JPH01151145A

JPH01151145A - イオンビーム走査制御回路

Info

Publication number: JPH01151145A
Application number: JP62309559A
Authority: JP
Inventors: Sakae Kusakabe; 日下部　栄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1989-06-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、２次イオン質量分析装置の１次イオンビー
ム光学系において、測定試料に対しイオンビームを走査
するための電極の制御回路に関する。

（従来の技術）２次イオン質量分析装置は、イオン銃から発射されるイ
オンビームを１次イオンビーム光学系を介して測定試料
に照射し、試料から放出される２次イオンを検出して質
量分析を行う装置である。

この装置において、上記１次イオンビーム光学系は、イ
オンビームを試料に対して走査するための電界の印加手
段すなわち、走査電極とこの電極を制御するための制御
回路を有している。この走査電極は、Ｘ−Ｙ方向に４枚
の電極を配したＸ−Ｙ軸静電平行板電極が一般的である
。

第４図は、このような走査電極を制御するための従来の
制御回路を示す。図示するようにこの回路は、Ｘ軸方向
ののこぎり波形を発生するためのＸ軸のこぎり波発生回
路ＬＸ軸のこぎり波の走査時間を制御するＸ軸走査時間
制御回路２、Ｙ軸方向ののこぎり波を発生するＹ軸のこ
ぎり波発生回路３、Ｙ軸のこぎり波の走査時間を制御す
るＹ軸走査時間制御回路４、Ｘ軸のこぎり波発生回路１
とＹ軸のこぎり波発生回路３との同期を取るためのＸ−
Ｙ同期回路５、および各のこぎり波の波形を最適化する
ための昇圧回路６から構成されている。なお昇圧回路６
の出力は、各電極Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄに接続される。

第５図（ａ　）は、各電極Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの配置と、こ
れら各電極と昇圧回路６を介した各のこぎり波発生回路
１，３の出力との接続状態を示している。なお図示する
ように、電極Ａ、Ｂと電極Ｃ１Ｄはそれぞれ対極を構成
し、各対極間に正、負のＸ、Ｙ出力電位が印加される。

第６図は、Ｘ軸のこぎり波発生回路１の出力波形（Ｘ＋
）、（Ｘ−）と、Ｙ軸のこぎり波発生回路３の出力波形
（Ｙ＋）、（Ｙ−）を示す。第４図の回路において、各
のこぎり波発生回路１．３から第６図に示すような波形
をＸ、Ｙ軸方向の同期を取りながら発生させ、昇圧回路
６によって出力を最適値に調整した後、これを各電極Ａ
、Ｂ。

Ｃ，Ｄに印加する。この時、平行電極の中心を通過する
イオンビームは電位の状態によって進行方向が制御され
、試料を第５図（ｂ）に示す正方形の軌跡で奏するよう
になる。

（発明が解決しようとする問題点）以上に示した従来の走査制御回路では、イオンビームは
第５図（ｂ　’）に示す軌跡で走査されることになり、
従ってＹ軸波形の周期で決定される走査の１周期毎にい
わゆる帰線Ｈが発生する。すなわち、第５図（ｂ）で［
５ｔａｒｔ　Ｊの位置から走査が始まり「５ｔｏｏｌの
位置までくると、イオンビームは再び１ｓｔａｒｔＪの
位置まで戻って走査を再開するが、このときイオンビー
ムに図示する帰線Ｈが発生する。

この帰線Ｈの存在は、質量分析装置の分析性能に悪影響
を及ぼす。すなわち、帰線Ｈの存在によって走査速度（
スキャンニングスピード）が定速でなくなり、その結果
イオンビームによる試料のスパッタリングにばらつきが
生じる。これによって試料から得られる深さ方向の情報
が不安定となり、装置の分析性能が低下する。

この発明は、従来装置の以上にような欠点に関してなさ
れたもので、帰線の発生を防止した走査制御回路を提供
し、質量分析装置の性能の向上をはかったものである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明では、上記問題点を解決するために、４枚の静
電平行板電極から成るイオンビームの走査電極を制御す
る回路において、Ｘ軸方向に正、負の三角波電位を発生するＸ軸三角波発
生回路と、Ｙ軸方向に正、負の三角波電位を発生するＹ軸三角波発
生回路と、上記各三角波発生回路の周波数を制御して、平面の走査
時間を適宜設定するＸ軸およびＹ軸走査時間制御回路と
、上記両三角波発生回路の同期を取るＸ−Ｙ同期回路と、上記各三角波発生回路の出力を上記４枚の電極の所定の
ものに選択して印加するための電極選択回路と、上記電極選択回路の電極選択を制御する電極制御回路とを具備し、上記電極制御回路は上記Ｘ軸およびＹ軸走
査時間制御回路によって決定された一走査時間の終了後
上記電極選択回路を制御して上記各三角波発生回路出力
が接続される電極をそれぞれＸ軸−Ｙ軸方向で切り替え
て走査方向を９０度変更すると共に、−走査終了時の走
査点が次の走査の開始点となるようにするものであり、
これによって一平面を異なる４方向から連続して走査す
るようにした事を要旨とする。

（作用）この発明の装置では、同期回路によりＸ軸およびＹ軸の
同期を取りながら、Ｘ軸及びＹ軸走査時間制御回路にお
いて規定された走査時間でＸ軸、Ｙ軸方向の三角波を各
三角波発生回路より発生し、所定の走査速度で平面を走
査して正方形にエツチングする。次に走査方向を９０度
変更すると共に先行の走査の終了点を次の走査の開始点
とするように、電極制御回路によって電極選択回路を制
御し電極のＸ軸−Ｙ軸方向の選択切り替えを行う。

これによって平面を先行の走査方向とは９０度異なった
方向で走査し、エツチングする。以上の手順を繰り返す
ことにより平面の４方向からの連続した走査が実行され
る。これによって走査点は帰線を生じることなく最初の
走査開始点に戻って次のサイクルの走査を開始する。

（実施例）以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、この実施例における走査制御回路のブロック
図、第２図は第１図の回路における各三角波発生回路の
出力波形図である。図示するようにこの回路は、Ｘ軸方
向に正、負の電位を発生するＸ軸三角波発生回路１１、
ｘ軸三角波の走査時間を制御するＸ軸走査時間制御回路
１２、Ｙ軸方向に正、負の電位を発生するＹ軸三角波発
生回路１３、Ｙ軸三角の波走査時間を制御するＹ軸走査
時間制御回路１４、Ｘ軸三角波とＹ軸三角波の同期を合
わせるＸ−Ｙ同期回路１５、各三角波発生回路１１．１
３の出力を最適値にまで昇圧する昇圧回路１６を有して
いる。更にこの回路は、各三角波発生回路１１．１３の
出力を平行静電電極ＡＢ、Ｃ，Ｄの所定のものに選択し
て印加するための電極選択回路１７と、この電極選択の
制御を行う電極制御回路１８を有している。なおこの実
施例では、平行静電電極Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは、電極Ａ。

Ｂが対極を構成し、電極Ｃ，Ｄがもう一方の対極を構成
するように配置されているものとする。

次に第２図の波形図および、第３図に示すビーム走査波
形図と電極の選択状況を示す図を参照しながら、上記回
路の動作を説明する。

この実施例では、各走査時間制御回路１２．１４はＸ軸
三角波発生回路１１とＹ軸三角波発生回路１３をそれぞ
れから発生する三角波が６対１の周波数比を持つように
制御し、これによって第２図に示す（Ｘ＋）、（Ｘ−）
、（Ｙ十）、（Ｙ−）の各波形が各三角波発生回路１１
．１３より発生ずるようにされている。なおこの周波数
比は自由に設定が可能である。またこの実施例では、１
走査の時間を、Ｙ軸三角波発生回路１３から発生する三
角波の１／２周期とし、１走査毎に電極を選択して切り
替えることにより走査方向を９０度変化さ７せ、４回の
走査によって走査位置が元の点まで戻るようにしている
。即ち、４回の走査ステツプで１平面の４方向からの走
査を完了する。

次に第３図のビーム走査手順および電極接続図を用いて
、電極選択回路１７および電極制御回路１８の動作を説
明する。

まず第３図（ａ）に示す第１ステツプでは図示するよう
な電極選択がなされて、対極Ａ、ＢにＸ軸三角波発生回
路１１より正、負のＸ波形が印加される。さらに対極Ｃ
，ＤにＹ軸三角波発生回路１３より正、負のＹ波形が印
加される。即ち第１ステツプでは、電極選択回路１７に
おいて、■で示す電極選択がなされている。これによっ
て平面（試料室）には、図示するような軌跡の走査が実
行され、平面は正方形にエツチングされる。なおこのエ
ツチングの面積は昇圧回路１６によって任意に調節でき
る。

以上のようにして第１ステツプが終了し、走査点が図（
ａ　）の［５ｔｏｐＪの位置までくると、電極制御回路
１８が作動して次の電極選択■がなされる。この電極選
択は、図（ｂ　）に示すようにＸ軸方向の出力を電極Ｃ
，Ｄに、Ｙ軸方向の出力を電極Ａ、Ｂに印加することに
よって、走査方向を第１ステツプとは９０度変更するも
のである。また第１ステツプでの［５ｔｏｐＪの位置が
この第２ステツプでの「５ｔａｒｔＪ位置（走査開始点
）となって図示するような走査が行われるように、正、
負極の印加方向も第１ステツプと反対にされている。

こうして図（ｂ）に示す軌跡の走査が実行される。

このようにして第２ステツプが終了し、走査点が図（ｂ
）の［５ｔＯｐＪ位置までくると、第２ステツプと同様
に電極制御回路１８が作動し、次の電極選択■が成され
第３ステツプが開始する。この電極選択も第２ステツプ
と同様、第２ステツプのｒ　５ｔｏｐＪ位置を走査の開
始点［５ｔａｒｔＪとし、かつ走査方向を第２ステツプ
とは９０度変えるものである。図（Ｃ’）に、第３ステ
ツプでの走査方向とこのときの電極選択を示す。

第３ステツプが以上のようにして終了すると、次に図（
ｄ　）に示す第４ステツプの走査が開始する。このとき
の電極選択■は、第２ステツプにおけるものと正、負極
を反対にしたものであり、また第３ステツプとは９０度
走査方向を変えるものである。この状態で第４ステツプ
の走査を行い、平面を正方形にエツチングする。この結
果第１ステツプから第４ステツプまでで平面を４方向か
ら走査する１サイクルの走査を終わることになる。

このとき走査点の「５ｔｏｐＪの位置は、第１ステツプ
の１ｓｔａｒｔＪの位置に一致し、従って再び第１から
第４のステップを繰り返すことによって次のサイクルの
走査が行える。

この実施例では以上のようにして平面を４方向から連続
して走査することにより、「帰線」がなくなってイオン
ビームの走査スピードが均一となる。

なお上記実施例では、走査のための電位波形として三角
波を用いているため、Ｙ軸方向の帰線のみならずＸ軸方
向の帰線の発生もなくなり、イオンビームの走査スピー
ドがより一定となる。

［発明の効果］以上実施例を挙げて説明したように、この発明では、１
平面の１方向からの走査が終わる時点で走査方向を９０
度切り替え、先行の走査の［５ｔｏｐＪの位置を次の走
査の［５ｔａｒｔ　Ｊ位置として順次走査を行っていく
ようにしたものであり、そのため従来技術で発生してい
た「帰線」の発生がなくなってイオンビームの走査スピ
ードが均一になる。

これによってイオンビームによる試料のスパッタにより
深さ方向の一定さが保たれ、質量分析における深さ方向
の情報が安定する。更に結果的に４方向から１平面を走
査することになり、１平面から得られる情報の密度が向
上し、分解能の優れた質量分析を行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１実施例の回路を示すブロック図、
第２図は第１図に示す回路の動作説明のための波形図、
第３図は第１図に示す回路の動作説明図、第４図はこの
発明の従来例の回路を示すブロック図、第５図は第４図
に示す回路の動作説明図、第６図は第４図に示す回路の
動作説明のための波形図である。１１・・・Ｘ軸三角波発生回路１２・・・Ｘ軸走査時間制御回路１３・・・Ｙ軸三角波発生回路１４・・・Ｙ軸走査時間制御回路１５・・・Ｘ−Ｙ同期回路１７・・・電極選択回路１８・・・電極制御回路擬臥弁理士三好保男憾　　　　　　　　　　　　　　　Ｘｏ　　　０区　　
　　　　　区憾　　　　　　憾クー×　　　　　　　の

Claims

【特許請求の範囲】４枚の静電平行板電極から成るイオンビームの走査電極
を制御する回路であつて、Ｘ軸方向に正、負の三角波電位を発生するＸ軸三角波発
生回路と、Ｙ軸方向に正、負の三角波電位を発生するＹ軸三角波発
生回路と、上記各三角波発生回路の周波数を制御して、平面の走査
時間を適宜設定するＸ軸およびＹ軸走査時間制御回路と
、上記両三角波発生回路の同期を取るＸ−Ｙ同期回路と、上記各三角波発生回路の出力を上記４枚の電極の所定の
ものに選択して印加するための電極選択回路と、上記電極選択回路の電極選択を制御する電極制御回路と
を具備し、上記電極制御回路は上記Ｘ軸およびＹ軸走査
時間制御回路によって決定された走査時間の終了後上記
電極選択回路を制御して上記各三角波発生回路出力が接
続される電極をＸ軸−Ｙ軸方向で切り替えて走査方向を
９０度変更すると共に一走査終了時の走査点が次の走査
の開始点と成るようにするものであり、これによつて一
平面を異なる４方向から連続して走査するようにした事
を特徴とするイオンビーム走査制御回路。