ion beam is introduced to an analyzing chamber 19 and made incident an a sample 30 on a material holder 20.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はイオンビーム表面分析方
法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an ion beam surface analysis method.

【0002】[0002]

【従来の技術及びその問題点】図1は一般に使用されて
いるイオンビーム表面分析装置の概略平面図である。
2. Description of the Related Art FIG. 1 is a schematic plan view of a commonly used ion beam surface analyzer.

【0003】図1において、遮蔽箱1は天井、側面、床
からなり、複数の絶縁支柱11によって床上に支持され
たほぼ直方形状の高電圧ターミナル2を覆っている。遮
蔽箱1の床面と高電圧ターミナル2の下面との間は、高
電圧ターミナル2に印加される高電圧に対して充分な耐
電圧を有する絶縁距離で隔てられている。また、遮蔽箱
1の床面と高電圧ターミナル2の下面との間に高電圧電
源12が設置されている。
In FIG. 1, a shielding box 1 is composed of a ceiling, side surfaces, and a floor, and covers a substantially rectangular high-voltage terminal 2 supported on the floor by a plurality of insulating columns 11. The floor surface of the shielding box 1 and the lower surface of the high voltage terminal 2 are separated by an insulation distance having a sufficient withstand voltage against the high voltage applied to the high voltage terminal 2. A high voltage power supply 12 is installed between the floor surface of the shielding box 1 and the lower surface of the high voltage terminal 2.

【0004】高電圧ターミナル2の内部にはイオン源5
が配設されており、これはビーム配管9を介し、高電圧
ターミナル2と遮蔽箱1との間に配設されている加速管
3の入口(高電圧側)に接続されている。加速管3には
複数個の金属リングFが設けられ、それらの間に抵抗R
が取り付けられており、高電圧ターミナル2と遮蔽箱1
との間には金属リングFの面毎に等電位面が形成されて
高電圧を維持している。加速管3の出口(グランド電位
側)は遮蔽箱1の外側においてビーム配管14aと接続
され、これは更にイオンビームを収束するための収束レ
ンズ15a、15b、次いでビーム配管14bが接続さ
れている。なお収束レンズ15a、15bは夫々、イオ
ンビームの進行方向をz軸とした、x軸方向、y軸方向
の収束を分担する。また、ビーム配管14bは質量分離
用電磁石16に接続され、これは更に分析用ビーム配管
17、次いで分析チャンバ19に接続されている。
An ion source 5 is provided inside the high voltage terminal 2.
Is connected via a beam pipe 9 to the inlet (high voltage side) of the accelerating pipe 3 arranged between the high voltage terminal 2 and the shielding box 1. The accelerating tube 3 is provided with a plurality of metal rings F, and a resistor R is provided between them.
With high voltage terminal 2 and shield box 1
And an equipotential surface is formed on each surface of the metal ring F to maintain a high voltage. The exit (ground potential side) of the accelerating tube 3 is connected to the beam pipe 14a outside the shielding box 1, which is further connected with converging lenses 15a and 15b for converging the ion beam, and then the beam pipe 14b. The focusing lenses 15a and 15b share the focusing in the x-axis direction and the y-axis direction, respectively, with the z-axis being the traveling direction of the ion beam. Further, the beam pipe 14b is connected to the mass separation electromagnet 16, which is further connected to the analysis beam pipe 17 and then to the analysis chamber 19.

【0005】分析用ビーム配管17の内部には、所定の
距離を隔てて、夫々アパーチャを有する一対のダイヤフ
ラム18a、18bが設けられている。
Inside the analysis beam pipe 17, a pair of diaphragms 18a and 18b each having an aperture are provided at a predetermined distance.

【0006】分析チャンバ19内の中央部には試料ホー
ルダ20が設けられており、試料30は分析チャンバ1
9に設けられた試料搬送機構21によって大気側から試
料ホールダ20に取り付けられる。
A sample holder 20 is provided at the center of the analysis chamber 19, and the sample 30 is used as the analysis chamber 1.
It is attached to the sample holder 20 from the atmosphere side by the sample transport mechanism 21 provided in the No. 9.

【0007】また分析チャンバ19内には、試料表面か
ら散乱される粒子を検出するための粒子検出器23が設
けられ、これから取り出した信号ケーブル24は真空チ
ャンバ19の側壁の真空用導入端子を介して大気側の図
示しないデータ処理システムと接続されている。
A particle detector 23 for detecting particles scattered from the sample surface is provided in the analysis chamber 19, and a signal cable 24 taken out from the particle detector 23 is passed through a vacuum introduction terminal on the side wall of the vacuum chamber 19. It is connected to a data processing system (not shown) on the atmosphere side.

【0008】更には、チャンバ19の側壁に、分析チャ
ンバ19を含む系内を排気するための真空ポンプ22が
接続されている。
Further, a vacuum pump 22 for exhausting the inside of the system including the analysis chamber 19 is connected to the side wall of the chamber 19.

【0009】一般に使用されているイオンビーム分析装
置は以上のように構成されるが、次にその動作について
説明する。
A generally used ion beam analyzer is constructed as described above, and its operation will be described below.

【0010】イオン源5から分析チャンバ19までの系
は真空ポンプ22によって排気され、真空状態に維持さ
れる。なお図示せずとも上流側に別途、真空ポンプを設
けて、それによって排気されるようにしてもよく、この
場合には途中に真空バルブを設けて分析チャンバ19側
と、この上流側とを気密に遮断可能とするようにしても
よい。イオン源5には図示しないボンベからチューブを
介してイオン生成用の材料ガスが導入される。同じく図
示しないプラズマ発生用電源の出力をイオン源5へ投入
すると、イオン源5に導入された材料ガスがプラズマと
なる。更にこのイオン源5に正の電圧を印加するとプラ
ズマからイオンが引き出され、ビーム配管9を通って加
速管3に入る。加速管3へ入ったイオンは、高電圧電源
12によって高電圧ターミナル2に印加されている電圧
とイオンの価数との積からなるエネルギでもって加速さ
れ、次いで収束レンズ15a、15bで収束されて質量
分離用電磁石16に到達する。このイオンは、質量分離
用電磁石16内の真空配管内において、電磁石16によ
って形成される磁場、イオンの価数、および加速電圧に
よるイオン速度によって生ずるローレンツ力に応じて偏
向され、質量分離用電磁石16の下流側に取り付けられ
ている図示しない分離用スリットによって不純物が除去
され、所望のイオンのみがこれを通過して分析用ビーム
配管17に入る。分析用ビーム配管17へ入ったイオン
ビームは分析用ビーム配管17内に設けられた一対のダ
イヤフラム18a、18b間の距離及びそれらのアパー
チャの開き幅によって幾何学的に定まる広がり角に制限
された後に、分析チャンバ19へ到達し、試料ホールダ
20に取り付けられた試料30へ入射する。前述したよ
うに分析チャンバ19内は真空ポンプ22で排気され表
面分析を行なうのに充分な圧力の真空に保たれる。試料
30に入射するイオン31(以下、プローブイオンと呼
ぶ。)の一部が試料30の表面で散乱し、散乱された粒
子(プローブイオンとそれが中性化した粒子)の一部3
2が粒子検出器23へ入射する。それによって粒子検出
器23で発生した信号は信号ケーブル24を介して大気
側へ取り出され、図示しないデータ処理システムに入力
されて、エネルギスペクトルなど各種のスペクトルとし
て表示される。
The system from the ion source 5 to the analysis chamber 19 is evacuated by a vacuum pump 22 and maintained in a vacuum state. Although not shown, a vacuum pump may be separately provided on the upstream side so as to exhaust gas. In this case, a vacuum valve is provided on the way to hermetically seal the analysis chamber 19 side and the upstream side. It may be possible to shut off. A material gas for ion generation is introduced into the ion source 5 from a cylinder (not shown) through a tube. Similarly, when the output of a power supply for plasma generation (not shown) is applied to the ion source 5, the material gas introduced into the ion source 5 becomes plasma. Further, when a positive voltage is applied to the ion source 5, ions are extracted from the plasma and enter the accelerating tube 3 through the beam pipe 9. The ions that have entered the accelerating tube 3 are accelerated by the high voltage power supply 12 with energy that is the product of the voltage applied to the high voltage terminal 2 and the valence of the ions, and then are converged by the converging lenses 15a and 15b. The mass separation electromagnet 16 is reached. The ions are deflected in the vacuum pipe in the mass separation electromagnet 16 according to the magnetic field formed by the electromagnet 16, the valence of the ions, and the Lorentz force generated by the ion velocity due to the acceleration voltage. Impurities are removed by a separation slit (not shown) attached on the downstream side of, and only desired ions pass through this and enter the analysis beam pipe 17. After the ion beam entering the analysis beam pipe 17 is restricted to a divergence angle geometrically determined by the distance between the pair of diaphragms 18a and 18b provided in the analysis beam pipe 17 and the aperture width of those apertures, , Reaches the analysis chamber 19 and enters the sample 30 attached to the sample holder 20. As described above, the inside of the analysis chamber 19 is evacuated by the vacuum pump 22 and maintained at a vacuum of a pressure sufficient for surface analysis. Part of ions 31 (hereinafter, referred to as probe ions) incident on the sample 30 are scattered on the surface of the sample 30 and part 3 of scattered particles (probe ions and particles neutralized by the probe ions) 3
2 is incident on the particle detector 23. As a result, the signal generated by the particle detector 23 is taken out to the atmosphere side via the signal cable 24, inputted to a data processing system (not shown), and displayed as various spectra such as an energy spectrum.

【0011】次に、上述の一般的なイオンビーム表面分
析装置による表面分析について、例としてラザフォード
後方散乱(RBS;Ratherford Back
Scattering)を利用する分析を取り上げて説
明する。
Next, regarding the surface analysis by the above-mentioned general ion beam surface analyzer, as an example, Rutherford backscattering (RBS; Ratherford Back)
The analysis using Scattering will be explained.

【0012】試料ホールダ20上に取り付けられている
試料30に入射したプローブイオン31の一部は試料3
0の表面の原子(および試料表面近傍の原子)と弾性衝
突して全方位に散乱されるが、その一部は後方(プロー
ブイオンの飛行方向を前方として)に散乱される。この
散乱された粒子は殆ど全てが弾性散乱したものであり、
衝突の前後において運動量と運動エネルギが保存されて
いる。従って、プローブイオンの質量と価数、加速電
圧、および試料30の質量が既知であれば、ある角度に
後方散乱される飛行粒子のエネルギは、運動量及び運動
エネルギが保存されることを前提として、計算して求め
ることが出来る。すなわち、入射粒子のエネルギに対す
る散乱された粒子のエネルギの比はKファクタと呼ば
れ、プローブイオン31の種類、試料の種類、および粒
子検出器23の位置(散乱角度)によって一義的に決ま
るので、加速エネルギと飛行粒子の質量が既知であれ
ば、ある角度範囲に散乱された粒子のエネルギを測定す
ることによって試料30の材料を同定することが出来
る。
A part of the probe ions 31 incident on the sample 30 mounted on the sample holder 20 is part of the sample 3.
It is elastically collided with atoms on the surface of 0 (and atoms near the surface of the sample) and scattered in all directions, but a part of them is scattered backward (with the flight direction of the probe ions being the front). Almost all of the scattered particles are elastically scattered,
Momentum and kinetic energy are preserved before and after a collision. Therefore, if the mass and valence of the probe ions, the accelerating voltage, and the mass of the sample 30 are known, the energy of the flying particles backscattered at a certain angle is based on the assumption that the momentum and the kinetic energy are conserved. It can be calculated and obtained. That is, the ratio of the energy of scattered particles to the energy of incident particles is called a K factor, and is uniquely determined by the type of probe ion 31, the type of sample, and the position (scattering angle) of the particle detector 23. If the acceleration energy and the mass of the flying particles are known, the material of the sample 30 can be identified by measuring the energy of the particles scattered in a certain angular range.

【0013】図2にラザフォード後方散乱の典型的なエ
ネルギスペクトルを示す〈W.K.チュー、J.W.メ
イヤ、M.A.ニコレット編;”後方散乱スペクトロメ
トリ”、アカデミック・プレス社、ニューヨーク、19
78年から引用〉。図2において、横軸はエネルギ、縦
軸は後方散乱され粒子検出器23で計数された粒子数で
ある。試料はAu(金)、Ag(銀)、Cu(銅)をS
i(シリコン)基板中に注入したもので、プローブイオ
ンは 4He+ 、加速エネルギー2.8MeV、粒子検出
器23の位置(散乱角度)は170°である。なお、A
u、Ag、Cuについては縦座標を5倍にしてある。
FIG. 2 shows a typical energy spectrum of Rutherford backscattering <W. K. Chu, J. W. Mayer, M.M. A. Nicolette, "Backscatter Spectroscopy," Academic Press, New York, 19
Quoted from 1978 >>. In FIG. 2, the horizontal axis represents energy, and the vertical axis represents the number of particles backscattered and counted by the particle detector 23. The sample is Au (gold), Ag (silver), Cu (copper) S
It is implanted into an i (silicon) substrate, the probe ions are 4 He + , the acceleration energy is 2.8 MeV, and the position (scattering angle) of the particle detector 23 is 170 °. In addition, A
The ordinates of u, Ag, and Cu are quintupled.

【0014】このプローブイオン 4He+ に対するA
u、Ag、CuのKファクタは夫々およそ0.92、
0.86、0.78であり、入射エネルギに夫々のKフ
ァクタを乗ずると、Au、Ag、Cuの表面で散乱され
粒子検出器23に入射するHe粒子のエネルギは夫々
2.58MeV、2.4MeV、2.2MeVと求めら
れるが、図2のエネルギスペクトルで検出されている夫
々のピークのエネルギ位置は上の計算で求めたエネルギ
値とほぼ一致している。ちなみに、SiのKファクタは
0.57であり、計算でのピークエネルギは1.6Me
Vであるが、これは図2のエネルギスペクトルとも一致
している。なお、ラザフォード後方散乱によるエネルギ
スペクトルは、試料元素の質量によって定まる最大エネ
ルギ位置におけるピーク、または急峻な段差として現わ
れる。後者は、試料が基板中にある場合、または試料が
厚い場合に、基板中または試料中でエネルギ損失した粒
子も散乱されて来るので、低いエネルギ領域への連続ス
ペクトルとなることによって形成される。
A for this probe ion 4 He +
The K factors of u, Ag, and Cu are about 0.92,
0.86 and 0.78, and when the incident energies are multiplied by the respective K factors, the energies of He particles scattered on the surfaces of Au, Ag and Cu and incident on the particle detector 23 are 2.58 MeV and 2. The energy positions of the respective peaks detected in the energy spectrum of FIG. 2 are almost the same as the energy values calculated by the above calculation. By the way, the K factor of Si is 0.57, and the peak energy in the calculation is 1.6 Me.
V, which is also in agreement with the energy spectrum of FIG. Note that the energy spectrum by Rutherford backscattering appears as a peak at the maximum energy position determined by the mass of the sample element, or a steep step. The latter is formed by the fact that when the sample is in the substrate or the sample is thick, the energy lost particles in the substrate or in the sample are also scattered, resulting in a continuous spectrum into the low energy region.

【0015】プローブイオンとしては分析する試料より
質量数の小さい原子が使用され、HまたはHeを使用す
るのが一般である。上記の図2の例でも 4He+ が使用
されているが、分析の目的、試料によっては更に高い分
析精度を必要とする場合がある。その場合には、プロー
ブイオン 4He+4He2+とすることによって、すな
わちイオンの価数を2とすることによって、加速電圧が
同一であっても加速エネルギが2倍になるので、エネル
ギスペクトルのスケールが2倍に拡大され、分析すべき
元素のスペクトル幅も大きくなって、試料中の元素の同
定が容易になる筈である。
Atoms having a smaller mass number than the sample to be analyzed are used as probe ions, and H or He is generally used. Although 4 He + is also used in the example of FIG. 2 described above, higher analysis accuracy may be required depending on the purpose of analysis and sample. In that case, the acceleration energy is doubled by changing the probe ion 4 He + to 4 He 2+ , that is, by setting the valence of the ion to 2, so that the acceleration energy is doubled. The scale of the spectrum should be doubled, the spectrum width of the element to be analyzed should be widened, and the element in the sample should be easily identified.

【0016】しかるに、実際には 4He2+を使用しても
分析精度は向上しないのである。すなわち、図3はラザ
フォード後方散乱のプローブイオンに 4He2+を用い、
加速電圧200kVとして得られた試料Au(金)につ
いてのエネルギスペクトルである。Auの表面ピークが
エネルギ400keVのところに現われてはいるが、ス
ペクトルは歪んでいて判別しにくく、 4He2+を使用し
たにもかかわらず、分析精度は向上していない。
However, actually, even if 4 He 2+ is used, the analysis accuracy is not improved. That is, in FIG. 3, 4 He 2+ is used for the probe ion of Rutherford backscattering,
It is an energy spectrum about sample Au (gold) obtained as an accelerating voltage of 200 kV. Although the surface peak of Au appears at the energy of 400 keV, the spectrum is distorted and difficult to discriminate, and the analysis accuracy is not improved despite the use of 4 He 2+ .

【0017】この期待に反する結果はプローブイオン 4
He2+に共存するH2 +によるものと理解される。すなわ
ち、イオン源5にはH2 ガスの残留していることがあ
り、 4Heガスをイオン化して 4He2+とする時に、H
2 ガスもイオン化されてH2 +となる。このH2 +4He
2+とは〔イオンの質量/イオンの価数〕に殆ど差がない
ので、通常の分離能を持つ質量分離用電磁石16では分
離することが出来ず、試料への 4He2+の入射時にH2 +
も同時に入射される。入射されたH2 +は試料表面で解離
し、それぞれ加速エネルギの1/2のエネルギを持った
2個のH原子として後方散乱スペクトルの中に現われ
る。
The result contrary to this expectation is probe ion 4
It is understood that it is due to H 2 + coexisting with He 2+ . That is, H 2 gas may remain in the ion source 5, and when 4 He gas is ionized to 4 He 2+ ,
The 2 gases are also ionized to H 2 + . This H 2 + and 4 He
Since there is almost no difference in [ion mass / ion valence] from 2+, it cannot be separated by the mass separation electromagnet 16 having a normal separation ability, and when 4 He 2+ enters the sample. H 2 +
Is also injected at the same time. The incident H 2 + is dissociated on the sample surface and appears in the backscattering spectrum as two H atoms each having an energy half that of the acceleration energy.

【0018】通常のイオン源5では、H2 +イオン生成効
率は 4He2+イオン生成効率と比較して大きいので、イ
オン源5に残留して存在するH2 ガスがたとえ微量であ
っても、質量分離後の 4He2+ビーム中に共存するH2 +
は同程度の比率、場合によっては何倍にもなることがあ
る。
In the normal ion source 5, since the H 2 + ion generation efficiency is higher than that of the 4 He 2+ ion generation, even if the amount of H 2 gas remaining in the ion source 5 is very small. , H 2 coexisting in 4 the He 2+ beam after mass separation +
Can be of similar proportions, and in some cases many times higher.

【0019】4He2+をプローブイオンとするラザフォ
ード後方散乱においてH2 +が共存すると、H原子の後方
散乱のスペクトルが重なって解析を複雑にするだけでな
く、データ処理システムの計数部にパイルアップを生起
してスペクトルの形状に歪を与え分析精度を低下させる
ので、試料の同定が困難になるのである。
When H 2 + coexists in Rutherford backscattering using 4 He 2+ as a probe ion, the spectra of the backscattering of H atoms overlap and the analysis becomes complicated. This causes an increase in the shape of the spectrum and causes a distortion in the shape of the spectrum, which lowers the accuracy of analysis, making it difficult to identify the sample.

【0020】従って、分析精度を向上させるには 4He
2+とH2 +とを分離することが望まれるが、このことは、
質量分離用電磁石16を大きく、かつイオンビームの軌
道の曲率半径を大にして曲げる角度を大にする、更には
質量分離用電磁石16下流側の分離用スリットの開き幅
を狭く、かつ質量分離用電磁石16からの距離を大にす
ることによって可能ではある。しかし、このような方法
では装置が極めて大型化し、製造コストも増大すること
は避けられない。
Therefore, in order to improve the analysis accuracy, 4 He
+ And H 2 + and is separating is desired, and this is,
The mass separation electromagnet 16 is large, the radius of curvature of the trajectory of the ion beam is large, and the bending angle is large. Further, the opening width of the separation slit on the downstream side of the mass separation electromagnet 16 is narrow, and the mass separation electromagnet 16 is also used. This is possible by increasing the distance from the electromagnet 16. However, such a method inevitably increases the size of the apparatus and increases the manufacturing cost.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする問題点】本発明は以上のよう
な問題点に鑑みてなされたものであり、装置を大型化す
ることなく分析精度の高いイオンビーム表面分析方法を
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ion beam surface analysis method with high analysis accuracy without increasing the size of the apparatus. And

【0022】[0022]

【問題点を解決するための手段】以上の目的は、真空容
器内において試料にイオン源から加速されたイオンビー
ムを入射し、前記試料から散乱される粒子のエネルギス
ペクトルによって前記試料の表面を分析するイオンビー
ム表面分析方法において、前記イオン源に材料ガスとし
3Heを導入することを特徴とするイオンビーム表面
分析方法、によって達成される。
The above object is to analyze the surface of a sample by injecting an ion beam accelerated from an ion source into the sample in a vacuum container and analyzing the energy spectrum of particles scattered from the sample. The ion beam surface analysis method according to claim 1, wherein 3 He is introduced as a material gas into the ion source.

【0023】また以上の目的は、ラザフォード後方散乱
を利用する請求項1に記載のイオンビーム表面分析方
法、によって達成される。
The above object is also achieved by the ion beam surface analysis method according to claim 1, which utilizes Rutherford backscattering.

【0024】[0024]

【作用】イオンビーム表面分析におけるイオン源に材料
ガスとして 3Heを導入することにより、イオン源に残
留するH2 ガスの影響を受けない分析精度の高い表面分
析が可能となる。
By introducing 3 He as a material gas into the ion source in the ion beam surface analysis, it is possible to perform surface analysis with high analysis accuracy without being affected by the H 2 gas remaining in the ion source.

【0025】[0025]

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。本実施例においては、従来例で示したプローブイ
オンを 4He2+とするラザフォード後方散乱によるイオ
ンビーム表面分析の結果(図3)と比較対照するため
に、同じく図1に示した一般的なイオンビーム表面分析
装置を用いるが、イオン源5には材料ガスとして 3He
を導入し、それ以外は図3の従来例と全く同様な条件と
手続きで分析を行なった。すなわち、イオン源5に材料
ガス 3Heを導入し、プラズマ発生用電源の出力をイオ
ン源5へ投入してプラズマを生成させ、更にイオン源5
に正の電圧を印加してイオンを引き出し、加速管3で加
速し、次いで収束レンズ15a、15bで収束し、質量
分離用電磁石16で分離された 3He2+のイオンビーム
を分離用スリットで純化して分析チャンバ19に導入
し、試料ホールダ20上の試料30に入射させた。試料
は同じくAu(金)であり、加速電圧は200kVであ
る。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. In this example, in order to compare and contrast with the result (FIG. 3) of the ion beam surface analysis by Rutherford backscattering in which the probe ion was 4 He 2+ as shown in the conventional example, the general example shown in FIG. An ion beam surface analyzer is used, but 3 He is used as a material gas for the ion source 5.
Was introduced, and otherwise the analysis was performed under the same conditions and procedures as in the conventional example of FIG. That is, the material gas 3 He is introduced into the ion source 5, and the output of the power source for plasma generation is fed into the ion source 5 to generate plasma.
A positive voltage is applied to extract ions, the ions are accelerated by the accelerating tube 3, then converged by the converging lenses 15a and 15b, and the 3 He 2+ ion beam separated by the mass separation electromagnet 16 is separated by the separation slit. After being purified, it was introduced into the analysis chamber 19 and was made incident on the sample 30 on the sample holder 20. The sample is also Au (gold), and the acceleration voltage is 200 kV.

【0026】図4は本実施例のイオン生成用に 3Heガ
スを使用したラザフォード後方散乱によるエネルギスペ
クトルであり、上述したように図3に示した従来例( 4
Heガス)とは使用したガスが異なるだけである。
FIG. 4 is an energy spectrum by Rutherford backscattering using 3 He gas for ion generation in this embodiment, and as described above, the conventional example ( 4
The only gas used is different from He gas).

【0027】4Heから得られる 4He2+イオンの場合
(図3)、 3Heから得られる 3He2+イオンの場合
(図4)、何れもエネルギ400keVのところにAu
の表面ピークが現われてはいるが、本実施例の 3He2+
をプローブイオンとした場合の方がその現われ方は明瞭
である。この明瞭な差は、 4He2+の場合にはH2 +が共
存しスペクトルが重畳して歪んでいるのに対し、 3He
2+のイオンビームにはH2 +が共存しないためと考えられ
る。
In the case of 4 the He 2+ ions obtained from 4 He (Figure 3), 3 cases of 3 the He 2+ ions obtained from He (Figure 4), Au both at the energy 400keV
Although the surface peak of 3 He 2+ in this example is
The appearance is clearer when is the probe ion. The clear difference, whereas spectrum coexist H 2 + is in the case of 4 the He 2+ is distorted superimposed, 3 the He
It is considered that H 2 + does not coexist in the 2 + ion beam.

【0028】このことを確認するために、別のシステム
3Heガスを用いて質量スペクトルデータを測定し
た。材料ガス 3Heを用いて得られるイオンビームを加
速、収束して90°の質量分離用電磁石に導き、この質
量分離用電磁石の後方に設置したファラデーカップによ
って得られる電流値を測定した。図5はその結果として
の質量スペクトルであるが、予期したように 3He2+
2 +とは〔イオンの質量/イオンの価数〕が異なるため
に明確に分離されている。なお、 3He2+には太い矢印
を付した。H2 +→H+ はイオンの変化を示す。なお、図
5に示す質量スペクトルは以下のようにして得られたも
のである。図1におけるイオン源5にはデュオピガトロ
ン型のものが用いられ、これは公知のように一線上に整
列して設けられたカソード電極、ノズル型の中間電極、
アノード電極、反射電極からなり、中間電極と反射電極
とは同電位とし、カソード電極とアノード電極との間に
直流アーク電圧が印加されるが、これによって生ずるア
ーク放電により導入された材料ガス 3Heがプラズマと
なる。この印加電圧が図5のVarc=119Vであ
り、カソード電極とアノード電極との間に流れる電流が
Iarc=5Aである。
To confirm this, another system was used to measure the mass spectral data using 3 He gas. An ion beam obtained by using the material gas 3 He was accelerated and converged to be guided to a 90 ° mass separation electromagnet, and a current value obtained by a Faraday cup installed behind the mass separation electromagnet was measured. FIG. 5 shows the resulting mass spectrum, but as expected, 3 He 2+ and H 2 + are clearly separated because of different [ion mass / ion valence]. A thick arrow is attached to 3 He 2+ . H 2 + → H + indicates a change in ions. The mass spectrum shown in FIG. 5 was obtained as follows. As the ion source 5 in FIG. 1, a duopigatron type is used, which is a cathode electrode, a nozzle type intermediate electrode, which are arranged in a line as is known,
It is composed of an anode electrode and a reflection electrode, the intermediate electrode and the reflection electrode have the same potential, and a DC arc voltage is applied between the cathode electrode and the anode electrode. The material gas 3 He introduced by the arc discharge generated by this Becomes plasma. This applied voltage is Varc = 119V in FIG. 5, and the current flowing between the cathode electrode and the anode electrode is Iarc = 5A.

【0029】また、反射電極の下流側にはイオン引き出
し電極が設けられており、これに電圧を印加することに
よってプラズマから、反射電極に形成されている膨張空
間と放出孔を通って、イオンが引き出されるが、この時
のイオン引き出し電極への印加電圧が図5のVEXT =2
0kVである。
An ion extraction electrode is provided on the downstream side of the reflection electrode, and when a voltage is applied to the ion extraction electrode, ions are generated from the plasma through the expansion space and the emission hole formed in the reflection electrode. The voltage applied to the ion extraction electrode at this time is V EXT = 2 in FIG.
It is 0 kV.

【0030】更には、図5の質量スペルトルは90°質
量分離用電磁石に巻装されているコイルへの電流の大き
さを連続的に変え、生成される磁場の強さを連続的に変
化させることによって、〔質量/電荷=(M/e)〕の
異なるイオンが順次ファラデーカップへ導かれるのでを
磁場強度を横軸とし、ファラデーカップの夫々のイオン
ビームに応じて測定されたビーム電流(μA)を縦軸と
したものである。
Further, the mass spelltor of FIG. 5 continuously changes the magnitude of the current to the coil wound around the 90 ° mass separation electromagnet, and continuously changes the strength of the generated magnetic field. As a result, ions of different [mass / charge = (M / e)] are sequentially guided to the Faraday cup, and the magnetic field strength is taken as the horizontal axis, and the beam current (μA ) Is the vertical axis.

【0031】すなわち、図5によって、イオン源5中に
たとえH2 ガスが残留していても、試料30に入射され
3He2+のイオンビームにはH2 +の共存しないことが
確認された訳であり、本発明のイオン源5に材料ガスと
して 3Heを使用するイオンビーム表面分析方法は分析
精度の高いことが証明されたことになる。
That is, FIG. 5 confirms that even if H 2 gas remains in the ion source 5, H 2 + does not coexist in the ion beam of 3 He 2+ incident on the sample 30. Therefore, it is proved that the ion beam surface analysis method of the present invention using 3 He as a material gas has high analysis accuracy.

【0032】以上、本発明の方法を説明する実施例とし
てラザフォード後方散乱による分析を取り上げたが、本
発明の方法は他のイオンビーム表面分析方法、例えばイ
オン散乱による分析にも効果的である。
Although the Rutherford backscattering analysis has been taken up as an example for explaining the method of the present invention, the method of the present invention is also effective for other ion beam surface analysis methods such as ion scattering analysis.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上述べたように、イオンビーム表面分
析を行なうに当り、イオン生成用の材料ガスとして 3
eを使用することにより、分析精度の高い分析が可能と
なる。
As described above, when performing ion beam surface analysis, 3 H is used as the material gas for ion generation.
By using e, it is possible to perform analysis with high analysis accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】一般的なイオンビーム表面分析装置の概略平面
図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a general ion beam surface analyzer.

【図2】従来の方法によるラザフォード後方散乱の典型
的なエネルギスペクトルである。
FIG. 2 is a typical energy spectrum of Rutherford backscattering by a conventional method.

【図3】イオン源に材料ガスとして 4Heを導入し、 4
He2+イオンを金に入射させた従来の方法によるラザフ
ォード後方散乱のエネルギスペクトルである。
[3] introduced 4 He as the material gas into the ion source, 4
2 is an energy spectrum of Rutherford backscattering by a conventional method in which He 2+ ions are incident on gold.

【図4】イオン源に材料ガスとして 3Heを導入し、 3
He2+イオンを金に入射させた本発明の方法によるラザ
フォード後方散乱のエネルギスペクトルである。
[Figure 4] introduced 3 He as the material gas to the ion source, 3
2 is an energy spectrum of Rutherford backscattering by the method of the present invention in which He 2+ ions are incident on gold.

【図5】イオン源に材料ガスとして 3Heを導入して得
られるイオンビームの、質量分離後にファラデーカップ
で測定される電流値による質量スペクトルである。
FIG. 5 is a mass spectrum of an ion beam obtained by introducing 3 He as a material gas into an ion source according to a current value measured by a Faraday cup after mass separation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 加速管 5 イオン源 15a 収束レンズ 15b 収束レンズ 16 質量分離用電磁石 19 分析チャンバ 23 粒子検出器 30 試料 31 プローブイオン 32 散乱粒子 3 Accelerator Tube 5 Ion Source 15a Converging Lens 15b Converging Lens 16 Electromagnet for Mass Separation 19 Analysis Chamber 23 Particle Detector 30 Sample 31 Probe Ion 32 Scattering Particle

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器内において試料にイオン源から
加速されたイオンビームを入射し、前記試料から散乱さ
れる粒子のエネルギスペクトルによって前記試料の表面
を分析するイオンビーム表面分析方法において、前記イ
オン源に材料ガスとして 3Heを導入することを特徴と
するイオンビーム表面分析方法。
1. An ion beam surface analysis method in which an ion beam accelerated from an ion source is incident on a sample in a vacuum container, and the surface of the sample is analyzed by the energy spectrum of particles scattered from the sample. An ion beam surface analysis method, characterized in that 3 He is introduced into the source as a material gas.
【請求項2】 ラザフォード後方散乱を利用する請求項
1に記載のイオンビーム表面分析方法。
2. The ion beam surface analysis method according to claim 1, which utilizes Rutherford backscattering.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003511845A (en) * 1999-10-13 2003-03-25 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Beam alignment measurement in ion implantation using Rutherford backscattering
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