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APPARATUS AND METHOD FOR SURFACE ANALYSIS foreign

Patent code P110002019
File No. S2008-0454-N0
Posted date Mar 24, 2011
Application number P2008-101984
Publication number P2009-250903A
Patent number P5181150
Date of filing Apr 9, 2008
Date of publication of application Oct 29, 2009
Date of registration Jan 25, 2013
Inventor
  • (In Japanese)戸名 正英
  • (In Japanese)大谷 俊介
  • (In Japanese)櫻井 誠
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
  • (In Japanese)国立大学法人電気通信大学
  • (In Japanese)国立大学法人神戸大学
Title APPARATUS AND METHOD FOR SURFACE ANALYSIS foreign
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface analysis apparatus capable of highly accurately analyzing the surface of a sample in a short time through the use of multi-charged ions.
SOLUTION: The surface analysis apparatus 1 includes: a sample base 6 for mounting a sample 5; a multi-charged ion generating source 3 for irradiating the sample 5 mounted to the sample base 6 with a multi-charged ion beam 4 having a valency number of 15 or greater; a mass analysis part 8 for detecting secondary ions 7 generated by the irradiation of the multi-charged ion beam 4 to the sample 5; a secondary electron detection part 10 for detecting secondary electrons 9 generated by the irradiation of the sample 5 with the multi-charged ion beam 4; and a mass analysis control part 12 for receiving a detection signal of secondary electrons from the secondary electron detection part 10, generating an analysis start signal, and transmitting it to the mass analysis part.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


原子から電子を取り除くと正のイオンができるが、例えばXe44+イオンのように、電子を2個以上取り去ったものを正の多価イオンという。多価イオンは極めて大きな内部エネルギーを持っており、多価イオンが固体表面と衝突すると、多数の二次電子が放出されたり(非特許文献1参照)、多価イオンの入射点まわりにナノメートルの大きさの構造変化が誘起されたりする(非特許文献2参照)など、数多くの特異的な現象が起こる。
この多価イオンと物質の特異な相互作用は、単一イオンインプランテーションや量子ドット作製などのナノメートル領域のプロセス技術に応用できる可能性があり、注目を集めている(非特許文献3参照)。



このような多価イオンを生成するイオン源としては、電子サイクロトロン共鳴(ECR)型イオン源(ECRIS)と電子ビーム型イオン源(EBIS)とが知られている。後者は前者に比べて得られるイオンの電離度が高いという特徴がある。



EBISとしては、原子物理学の研究用に開発された核融合研究所の装置が知られている(例えば、非特許文献4参照)。この装置は、電子源(カソード)、ドリフトチューブ、コレクタ、ソレノイド磁石、イオン引き出し用レンズなどから構成されている。カソードから出射した電子は、磁場中に配置されたドリフトチューブを通り、コレクタに捕集される。電子は、ドリフトチューブに形成される強磁場で圧縮され大電流密度の電子ビームとなっている。一方、カソード付近から導入された気体は、イオンに対して障壁となる、ドリフトチューブ内に形成される井戸型ポテンシャルによって、電子による衝突電離が進み、多価イオンとなる。



さらに、1988年には、EBISを改良したEBIT(電子ビームイオントラップ)が開発された(非特許文献5参照)。このEBITの多価イオン発生原理はEBISと同じであるが、超伝導ヘルムホルツ型コイルを用い、ドリフトチューブを従来よりも短くして、ドリフトチューブ内のプラズマの不安定性を回避することにより、イオンの閉じ込め時間を改善し、高価数の多価イオンを安定に保持できる。このため、EBITでは、ドリフトチューブでの電子ビームの絞り込みを究極まで行い、高電離イオンを生成することを可能にした。



また、EBITとして、ウラン(U)まで完全電離できるように、電子の加速電圧を最大300kVとした装置が本発明者らにより開発されている(非特許文献6参照。)。このEBITは、原子物理学の研究のために開発されたもので、生成可能な多価イオンの内部エネルギーとしては世界最高の性能を持っている。



ところで、イオンを用いた分析方法としては、従来から1価のイオンをスパッタ源とする二次イオン質量分析装置(SIMS)が知られている。



さらに、スパッタ源として低速の多価イオンを用いた表面分析の試みがなされている(非特許文献6参照。)。非特許文献6では、2keV~5keVの低速で、価数が4~12の多価イオンをSi表面に照射した場合のHイオン(プロトン)の検出が報告されている。



【非特許文献1】
J. W. McDonald, D. Schneider, M. W. ClarkandD. DeWitt, Phys. Rev. Lett., Vol. 68, (1992), p.2297
【非特許文献2】
T. Meguro et al., Appl. Phys. Lett., Vol.79, (2001), p.3866
【非特許文献3】
T. Schenkel et al., Appl. Phys., Vol.94, (2003), p.7017
【非特許文献4】
小林 信夫、大谷 俊介 他7 名、名古屋大学プラズマ研究所資料・技術報告、IPPJ-DT-84、1981年
【非特許文献5】
MA. Levin他7名, Physica Scr., T22, (1988), p.157
【非特許文献6】
大谷俊介、桜井誠、プラズマ・核融合学会誌、73,(1997),p.1063
【非特許文献7】
山崎泰規、第52回応用物理学関係連合講演会、講演予稿集、29p-C-3(2005年春)

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、多価イオンを試料へのイオン源として用いた表面分析方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
被測定物に照射する多価イオンビームの価数と上記被測定物表面の特定の元素から生じる二次イオンのカウント数との関係について、多価イオンビームの価数を15以上で変化させて求める第1ステップと、
上記第1ステップで求めた多価イオンビームの価数と二次イオンのカウント数との関係から、化学量論的な組成を反映した二次イオン強度が得られる多価イオンビームの価数を求める第2ステップと、
上記第2ステップで求めた価数を有する多価イオンビームを、上記被測定物と同じ組成の被測定物に照射して表面分析を行う第3ステップと、
を含む、被測定物の表面分析方法。

【請求項2】
 
前記被測定物が組成物である、請求項1に記載の被測定物の表面分析方法。

【請求項3】
 
前記第1ステップでは、価数が15以上の多価イオンビームをパルスとして前記被測定物に照射して、パルス毎の測定を繰り返し行い、この測定で取得した複数のデータを積算して、平均値が一定の値に収束した段階で多価イオンビームの照射を停止する、請求項1に記載の被測定物の表面分析方法。

【請求項4】
 
前記第1ステップでは、多価イオンビームの価数を50まで変化させる、請求項1に記載の被測定物の表面分析方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2008101984thum.jpg
State of application right Registered
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