Способ спектрального анализа с ионным возбуждением Советский патент 1992 года по МПК G01N21/64 

(Л

С

Изобретение относится к технике спектрального анализа, в частности к способам спектрального эмиссионного анализа с ионным возбуждением, предназначенным для проведения анализа примесей в поверхностных слоях и в объеме твердых тел. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности способа. Способ спектрального анализа с ионным возбуждением заключается в бомбардировке пучком ионов в вакууме поверхности исследуемого образца и измерении интенсивности спектральных линий возбужденных распыленных атомов. Причем поверхность образца, которая облучается ионами, одновременно и бомбардируется молекулами кислорода. Кроме того, плотность потока бомбардируемых ионов сравнима с плотностью потока молекул кислорода. 1 ил.

Изобретение относится к технике спектрального анализа, в частности к способам спектрального эмиссионного анализа с ионным возбуждением, предназначенного для анализа поверхности твердых материалов, примесей в поверхностных слоях и в объеме твердого тела.

Известен способ спектрального анализа с ионным возбуждением для элементного анализа поверхности слоев металлов, полупроводников, диэлектриков и тонкопленоч- ных структур, на их основе путем бомбардировки в вакууме пучком ионов поверхности образца, измерении интенсивности спектральных линий возбужденных распыленных атомов.

Недостатком итого способа является низкая чувствительность, обусловленная низкой интенсивностью свечения распыленных возбужденных атомов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ спектрального анализа с ионным возбуждением, в котором исследуемые образцы бомбардируются ионным пучком в атмосфере кислорода при давлениии 10 - Па. Адсорбиррованный на бомбардируемой поверхности кислород приводит к увеличению вероятности возбуждения распыленных атомов вещества исследуемого тела и увеличивает интенсивность свечения возбужденных распыленных атомов.

Недостатком известного способа является зависимость потока бомбардируемого пучка ионов от давления кислорода. При движении в газовой среде от источника до поверхности образца бомбардирующие ионы частично рассеиваются и претерпевают частичную перезарядку на молекулах кислорода, что приводит к уменьшению бомбардирующих поверхность образца

XI

со

CJ

о

00

ионов. Это снижает число распыленных и возбужденных атомов с поверхности образца, соответственно уменьшается интенсивность их свечения, а следовательно, чувствительность способа спектрального анализа.

Кроме того, частичная перезарядка бомбардирующих ионов приводит к неконтролируемому уменьшению величины регистрируемого тока ионов на поверхность образца и появлению неопределенности в величине потока бомбардирующих ионов, что снижает точность анализа.

Существенной причиной снижения правильности анализа являются высоковольтные пробои в электростатической системе источника ионного пучка, который находится в том же объеме, что и исследуемый образец. Причем частота пробоев увеличивается по мере роста давления кислорода. Это приводит к непредсказуемым сбоям работы источника ионов.

Цель изобретения - повышение чувствительности, точности и правильности анализа.

Цель достигается тем,-что согласно спо- -обу спектрального анализа с ионным возбуждением, включающему бомбардировку пучком ионов ь вакууме поверхности исследуемого образца и определение концентрации анализируемых элементов по величинам измеренных интенсивностей спектральных линий, участок поверхности исследуемого образца, бомбардируемый ионами, одновременно облучают пучком молекул кислорода с плотностью потока, сравнимой с плотностью потока бомбарди- руюрдих ионов, причем облучение проводят так, чтобы оси пучков пересекались на поверхности образца.

На чертеже приведена схема устройст- ва для проведения спектрального анализа по предлагаемому способу.

Устройство состоит из вакуумной камеры 1 с давлением 1СГ5 Па и с оптически прозрачным окном 2, оптического монохро- матора (спектрометра) 3. Внутри вакуумной камеры 1 размещены источник 4 ионов, источник 5 молекулярного пучка кислорода со средствами для направления пучка ионов на исследуемый образец 6. Оси ионного пучка 7 и молекулярного пучка 8 пересекаются на поверхности образца 6.

Способ реализуется следующим образом.

Поверхность исследуемого образца 6 бомбардируют пучком 7 ионов килоэлектро- вольтных энергий (10 кэВ) и одновременно облучают молекулярным пучком 8 кислорода так, что оси пучков 7 и 8 пересекаются на

поверхности образца б, а плотность потока молекул кислорода задают сравнимой с плотностью потока бомбардирующих ионов. Эту плотность потока определяют по формуле

N«jS/e,

где N - число молекул на 1 см в секунду,

j - плотность тока бомбардирующих ионов, А ,

е - заряд электрона, К;

S - коэффициент распыления вещества

облучаемой мишени, причем значение для

различных веществ лежит в пределах 1-10.

При этом в пространстве около поверхности изделия 9 возникает свечение, обусловленное радиационным распадом возбужденных состояний распыленных атомов образца. Часть испускаемого распыленными атомами оптического потока 10 через

окно 2 вакуумной камеры 1 подают на оптический монохроматор 3, С помощью этого прибора измеряют интенсивность аналитических линий элементов, входящих в состав поверхностных слоев бомбардируемого образца. О концентрации элементов в образце судят по отношениям измеренных интенсивностей аналитических линий к величине тока бомбардирующих ионов. При сравнении концентраций элементов нескольких

образцов измерения проводят при одинаковых величинах потока молекул кислорода на поверхность образцов.

Так, например, при исследовании образца полупроводниковой структуры AISi02 Si с толщиной слоев AI - 0,1 мкм и SiOa -0,1 мкм бомбардировка проводилась ионами К с энергией 10 кэВ и плотностью потока 0,1 мА/см . Одновременно поверхность облучалась пучком молекул кислорода с плотностью потока 1015см . Зависимости интенсивности спектральной линии распыленных атомов AI 394,4 нм от времени распыления, полученные без облучения потоком молекул кислорода и с облучением,

снятые в логарифмическом масштабе, показали, что они повторяют друг друга по вре- мени, а по интенсивности свечения разнятся более чем на порядок.

Формула изобретения

Способ спектрального анализа с ионным возбуждением, включающий бомбардировку пучком ионов в вакууме поверхности исследуемого образца, измерение интенсивности спектральных линий

возбужденных распыленных атомов и определение концентрации анализируемых элементов по величинам измеренных интенсивностей спектральных линий, отличающийся тем, что, с целью повышения

чувствительности, точности и правильности анализа, бомбардируемый ионами участок поверхности образца одновременно облучают пучком молекул кислорода с плотностью потока, сравнимой с плотностью потока бомбардирующих ионов, причем облучение проводят так, чтобы оси пучков пересекались на поверхности образца.