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絶縁物の二次イオン質量分析方法
説明

絶縁物の二次イオン質量分析方法

【課題】絶縁物の分析対象となる領域における帯電を補正することにより、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能な絶縁物の二次イオン質量分析方法を提供する。
【解決手段】本発明の絶縁物の二次イオン質量分析方法は、絶縁物である試料の表面に導電性の連続膜であるPt−Pd合金薄膜を成膜し、このPt−Pd合金薄膜付き試料に一次イオンビーム及び電子ビームを照射し、この試料から発生する二次イオンを引き出し、質量分析する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、絶縁物の二次イオン質量分析方法に関し、更に詳しくは、絶縁物の分析対象となる領域に膜厚が制御された非常に薄い導電性の連続膜を成膜することにより、絶縁物の表面の帯電を制御し、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能な絶縁物の二次イオン質量分析方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
二次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectroscopy : SIMS)は、分析の対象となる試料に一次イオンを照射し、この試料から発生する二次イオンを質量分析することにより、試料を構成する元素や化合物の同定及び濃度の測定を行う分析法である。
この二次イオン質量分析法(SIMS)により、例えば、石英ガラス等の絶縁物の分析を行う場合、絶縁物に一次イオンを照射すると、この一次イオンあるいは一次イオンにより二次的に発生する電子により絶縁物の表面が帯電し、いわゆるチャージアップと称される現象が生じる。
【0003】
絶縁物の表面がチャージアップした場合、この表面における電位の変化により、一次イオンの照射位置のずれ、絶縁物から発生する二次イオンのイオン化率の低下等の不具合が生じることとなり、その結果、分析精度が低下し、場合によっては分析困難になる虞がある。
そこで、絶縁物の表面を安定かつ再現性良く分析するために、絶縁物の一次イオンを照射した位置にさらに電子線を照射し、この表面の帯電を抑制する電子線照射法、あるいは、絶縁物の表面に金属膜等の導電膜を蒸着し、この蒸着膜により表面の帯電を防止する導電膜蒸着法等により、帯電状態の絶縁物の表面の電荷を低減して分析を行う方法が採られている。
【0004】
ところで、この導電膜蒸着法では、導電性を向上させるためにはAu等の貴金属の蒸着膜が好ましいが、膜厚が薄い場合、島状成長をし、蒸着膜が平坦な連続膜にならずに不連続膜になり易い。そこで、絶縁物の表面の分析の対象となる部分の周辺部分に、PdやPt等の貴金属微粒子層を形成し、その後二次イオン質量分析を行う方法が提案されている(特許文献1)。
【特許文献1】特開平7−20021号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上述した従来の電子線照射法では、試料の前処理が不要という利点があるが、比較的高いエネルギーの電子線を照射することから、電子線照射によりガスが発生するものや熱変形し易いものの分析には不向きである。
また、従来の導電膜蒸着法では、蒸着膜の膜厚が不均一な場合には、電荷補正が分析箇所により異なることとなり、正確かつ再現性良く分析を行うことができないという問題点があった。
さらに、不連続膜を解消するために提案された絶縁物の表面の分析の対象となる部分の周辺部分に貴金属微粒子層を形成する方法では、PdやPt等の貴金属微粒子層により不連続膜の発生を解消することができるものの、貴金属微粒子層自体の面内の膜厚むらが大きく、正確かつ再現性良く分析を行うには不十分なものであった。
【0006】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、絶縁物の分析対象となる領域における帯電を補正することにより、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能な絶縁物の二次イオン質量分析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者等は、絶縁物である試料の分析を二次イオン質量分析法(SIMS)により行うに際し、絶縁物の分析対象となる領域に、Pt−Pdターゲットを用いたマグネトロンスパッタリングによりPt−Pd合金膜を成膜すれば、膜厚が非常に薄くかつ平坦な導電性の連続膜が得られ、しかも、この導電性の連続膜が絶縁物の分析対象となる領域における帯電を補正して均質化し、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明の絶縁物の二次イオン質量分析方法は、絶縁物である試料の分析を、この試料から発生する二次イオンを用いて行う絶縁物の二次イオン質量分析方法において、前記絶縁物の分析対象となる領域に導電性の連続膜を成膜し、この連続膜を有する絶縁物に一次イオンビームを照射し、この絶縁物から発生する二次イオンを質量分析することを特徴とする。
【0009】
この絶縁物の二次イオン質量分析方法では、絶縁物の分析対象となる領域に導電性の連続膜を成膜することにより、この連続膜を有する絶縁物に一次イオンビームを照射した際に、この導電性の連続膜が絶縁物の分析対象となる領域の帯電を補正する。これにより、この絶縁物の表面では電位が変化し難くなり、一次イオンの照射位置のずれ等が生じ難くなる。よって、絶縁物から発生する二次イオンのイオン化率の低下等の不具合が生じ難くなり、分析精度が向上し、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能になる。
【0010】
前記導電性の連続膜は、Pt−Pd合金膜であることが好ましい。
前記導電性の連続膜は、マグネトロンスパッタリングにより成膜することが好ましい。
この導電性の連続膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜することで、膜厚が非常に薄くかつ平坦な導電性の連続膜が容易に得られる。
【0011】
前記絶縁物の分析対象となる領域に、大気中にて紫外線を照射して当該領域を清浄化し、次いで、この清浄化された領域に前記導電性の連続膜を成膜することが好ましい。
前記絶縁物の分析対象となる領域を清浄化することで、絶縁物の表面と導電性の連続膜との界面が清浄な接合面となり、分析精度がさらに向上し、質量分析の正確度及び再現性がさらに向上する。
前記一次イオンビームと共に電子ビームを照射することとしてもよい。
【発明の効果】
【0012】
本発明の絶縁物の二次イオン質量分析方法によれば、絶縁物の分析対象となる領域に導電性の連続膜を成膜し、この連続膜を有する絶縁物に一次イオンビームを照射し、この絶縁物から発生する二次イオンを質量分析するので、導電性の連続膜が絶縁物の分析対象となる領域の帯電を補正することができ、分析精度を向上させることができる。その結果、正確かつ再現性良く質量分析を行うことができる。
【0013】
また、この導電性の連続膜をマグネトロンスパッタリングにより成膜することで、膜厚が非常に薄くかつ平坦な導電性の連続膜を容易に成膜することができる。
また、絶縁物の分析対象となる領域に、大気中にて紫外線を照射して当該領域を清浄化することで、分析精度をさらに向上させることができ、質量分析の正確度及び再現性をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明の絶縁物の二次イオン質量分析方法を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【0015】
本実施形態の絶縁物の二次イオン質量分析方法は、絶縁物である試料の分析を、この試料から発生する二次イオンを用いて行う絶縁物の二次イオン質量分析方法であり、絶縁物の分析対象となる領域に導電性の連続膜を成膜し、この連続膜を有する絶縁物に一次イオンビームを照射し、この絶縁物から発生する二次イオンを質量分析する方法である。
【0016】
まず、この絶縁物の分析対象となる領域にマグネトロンスパッタリングにより導電性の連続膜を成膜するコーティング装置について説明する。
図1は、コーティング装置を示す模式図であり、図において、1は真空チャンバー、2は真空チャンバー1内に設けられて絶縁物の試料Sを保持するステンレススチール(SUS)製の試料ホルダ、3はステージ2の上方に試料Sに対向して設けられたマグネトロンスパッタ用ターゲット、4は紫外線(UV)ランプ、5はガス導入用配管、6は真空排気系である。
【0017】
ターゲット3は、試料Sの表面に非常に薄くかつ均質な導電性の連続膜を成膜するためのもので、薄くかつ均質な導電膜を得るためには貴金属ターゲット、特にPt−Pd合金ターゲットが好適に用いられる。このターゲット3の形状や大きさは、試料Sの一次イオンビームの照射面積に対して薄くかつ均質な導電性の連続膜を成膜することができる形状や大きさであればよく、例えば、直径が2インチ(5.08cm)程度の円形のターゲットが好適に用いられる。
【0018】
UVランプ4は、試料Sの表面に大気中にて紫外線(UV)を照射し、この時に発生するオゾン(O)及び紫外線(UV)の相乗効果により試料Sの表面に吸着している有機物のクリーニングを行うもので、オゾン(O)の発生効率及び紫外線(UV)の波長を考慮すると、200nm以下の輝線を有する水銀ランプが好適である。
【0019】
ガス導入用配管5は、真空チャンバー1内に、マグネトロンスパッタ時にはArガスを、UVランプ4によるクリーニング時には空気または酸素(O)ガスを、それぞれ導入するためのもので、これらの導入ガスは、ガス流量計及び流量制御器(図示せず)によりその流量及び圧力が制御される。
【0020】
真空排気系6は、真空チャンバー1内をマグネトロンスパッタリングに最適な真空度とすることができるものであればよく、ドライポンプ(DP)とターボ分子ポンプ(TMP)を組み合わせた真空排気系、直結式のロータリーポンプ(RP)とターボ分子ポンプ(TMP)を組み合わせた真空排気系、のいずれかが好適に用いられる。
【0021】
次に、このコーティング装置を用いて、試料Sの表面にマグネトロンスパッタリングにより導電性の連続膜を成膜する方法について説明する。
成膜の対象となる試料Sは、絶縁物であれば特に限定されないが、二次イオン質量分析法(SIMS)により質量分析を行うことを考慮すると、石英ガラス等の絶縁性セラミックス、ダイヤモンドもしくはDLC膜、高抵抗アモルファスシリコン(a−Si)膜等が挙げられる。
【0022】
この試料Sをステージ2上の所定位置に載置し、この試料Sをステージ2上に金具等で固定した後、この試料Sをステージ2毎真空チャンバー1内に固定し、ガス導入用配管5により真空チャンバー1内に乾燥した空気(またはOガス)を導入する。
次いで、UVランプ4により、試料Sの表面に紫外線(UV)を照射し、この時に発生するオゾン(O)及び紫外線(UV)の相乗効果により試料Sの表面に吸着している有機物を分解・除去する。
このUV照射により、試料Sの表面は有機物の付着等のない清浄面となる。
【0023】
次いで、真空チャンバー1内の所定位置に、試料Sの表面と対向するようにターゲット3を固定する。
ターゲット3としては、薄くかつ均質な導電性連続膜を成膜することができる貴金属ターゲットが好ましく、特に、二次イオン質量分析法(SIMS)による分析の正確性及び再現性を考慮すると、Pdを10〜30質量%含有するPt−Pd合金ターゲットが好適である。
次いで、真空排気系6を稼働させて、真空チャンバー1内をマグネトロンスパッタリングに最適な真空度、例えば、10−2Pa以下にまで真空排気する。
【0024】
次いで、この真空排気された真空チャンバー1内に、ガス導入用配管5によりArガス等の希ガスを導入し、この真空チャンバー1内を1〜10Paの希ガス雰囲気とする。
次いで、この希ガス雰囲気中にて、試料Sの分析対象となる領域を含む表面全面にマグネトロンスパッタリングにより導電性の連続膜、例えば、Pt−Pd合金薄膜を成膜する。
【0025】
この導電性の連続膜は、マグネトロンスパッタリング時の堆積速度(レート)及び堆積時間を制御することにより、厚みが5〜30nm、好ましくは10nm〜20nmの非常に薄くかつ均質な膜が形成される。
ここで、導電性の連続膜の厚みを5〜30nmと限定したのは、厚みが5nmより薄いと、粒子部分が残ってしまい、全体が連続膜にならない虞があるからであり、一方、厚みが30nmより厚いと、一次イオンエッチングによる表面粗れにより凹凸が生じ易くなり、この凹凸の影響が試料Sの深さ方向の分解能を低下させ、正確かつ再現性良く質量分析を行なうことができなくなる虞があるからである。
【0026】
ここで、ターゲット3にPt−Pd合金ターゲットを用いると、試料Sの表面には、厚みが10nm〜20nm程度の非常に薄くかつ均質な導電性の連続膜であるPt−Pd合金薄膜が形成される。このPt−Pd合金薄膜は、マグネトロンスパッタリングによる薄膜であるから、島状構造をとることのない極めて平坦な連続膜になっている。
また、UV照射により清浄面となった試料Sの表面に、マグネトロンスパッタリングによりPt−Pd合金薄膜を成膜することにより、試料SとPt−Pd合金薄膜との界面は、清浄な接合面になっている。
【0027】
このようにして得られた導電性の連続膜付き試料Sを、二次イオン質量分析装置の試料室にセットし、この導電性の連続膜付き試料Sに一次イオンビームを照射し、この試料Sから発生する二次イオンを試料室から引き出し、質量分析計にて二次イオンの質量分析を行う。
【0028】
一次イオンビームを照射した際に、導電性の連続膜が試料Sの表面における帯電を補正するので、試料Sの表面では電位が変化し難くなり、試料Sの表面がチャージアップする虞もなくなり、一次イオンの照射位置がずれる虞もなくなる。また、この試料Sから発生する二次イオンについても、イオン化率の低下等の不具合が生じる虞がなくなる。
その結果、分析精度が向上し、正確かつ再現性良く質量分析を行うことが可能になる。
【0029】
特に、Pt−Pd合金薄膜を成膜した場合、一次イオンビームを照射した際に、Pt−Pd合金薄膜が試料Sの表面における帯電を補正し均質化するので、試料Sの表面では電位の変化が極めて小さくなり、試料Sの表面がチャージアップする虞もない。したがって、一次イオンの照射位置がずれる虞もなく、また、この試料Sから発生する二次イオンについても、イオン化率の低下等の不具合が生じる虞がない。
【0030】
なお、一次イオンビームを照射する際に、同時に電子ビームを照射することとしてもよい。
Pt−Pd合金薄膜付き試料Sに電子ビームを照射することにより、表面の帯電がさらに補正されるので、分析精度がさらに向上し、質量分析の正確度及び再現性がさらに向上する。
【0031】
また、TFT型液晶ディスプレイ(TFT−LD)の積層構造の絶縁体の場合、例えば、ガラス基板上に、a−Si/SiO/SiNの3層構造の絶縁膜が形成されていることが多く、これらa−Si、SiO及びSiNの各層によっても帯電現象が異なる。そこで、これらa−Si、SiO及びSiNの各層の帯電特性を一様に制御することにより、絶縁膜としての分析評価を正確かつ再現性良く行うことが可能である。
【0032】
本実施形態の絶縁物の二次イオン質量分析方法によれば、絶縁物である試料Sの表面に導電性の連続膜であるPt−Pd合金薄膜を成膜し、このPt−Pd合金薄膜付き試料Sに一次イオンビームを照射し、この試料Sから発生する二次イオンを質量分析するので、Pt−Pd合金薄膜を非常に薄くかつ均質な導電性の連続膜とすることができる。また、試料Sの表面にUVを照射して有機物を分解・除去し、得られた清浄面にマグネトロンスパッタリングによりPt−Pd合金薄膜を成膜するので、試料SとPt−Pd合金薄膜との界面を清浄な接合面とすることができる。
したがって、質量分析の精度を向上させることができ、その結果、正確かつ再現性良く質量分析を行うことができる。
【実施例】
【0033】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
「実施例」
表面にa−Si/SiO/SiNの3層構造の絶縁膜が形成されたガラス基板を試料とし、この試料の表面とPt−Pd合金ターゲットとの間の距離を約30mmとし、この試料の表面にマグネトロンスパッタリングにより膜厚が10nmのPt−Pd合金薄膜を成膜した。
この試料に電子ビームを照射し、およそ8mm×8mmの試料ホルダの試料面積内の中央部を二次イオン質量分析した。
また、この試料の試料面積内の端部を二次イオン質量分析した。
【0034】
図2は、実施例の試料の中央部の二次イオン質量分析結果を示す図であり、一次イオンとしてCsを用い、一次イオン照射面積200μm□のうち中央の10%の部分から得られた深さ方向の強度分布である。
図3は、実施例の試料の端部の二次イオン質量分析結果を示す図であり、一次イオンとしてCsを用い、一次イオン照射面積200μm□のうち中央の10%の部分から得られた深さ方向の強度分布である。
【0035】
図2と図3を比較すると、およそ160秒〜300秒の範囲が絶縁物であるSiOx膜に相当する強度分布であり、一次イオン照射の位置がホルダの中心部と端部とでは、二次イオンの強度がほぼ一致していることが分かった。
したがって、電子ビーム照射に加えて、試料の表面にマグネトロンスパッタリングによりPt−Pd合金薄膜を成膜することにより、試料の表面が一様に帯電補正され、分析の位置によらず同一の二次イオン強度が得られることが分かった。
【0036】
「比較例」
表面にa−Si/SiO/SiNの3層構造の絶縁膜が形成されたガラス基板を試料とし、この試料に電子ビームを照射し、およそ8mm×8mmの試料ホルダの試料面積内の中央部を二次イオン質量分析した。
また、この試料の試料面積内の端部を二次イオン質量分析した。
【0037】
図4は、比較例の試料の中央部の二次イオン質量分析結果を示す図であり、一次イオンとしてCsを用い、一次イオン照射面積200μm□のうち中央の10%の部分から得られた深さ方向の強度分布である。
図5は、比較例の試料の端部の二次イオン質量分析結果を示す図であり、一次イオンとしてCsを用い、一次イオン照射面積200μm□のうち中央の10%の部分から得られた深さ方向の強度分布である。
【0038】
図4と図5を比較すると、およそ160秒〜300秒の範囲が絶縁物であるSiOx膜に相当する強度分布であり、一次イオン照射の位置がホルダの中心部と端部とでは、二次イオンの強度が異なっており、測定元素の強度が大きく異なっていることが分かった。
したがって、質量分析時の電子ビーム照射だけでは、試料の表面が一様に帯電補正されないために、得られる二次イオンの強度は分析の位置に依存することが分かった。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の一実施形態の導電性の連続膜を成膜するコーティング装置を示す模式図である。
【図2】本発明の実施例の試料の中央部の二次イオン質量分析結果を示す図である。
【図3】本発明の実施例の試料の端部の二次イオン質量分析結果を示す図である。
【図4】比較例の試料の中央部の二次イオン質量分析結果を示す図である。
【図5】比較例の試料の端部の二次イオン質量分析結果を示す図である。
【符号の説明】
【0040】
1 真空チャンバー
2 試料ホルダ
3 マグネトロンスパッタ用ターゲット
4 紫外線(UV)ランプ
5 ガス導入用配管
6 真空排気系
S 試料

【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁物である試料の分析を、この試料から発生する二次イオンを用いて行う絶縁物の二次イオン質量分析方法において、
前記絶縁物の分析対象となる領域に導電性の連続膜を成膜し、
この連続膜を有する絶縁物に一次イオンビームを照射し、この絶縁物から発生する二次イオンを質量分析することを特徴とする絶縁物の二次イオン質量分析方法。
【請求項2】
前記導電性の連続膜は、Pt−Pd合金膜であることを特徴とする請求項1記載の絶縁物の二次イオン質量分析方法。
【請求項3】
前記導電性の連続膜は、マグネトロンスパッタリングにより成膜することを特徴とする請求項1または2記載の絶縁物の二次イオン質量分析方法。
【請求項4】
前記絶縁物の分析対象となる領域に、大気中にて紫外線を照射して当該領域を清浄化し、次いで、この清浄化された領域に前記導電性の連続膜を成膜することを特徴とする請求項1、2または3記載の絶縁物の二次イオン質量分析方法。
【請求項5】
前記一次イオンビームと共に電子ビームを照射することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項記載の絶縁物の二次イオン質量分析方法。

【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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【公開番号】特開2008−51639(P2008−51639A)
【公開日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−227750(P2006−227750)
【出願日】平成18年8月24日(2006.8.24)
【出願人】(000231464)株式会社アルバック (1,740)
【Fターム(参考)】