Способ спектрального анализа с ионным возбуждением — SU 1733981 (original) (raw)
)5 0 01 й 21/64 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКО ион- мые ва- ах(54) СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗАС 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 распыленных возбужденных 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 ным возбуждением, в котором исследуе 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 претерпе ют частичную перезарядку на молекул кислорода, что приводит к уменьшению бомбардирующих поверхность образцаионов. 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 бомбардируюгцих 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 б. Оси ионного пучка 7 и молекулярного пучка 8 пересекаются на поверхности образца б.Способ реализуется следующим образом.Поверхность исследуемого образца б 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 потокамолекул кислорода задают сравнимой с плотностью потока бомбардирующих ионов. Этуплотность потока определяют по формуле5 М =/Я/е,где М - число молекул на 1 см в секунду,гсм с) - плотность тока бомбардирующихионов, Асм ,10 е - заряд электрона, К;3 - коэффициент распыления веществаоблучаемой мишени, причем значение дляразличных веществ лежит в пределах 1 - 10.При этом в пространстве около поверх 15 ности изделия 9 возникает свечение, обусловленное радиационным распадомвозбужденных состояний распыленных атомов образца. Часть испускаемого распыленными атомами оптического потока 10 через20 окно 2 вакуумной камеры 1 подают на оптический монохроматор 3. С помощью этогоприбора измеряют интенсивность аналитических линий элементов, входящих в составповерхностных слоев бомбардируемого об 25 разца. О концентрации элементов в образцесудят по отношениям измеренных интенсивностей аналитических линий к величинетока бомбардирующих ионов, При сравнении концентраций элементов нескольких30 образцов измерения проводят при одинаковых величинах потока молекул кислорода наповерхность образцов.Так, например, при исследовании образца полупроводниковой структуры А -35 ЯЮ 2 - Я с толщиной слоев А - 0,1 мкм и ЯО 2-0,1 мкм бомбардировка проводилась ионар+ми К с энергией 10 кэВ и плотностью потока0,1 мА/см . Одновременно поверхность облучалась пучком молекул кислорода с плот 40 ностью потока 10 см с , Зависимостиинтенсивности спектральной линии распыленных атомов А 394,4 нм от времени распыления, полученные без облученияпотоком молекул кислорода и с облучением,45 снятые в логарифмическом масштабе, показали, что они повторяют друг друга по времени, а по интенсивности свеченияразнятся более чем на порядок.Формула изобретения50 Способ спектрального анализа с ионным возбуждением, включающий бомбардировку пучком ионов в вакуумеповерхности исследуемого образца, измерение интенсивности спектральных линий55 возбужденных распыленных атомов и определение концентрации анализируемых элементов по величинам измеренныхинтенсивностей спектральных линий, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения1733981 Составитель И.РумшевичРедактор Т.Лазоренко Техред М.Моргентал Корре Ревска каз 1665 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,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