JP2759791B2

JP2759791B2 - イオンビーム装置

Info

Publication number: JP2759791B2
Application number: JP8312680A
Authority: JP
Inventors: 博問田; 一二三田村; 一政飛田; 寛岩本
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Measurement Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Science Systems Ltd
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JPH09167590A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオンビームを利用
して各種の分析あるいは観察を行なうイオンビーム装置
に係り、特に、液体金属イオン源および液体金属イオン
源以外のイオン源を備え、異なった種類のイオンビーム
を選択的に発生させることを可能にしたイオンビーム装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオンビーム装置の１つであるイオンマ
イクロアナライザ（以下、ＩＭＡと略する）では、試料
に照射する一次線としてイオン源から照射されるイオン
ビームが用いられ、走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと略
する）では電子ビ−ムが用いられている。従来のＩＭＡ
のイオン源としては、プラズマを利用したデュオプラズ
マトロン形イオン源や、表面電離機構を利用した表面電
離形イオン源が広く用いられている。しかしながら、こ
れらのイオン源のソース径は０．２〜１mmφ程度と大き
く、サブミクロンでの極微小部局所分析には適さない。

【０００３】そこで、近年になって高輝度でかつ微小点
源（数１００Ａ以下）を有するイオン源として液体金属
イオン源が開発され、実用化されるに至っている。これ
は、μｍ程度の直径を有する針状チップの先端に溶融状
態の金属を供給し、そこに強電界を加えて針状チップの
先端に溶融金属のシャープなコーンを形成し、電界放出
機構によるイオン放出を行わせるものである。ところ
が、これらのイオン源を同一装置内に有し、切換操作等
の簡単な操作によって各イオン源を適宜に選択すること
ができるような装置はこれまでなかった。

【０００４】一方、これらのイオン源を利用するイオン
ビーム装置と、電子ビ−ムを利用するＳＥＭとを備えた
複合電子線装置に関しては、たとえば特開昭５９−６８
１５９号公報に記載されているが、これらの複合電子線
装置で用いられるイオン源はデュオプラズマトロン形イ
オン源または表面電離形イオン源であり、液体金属イオ
ン源をも備えたイオンビーム装置はなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
技術では液体金属イオン源とその他のイオン源とを備え
たイオンビーム装置、あるいは液体金属イオン源と電子
ビーム源とを備えたイオンビーム装置がなく、以下のよ
うな問題があった。 (1) デュオプラズマトロン形イオン源や表面電離形イオ
ン源では分析することができないサブミクロンでの微小
部局所分析を行おうとする場合には、イオン源を液体金
属イオン源に交換しなければならず、イオン源交換、排
気、ビームの軸調整等に長時間を要した。 (2) イオン源を用いた局所分析と、同一局所の高分解能
観察とを行おうとする場合には、イオンビーム装置とＳ
ＥＭとの２台の装置を用いることになり、試料交換、排
気、ビームの軸調整などに長時間を要した。 (3) 一般的に、デュオプラズマトロン形イオン源や表面
電離形イオン源をイオン源とするイオンビーム装置で
は、イオンビームに含まれる不純物イオンビームや中性
粒子ビームを除去するための一次イオン分離装置が備え
られているために、従来の複合電子線装置に液体金属イ
オン源を装着しただけでは、液体金属イオン源から照射
されるイオンビームが、一次イオン分離装置内の質量分
離磁場からの偏向磁界を受け、その結果、偏向収差が増
大し、イオンビームの非点が大きくなって、液体金属イ
オン源の特徴であるサブミクロンでの微小部局所分析が
できなくなってしまう。 (4) 液体金属イオン源を用いてサブミクロンでの微小部
局所分析を行う場合、測定対象元素の電気的陰性度に応
じて検出感度を上げるため、イオン種をＧａ＋、Ｌｉ
＋、Ａｕ＋などに切換える必要があるが、従来のＩＭＡ
では、各イオン種用液体金属イオン源をその都度交換す
ることになり、イオン源交換、排気、ビームの軸調整な
どに長時間を要した。

【０００６】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、液体金属イオン源とその他のイオン源とを
備えたイオンビーム装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した問題点を解決す
るために、本発明では、少なくとも一種類の液体金属イ
オン源と、液体金属イオン源以外のイオン源と、質量分
離部と、各イオン源から照射されるイオンビームを光軸
に沿わせる手段とを設け、液体金属イオン源から照射さ
れるイオンビームを、質量分離部よりも照射方向側にお
いて光軸に沿わせるようにした。

【０００８】上記した構成によれば、デュオプラズマト
ロン形イオン源あるいは表面電離形イオン源等の、液体
金属イオン源以外のイオン源からのイオンビームを利用
した微量分析と、液体金属イオン源からのイオンビーム
を利用したサブミクロンでの極微量分析とが一台の装置
で可能となるので、試料交換、排気、ビーム軸調整等の
操作時間を大幅に短縮することができる。

【０００９】また、液体金属イオン源から照射されるイ
オンビームのビーム長を短くすることができ、かつ質量
分離部を通過させずに済むので、偏向収差による非点の
発生を防止できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図を
用いて説明する。第１図は本発明の一実施形態であるイ
オンビーム装置のブロック図であり、電子ビ−ムを発生
する電子銃と、イオンビームを発生するイオン源とを備
えた構造となっている。

【００１１】デュオプラズマトロン形イオン源１はプラ
ズマを利用したイオン源であり、表面電離形イオン源２
は表面電離機構を利用したイオン源である。これらのイ
オンビームは、試料の微量分析時の一次ビームとして用
いられる。前記イオン源から出力された一次イオンビー
ム３は、ウィンフィルター方式を含む一次イオン分離装
置４によって質量分離され、さらに質量分離磁場５の極
性切換えによってデュオプラズマトロン形イオン源１と
表面電離形イオン源２との選択が行われ、それぞれのビ
ーム軸は一次ビーム軸（光軸）と一致させられる。質量
分離された一次イオンビームは、質量分離アパーチャ６
により目的とする質量数のイオンのみが選び出される。

【００１２】一方、サブミクロンの極微量分析時に一次
ビームの発生源として用いられる液体金属イオン源１
２、および分析場所と同一局所の高分解能観察時に一次
ビームの発生源として用いられる電界放射形電子銃１３
は、液体金属イオン源・電界放射形電子銃切換え機構１
０に組み込まれている。

【００１３】この切換え機構１０は、図中横方向に移動
することが可能で、液体金属イオン源１２から照射され
るイオンビームを一次ビームとして用いる場合には、同
図に示したように該液体金属イオン源１２を、そのイオ
ンビームが一次ビーム軸に一致する位置まで移動する。
同様に、電界放射形電子銃１３から照射される電子ビ−
ムを一次ビームとして用いる場合には、該電子銃１３
を、その電子ビ−ムが一次ビーム軸に一致する位置まで
移動する。

【００１４】さらに、前記デュオプラズマトロン形イオ
ン源１または表面電離形イオン源２を一次ビームとして
用いる場合には、ビームパスアパーチャ１１を一次ビー
ム軸中心部に移動して、該一次ビームをそのまま通過さ
せる。

【００１５】このような構成によれば、デュオプラズマ
トロン形イオン源１および表面電離形イオン源２からの
イオンビームを利用した微量分析と、液体金属イオン源
１２からのイオンビームを利用したサブミクロンの極微
量分析と、それらの分析場所と同一局所の電子ビームに
よる高分解能観察とが一台の装置で可能となるので、試
料交換、排気、ビーム軸調整等の操作時間を大幅に短縮
することができる。

【００１６】しかも、液体金属イオン源が、一次イオン
分離装置４および質量分離磁場５の後段に設置されるの
で、液体金属イオン源１２から照射されるイオンビーム
は磁場による影響を受けずに、偏向収差のないサブミク
ロン領域のイオンビームとなる。

【００１７】なお、本実施形態においては、切換え機構
１０に組み込まれる液体金属イオン源が１種類であった
が、数種類の液体金属イオン源を組み込み、それらを同
様に一次ビーム軸中心部に移動できるようにすれば、イ
オン源交換、排気、ビーム軸調整等の操作時間を大幅に
短縮することができる。

【００１８】また、電子ビ−ムを照射するための電子銃
は電界放射形の電子銃とは限らず、熱電子放射形の電子
銃、あるいはその他の電子銃であっても良い。さらに、
本実施形態においては、通常の微量分析を行うためのイ
オン源としてデュオプラズマトロン形イオン源１と表面
電離形イオン源２とを備えたイオンビーム装置を例にあ
げて説明したが、本発明はこれのみに限定されるもので
はなく、液体金属イオン源とその他のイオン源とを備え
たイオンビーム装置であれば、どのようなものにも適用
することができる。

【００１９】対物レンズアパーチャ７は一次ビームのビ
ーム径を規制し、偏向電極２６は画像表示を行うために
一次ビームを試料上でラスター走査する。静電・磁場レ
ンズ８は静電レンズと磁場レンズとが組み合わされたも
のであり、通常の分析においてイオンビームおよび電子
ビ−ムを収束させる場合には静電レンズとして用いら
れ、球面収差の少ない高分解能観察時の電子ビ−ム収束
時には磁場レンズとして用いられる。

【００２０】一方、一次ビームが試料９に照射されるこ
とによって該試料９より放出された二次イオン１４の一
部は、入射スリット１５を経てセクター電場１６でエネ
ルギー分離された後、セクター磁場１７によって質量分
離され、その後二次イオン検出器１８によって検出され
る。

【００２１】検出された二次イオン信号はデータ処理装
置２１によってデータ処理され、その結果である質量ス
ペクトルがデータ表示装置２２に表示される。又、セク
ター電場１６を通過した二次イオン１４は、イオン・電
子コンバーター１９により電子に変換され、全イオン検
出器２０により検出される。

【００２２】このような構成によれば、試料９から同一
方向に放出された全イオンと特定物質の二次イオンとを
同時に検知することができる。したがって、二次イオン
検出器１８で検出された情報と全イオン検出器２０で検
出された情報とを、図示していない比較手段で比較し、
その結果に基づいて分析を行うようにすれば、一次イオ
ン電流の変動が分析結果に及ぼす影響等を補正すること
ができるので、さらに正確な分析が可能となる。なお、
上記した比較・分析は既知の方法によって行われるもの
であり、その説明は省略する。

【００２３】試料９より放出された二次電子２３は、試
料９の電位をイオン・電子コンバータ１９よりマイナス
電位にすれば二次イオンを同一の経路を通るので、全イ
オン検出器２０によって検出される。又、二次電子２３
は、二次電子偏向磁場２４により偏向することで二次電
子検出器２５によっても検出できる。像観察ＣＲＴ２７
への信号は、像選択回路２８によって選択される二次イ
オン検出器１８、全イオン検出器２０、あるいは二次電
子検出器２４のいずれかから出力される。

【００２４】なお、上記した実施形態においては、本発
明をイオンビームを利用した極微量分析と、それらの分
析場所と同一局所の高分解能観察とが一台の装置で可能
となるイオンビーム装置（ＩＭＡ）を例に説明したが、
電子ビ−ムを照射する電子銃が設置されないＩＭＡにも
適用できることは明らかであろう。

【００２５】また、上記した実施形態においては、液体
金属イオン源１２および電子銃１３のみを切換え機構１
０に組み込むものとして説明したが、液体金属イオン源
以外のイオン源であるデュオプラズマトロン形イオン源
１あるいは表面電離形イオン源２等をも切換え機構１０
に組み込み、必要に応じてこれらを適宜選択するように
しても良い。ただし、液体金属イオン源以外のイオン源
を選択する場合には、その後段に一次イオン分離装置が
設置されるようにする必要がある。

【００２６】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば次のよ
うな効果が達成される。 (1) デュオプラズマトロン形イオン源および表面電離形
イオン源からのイオンビームを利用した極微量分析と、
液体金属イオン源からのイオンビームを利用したサブミ
クロンの微量分析とが一台の装置で可能となるので、試
料交換、排気、ビーム軸調整等の操作時間を大幅に短縮
することができる。 (2) 液体金属イオン源が、一次イオン分離装置および質
量分離磁場の後段に設置されるので、液体金属イオン源
から照射されるイオンビームは磁場による影響を受けず
に、偏向収差のないサブミクロン領域のイオンビームと
なる。 (3) 複数種の液体金属イオン源が、一次ビーム軸中心部
に移動できるようにしたので、イオン源交換、排気、ビ
ーム軸調整等の操作時間を大幅に短縮することができ
る。 (4) さらに、電子銃を組み込み、そこから照射される電
子ビ−ムが一次ビームと同一軸上に重ねられるようにす
れば、イオンビームによる分析場所と同一局所の高分解
能観察が可能となる。 (5) 収束レンズを静電レンズと磁場レンズとの複合レン
ズにしたので、イオンビームを収束する場合にはイオン
の質量数に焦点距離が無関係な静電レンズに切換え、電
子ビームを用いた高分解能観察時には球面収差の少ない
磁場レンズに切換えることができる。すなわち、一次ビ
ームが電子ビームまたはイオンビームであるかに応じて
最適なレンズが容易に選択できる。 (6) 像観察用の検知器をセクター電場とセクター磁場と
の間に備えたので、試料から同一方向に放出された質量
分離されていない全イオンと、質量分離された特定二次
イオンと、二次電子とを同時に検知できるようになる。
したがって、一次イオン電流の変動が分析結果に及ぼす
悪影響等を補正することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のブロック図である。

【符号の説明】

１…デュオプラズマトロン形イオン源、２…表面電離形
イオン源、３…一次イオンビーム、４…一次イオン分離
装置、５…質量分離磁場、６…質量分離アパーチャ、７
…対物レンズアパーチャ、８…静電・磁場レンズ、９…
試料、１０…液体金属イオン源・電界放射形電子銃切換
え機構、１１…ビームパスアパーチャ、１２…液体金属
イオン源、１３…電界放射形電子銃、１４…二次イオ
ン、１５…入射スリット、１６…セクター電場、１７…
セクター磁場、１８…二次イオン検出器、１９…イオン
・電子コンバータ、２０…全イオン検出器、２１…デー
タ処理装置、２２…データ表示装置、２３…二次電子、
２４…二次電子偏向磁場、２５…二次電子検出器、２６
…偏向電極、２７…像観察ＣＲＴ、２８…像選択回路

フロントページの続き (72)発明者飛田一政茨城県勝田市市毛1040番地日立那珂精器株式会社内 (72)発明者岩本寛茨城県勝田市市毛882番地株式会社日立製作所那珂工場内 (56)参考文献特開昭59−5551（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−223957（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−23152（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08 H01J 37/252

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一種類の液体金属イオン源
と、液体金属イオン源以外のイオン源と、前記液体金属イオン源から照射されるイオンビームを光
軸上の予定位置において光軸に沿わせる第１の手段と、前記液体金属イオン源以外のイオン源から照射されるイ
オンビームを光軸に沿わせる第２の手段と、前記液体金属イオン源以外のイオン源と前記予定位置と
の間の光軸上に配置された質量分離部と、前記各イオンビームを収束する手段とを具備し、前記光軸上の予定位置は、前記質量分離部を挟んで前記
液体金属イオン源以外のイオン源よりも照射方向側であ
ることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項２】電子ビ−ムを照射する電子銃と、電子銃から照射される電子ビ−ムを光軸に沿わせる第３
の手段とを、さらに具備したことを特徴とする請求項１
に記載のイオンビーム装置。