JP2861153B2 - 荷電粒子ビーム照射型分析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は試料に荷電粒子ビームを照射し、試料から放
射される各種の二次放射を検出する型の試料微小領域分
析装置に関する。

（従来の技術） 試料面に電子線或はイオン線等の荷電粒子線を集束さ
せて、試料を励起し、試料から放射される光,X線,2次電
子，散乱電子或はイオン，オージェ電子等の二次放射を
検出して試料面の分析を行う方法が広く用いられてい
る。このうち２次電子を用いる方法は空間分解能が高
く、走査型電子顕微鏡として用いられているが、この装
置により得られる情報は主として試料の表面形状に関す
るもので、試料の元素組成とか試料成分の結合状態等に
関する情報は殆んど得られず、これらの情報は２次電子
以外の上述したような各種二次放射を検出することによ
って得ている。しかしこれらの分析方法は２次電子を検
出する走査型電子顕微鏡に比し空間分解能が低く、その
分解能は試料を励起する照射線を幾ら細く集束させても
向上させることができない。その理由は次のようなもの
である。

試料に入射した荷電粒子は加速されているので、試料
面に入射後直ちに停止するのではなく、第４図に示すよ
うに試料を構成している原子と衝突を繰返しながら不規
則な軌道を画いて試料内を進行し、その間にエネルギー
を失って行って遂に停止するか、或はその前に試料表面
から脱出する。試料を照射する荷電粒子は試料構成原子
を励起させてＸ線を放出させたりするのに必要なエネル
ギーよりかなり高いエネルギーまで加速されているの
で、試料に入射した荷電粒子が停止する迄には多数の原
子を励起しており、第４図でＶで示す入射荷電粒子の拡
散領域が光とかＸ線或は散乱等の発生領域となり、これ
らの二次放射を検出する場合、領域Ｖの内の平均分析情
報を与えることになるので、照射荷電粒子をいくら細く
絞っても、空間分解能はある値以上向上しないのであ
る。領域Ｖの半径Ｒはおよそ次式のＲであることが知ら
れている。

A:平均原子量,P:平均密度,Z;平均原子番号,Eo;入射電子
の加速エネルギー,E_E;信号の最小励起エネルギー で、具体的には上記領域Ｖは直径は１μｍ程度である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は試料面に荷電粒子ビームを照射したとき試料
面から放射される各種二次放射線を検出する型の分析装
置における空間分解能特に横方向の分解能を向上させる
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） 試料の周囲に試料面に垂直にパルス磁界を形成する磁
界発生手段を配置し、このパルス磁界が存在している期
間中に試料からの二次放射線検出信号を採取するように
した。

（作用） 前述したように空間分解能を上げることができない原
因が、試料に入射した荷電粒子がエネルギーを失うまで
に試料内を拡散して行く所にあるので、試料を照射する
荷電粒子のエネルギーを下げればよい筈だが、照射荷電
粒子のエネルギーを下げると、荷電粒子一個当りのＸ線
とか光等の二次放射線の発生確率が低下し、二次放射線
が弱くなって、検出信号のS/N比が悪くなり、分析感度
が低下する。このため照射荷電粒子の加速エネルギーを
下げないで、試料内での拡散領域、即ち第４図のＶを小
さくする必要がある。第５図に示すように試料面に垂直
に磁界Ｈを作用させると、磁界方向に進行する荷電粒子
は磁界の作用を受けず、そのまゝ進行するが、磁界と直
交する速度成分を持っていると、その速度成分と磁界と
に直交する方向の力を受ける結果，荷電粒子の試料面と
平行な方向の運動は磁力線を取囲むような軌道を画き、
荷電粒子の試料面と、平行な方向の広がりが抑制され
る。このため試料内の二次放射発生領域は第５図にＤで
示すように第４図のＶよりも小さくなり、空間分解能が
向上する。所で、このような効果を得るための試料面に
おける磁界の強さは大きい方がよいのはいうまでもない
が空間分解能を１桁程度以上向上させるには１〜10テス
ラ程度が必要で、そのような強力な磁界を継続的に発生
させるには相当大規模な装置を必要とする。本発明では
磁界をパルス磁界とすることにより、容易に強力磁界の
発生が可能となり、このパルス磁界が作用している間に
二次放射検出信号を採取するので、試料照射荷電粒子の
試料内の拡散領域が圧縮された状態での分析情報が得ら
れ、空間分解能が向上することになる。

（実施例） 第１図に本発明の一実施例を示す。図で１試料照射ビ
ームの光学系、Ｓは試料である。２は試料Ｓの外周に置
かれたコイルで、試料照射ビームの光学系１と同軸的に
配置されており、試料面に垂直に磁界を形成するように
なっている。３はパルス電流発生源で、コイル２にパル
ス状の励磁電流を供給する。４はＸ線検出器、５は光検
出器、６は電子検出器で、夫々試料から放射されるＸ
線，光，反射電子を検出する。７はゲート回路で上記各
検出器毎のゲートを備え、同期制御回路８からのサンプ
リングパルスにより開かれて、各検出器の検出出力をデ
ータ処理回路９に送る。同期制御回路８からはまた、パ
ルス電流発生回路３を制御するトリガパルスがパルス電
流発生回路３に送られる。第２図はこの装置の同期関係
を示すタイムチャートである。パルス電流発生回路は大
容量コンデンサを高圧充電し、トリガパルスによりコイ
ル２を通して放電させる構成であるから、トリガパルス
Ｔにより放電回路が開かれると、コイル２の励磁電流Ｅ
は急速に立上り、トリガパルスＳより少しおくれて最大
値に達する。ゲート回路７に印加されるサンプリングパ
ルスは、この励磁電流のピークを含む時間幅ｔのパルス
で、このパルスの在る間ゲート回路７が開いて検出信号
がデータ処理回路９に取込まれる。

第３図は本発明の他の実施例を示す。この実施例は試
料照射ビームで試料面を走査しながら、一画素毎に試料
にパルス磁界を作用させて、Ｘ線等による試料面の高分
解能の元素分布の分析画像等を得るようにしたものであ
る。第１図の各部と対応する部分には同じ符号がつけて
ある。10は走査コイルで試料照射ビームをx,y方向に偏
向させる。試料面の走査はx,y各方向の走査コイルに階
段状の走査信号を与えてディジタルに行うようにしてあ
る。11はこのディジタル走査を行う走査コイル励磁電源
で、同期制御回路８からパルスが送られて来る度にｘ方
向励磁電流を１ステップずつ変化させ、パルス数が所定
数になった所でｘ方向励磁電流をもとに戻し、ｙ方向励
磁電流を１ステップ変化させる。このｘ方向励磁電流の
変化の様子を第２図Ｃに示す。このようにして試料照射
ビームが試料面の或る一つの点を照射している間にコイ
ル２にパルス電流が流れ、それと同期して所定のタイミ
ングでゲートが開かれ、二次放射検出信号が映像表示装
置12に入力されて試料面の分析結果が映像表示される。
この構成により、試料面の元素分布等が高い空間分解能
の鮮鋭さで画像表示される。

（発明の効果） 本発明によれば、試料照射荷電粒子ビームの試料内で
の拡散領域が圧縮されるので、荷電粒子の拡散領域から
放射される二次放射を検出する型の分析装置の空間分解
能が向上し、従来のＸ線マイクロアナライザやカソード
ルミネッセンスの空間分解能が１μｍ程度であったもの
が、本発明によれば、0.1μｍ乃至0.05μｍに達する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は同実
施例の動作のタイムチャート、第３図は本発明の他の実
施例のブロック図、第４図は試料に入射した荷電粒子の
動きを示す図、第５図は本発明の作用を説明する図であ
る。 １……荷電粒子の光学系、２……コイル、３……パルス
電流発生回路、４……Ｘ線検出器、５……光検出器、６
……電子検出器、７……ゲート回路、８……同期制御回
路、９……データ処理回路、10……走査コイル、11……
走査コイル励磁電源、12……映像表示装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を照射する荷電粒子ビーム照射系と、
   試料から放射される二次放射検出手段と、試料周囲に配
   置され、試料面に荷電粒子ビーム照射系の光軸と同軸的
   に磁界を形成するパルス磁界発生手段と、同手段と同期
   して試料面にパルス磁界が作用している期間中に二次放
   射検出信号をサンプリングする手段とを備えたことを特
   徴とする荷電粒子ビーム照射型分析装置。