Способ спектрального анализа с ионным возбуждением

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 N 21/64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4623755/25 (22) 22.12.88 (46) 15.05.92. Бюл. М 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт "Электронстандарт" (72) С, А. Евдокимов и Г. Д. Варенко (53) 543,42(088,8) (56) Измерение в промышленности. Справочник. М.: Металлургия, 1980, 36.

Лазерная аналитическая спектроскопия/Под, ред, В. С. Летохова. М.: Наука„

1986, 266, 302. (54) СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

С ИОННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (57) Изобретение относится к технике спектрального анализа, в частности к способам

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 тонкопленочных структур. на их основе путем бомбардировки в вакууме пучком ионов поверхности образца, измерении интенсивности спектральных линий возбужденных распыленных атомов.

Недостатком Этого способа является низкая чувствительность, обусловленная низкой интенсивностью свечения распыленныхх возбужден н ых атомов. 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, Наиболее близким к предлагаемому является способ спектрального анализа с ионным возбуждением, в котором исследуемые образцы бомбардируются ионным пучком в

-3 атмосфере кислорода при давлениии 10

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

1733981 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 анализаа.

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 по ока, сравнимой с плотностью потока бомбардирую! цих ионов, причем облучение проводят так, чтобы оси пучков пересекались на поверхности образца.

На чертеже приведена схема устройсва для проведения спектрального анализа по предлагаемому способу.

Устройство состоит из вакуумной камеры 1 с давлением 10 Па и с оптически прозрачным окном 2, оптического монохроматора (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 килоэлектровольтных энергий (10 кэВ) и одновременно облучают молекулярным пучком 8 кислорода так, что оси пучков 7 и 8 пересекаются на поверхности образца 6, а плотность потока молекул кислорода задают сравнимой с плотностью потока бомбардирующих ионов. Эту плотность потока определяют по формуле

5 N =jS/е, где N — число молекул на 1 см в секунду, г см с

j — плотность тока бомбардирующих ионов, А см, 10 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 поверх15 ности изделия 9 возникает свечение, обусловленное радиационным распадом возбужденных состояний распыленных атомов образца. Часть испускаемого распыленными атомами оптического потока 10 через

20 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 об25 разца. О концентрации элементов в образце судят по отношениям измеренных интенсивностей аналитических линий к величине тока бомбардирующих ионов, При сравнении концентраций элементов нескольких

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

Так, например, при исследовании образца полупроводниковой структуры Al—

35 Si02 — Si с толщиной слоев Ai — 0,1 мкм и SiQz

-0,1 мкм бомбардировка проводилась ионар+ ми k с энергией 10 кэВ и плотностью потока

0,1 мА/см . Одновременно поверхность облучалась пучком молекул кислорода с плот40 ностью потока 10 см с, Зависимости интенсивности спектральной линии распыленных атомов AI 394,4 нм от времени распыления, полученные без облучения потоком молекул кислорода и с облучением, 45 снятые в логарифмическом масштабе, показали, что они повторяют друг друга по времени, а по интенсивности свечения разнятся более чем на порядок.

Формула изобретения

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

55 возбужденных распыленных атомов и определение концентрации анализируемых элементов по величинам измеренных интенсивностей спектральных линий, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

1733981

Составитель И.Румшевич

Редактор Т.Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 1665 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 чувствительности, точности и правильности анализа, бомбардируемый ионами участок поверхности образца одновременно облучают пучком молекул кислорода с плотностью потока, сравнимой с плотностью пото. ка бомбардирующих ионов, причем облучение проводят так, чтобы оси пучков пересекались на поверхности образца, 5