JPH01296552A - イオンおよび電子ビーム複合装置 - Google Patents
イオンおよび電子ビーム複合装置Info
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- JPH01296552A JPH01296552A JP63126552A JP12655288A JPH01296552A JP H01296552 A JPH01296552 A JP H01296552A JP 63126552 A JP63126552 A JP 63126552A JP 12655288 A JP12655288 A JP 12655288A JP H01296552 A JPH01296552 A JP H01296552A
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Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はイオンおよび電子ビーム複合装置に、微小領域
の観察および極微小量分析に好適なイオンおよび電子ビ
ーム複合装置に関する。
の観察および極微小量分析に好適なイオンおよび電子ビ
ーム複合装置に関する。
半導体材料をはじめとする各種利料および各種機能素子
の評価手段あとして走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による
形態観察を、また走査型イオンマイクロアナライザ（Ｉ
ＭＡ）による極微量分析を、それぞれ独立に行っていた
。
の評価手段あとして走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による
形態観察を、また走査型イオンマイクロアナライザ（Ｉ
ＭＡ）による極微量分析を、それぞれ独立に行っていた
。
走査型電子顕微鏡は一次系に電子を二次系に二次電子を
利用し、高分解能観察を行っており、電子ビームの集束
には磁場レンズを用いている。
利用し、高分解能観察を行っており、電子ビームの集束
には磁場レンズを用いている。
また、走査型イオンイオンマイクロアナライザは一次系
にイオンアビームを用い電界型レンズにより集束してい
る。二次系として二次イオンを用い元素分析を、二次電
子を利用して試料表面の形状観察を行っている。
にイオンアビームを用い電界型レンズにより集束してい
る。二次系として二次イオンを用い元素分析を、二次電
子を利用して試料表面の形状観察を行っている。
上記各装置を独立して用いることは、以下に説明する不
便さを有している。
便さを有している。
（１）電子のみ利用するＳＥＭは高分解能観察能力とい
う点ではすぐれた機能を発揮するが、極微量分析は困難
である。ＡＳＥやＸ線分析が行われているが、これらは
いずれも１％程度が検出限である。また電子では物質輸
送能が極めて低く、試料内部の観察は困難である。
う点ではすぐれた機能を発揮するが、極微量分析は困難
である。ＡＳＥやＸ線分析が行われているが、これらは
いずれも１％程度が検出限である。また電子では物質輸
送能が極めて低く、試料内部の観察は困難である。
（２）−次励起源としてイオンを利用するＩＭＡでは、
極微量分析能および電子層オーダではがしてゆく物質輸
送能をもつが、形状ａ察能は、電子利用の場合に比較し
て著しく （１／１００）劣っている。
極微量分析能および電子層オーダではがしてゆく物質輸
送能をもつが、形状ａ察能は、電子利用の場合に比較し
て著しく （１／１００）劣っている。
（３）電子線利用による観察７とイオン線利用による分
析は同一装置では困難であり、極微量分析と同一局所の
高分解能観察を行うためにはＳＥＭとＩＭＡの２台を駆
使することになり、試料交換、排気、ビーム輸出などに
長時間を要する。また分析と観察場所の選択やイオンエ
ツチング面の遂次分析、遂次観察が困難である。
析は同一装置では困難であり、極微量分析と同一局所の
高分解能観察を行うためにはＳＥＭとＩＭＡの２台を駆
使することになり、試料交換、排気、ビーム輸出などに
長時間を要する。また分析と観察場所の選択やイオンエ
ツチング面の遂次分析、遂次観察が困難である。
それ故、本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、微小領域の観察と極微量分析を同一局所にお
いて評価することのできるイオンおよび電子ビーム複合
装置を提供することを目的とする。
のであり、微小領域の観察と極微量分析を同一局所にお
いて評価することのできるイオンおよび電子ビーム複合
装置を提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明は、荷電粒子
照射系と二次荷電粒子検出系とからなり、前記荷電粒子
照射系における収束レンズ、偏光手段および非点補正手
段をすべて静電的手段で構成したものである。
照射系と二次荷電粒子検出系とからなり、前記荷電粒子
照射系における収束レンズ、偏光手段および非点補正手
段をすべて静電的手段で構成したものである。
また、上記構成において、前記荷電粒子照射系の荷電粒
子源は、イオン源材料を溶融状態としてイオンを引き出
し、前記イオン源材料を冷却した固化状態として、かつ
電界放出モードで電子ビームを引き出すようにしたもの
である。
子源は、イオン源材料を溶融状態としてイオンを引き出
し、前記イオン源材料を冷却した固化状態として、かつ
電界放出モードで電子ビームを引き出すようにしたもの
である。
上記手段は、いわゆるＥ ＨＤ （Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙ
ｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ）技術の利用と荷電粒子の集束
と偏向に電荷のみが寄与する静電系の静電レンズおよび
静電偏向手段を利用するものである。
ｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ）技術の利用と荷電粒子の集束
と偏向に電荷のみが寄与する静電系の静電レンズおよび
静電偏向手段を利用するものである。
前者はＥＨＤイオン源としてよく知られているもので、
針状チップ（先端半径；１〜５μｍ）の先端に取り出し
たイオン種に担当する金属を溶融状態で供給し、そこに
強電界を印加し、溶融金属の表面張力と静電引力との釣
り合いで形成されるテーラ−コン（尖鋭なコン）から金
属イオンを引き出すものである。また電子ビーム形成は
上記のイオン引き出し条件から、電界を印加したまま加
熱源を一瞬に切り、液体金属のテーラコンを保ったまま
急冷し固化させ、そこに負電圧を印加し、電界放出モー
ドで電子を引き出すことにより実現するものである。
針状チップ（先端半径；１〜５μｍ）の先端に取り出し
たイオン種に担当する金属を溶融状態で供給し、そこに
強電界を印加し、溶融金属の表面張力と静電引力との釣
り合いで形成されるテーラ−コン（尖鋭なコン）から金
属イオンを引き出すものである。また電子ビーム形成は
上記のイオン引き出し条件から、電界を印加したまま加
熱源を一瞬に切り、液体金属のテーラコンを保ったまま
急冷し固化させ、そこに負電圧を印加し、電界放出モー
ドで電子を引き出すことにより実現するものである。
後者は電子およびイオンの両者に同一作用を有する静電
方式で一次イオン光学系を構成させることにより、同−
源からの細束電子ビームおよびイオンビームを形成する
。このようなことから、同一照射源により、極性変換を
行うことによって、イオンビームあるいは電子ビームを
選択的に取り出せることができる。そして、取り出され
た電子またはイオンビームは同一光学系により、同一試
料」二に集束、偏向できるようになる。
方式で一次イオン光学系を構成させることにより、同−
源からの細束電子ビームおよびイオンビームを形成する
。このようなことから、同一照射源により、極性変換を
行うことによって、イオンビームあるいは電子ビームを
選択的に取り出せることができる。そして、取り出され
た電子またはイオンビームは同一光学系により、同一試
料」二に集束、偏向できるようになる。
以下、本発明によるイオンおよび電子ビーム複合装置の
一実施例を、図面を用いて説明する。まず、該イオンお
よび電子ビーム複合装置の荷電粒子源の構成を第１図（
ａ）に示す。
一実施例を、図面を用いて説明する。まず、該イオンお
よび電子ビーム複合装置の荷電粒子源の構成を第１図（
ａ）に示す。
同図において、荷電粒子源は先端を針状に尖らせたエミ
ッタチップ１、荷電粒子源材料溜２、荷電粒子源材料３
、電子衝撃用シールド電極４、電子衝撃用フィラメント
５および引出し電極６から構成されている。このような
構成において、イオンビーム形成の際においては、荷電
あγ子源材料溜２は電子衝撃用フィラメント５より放出
される電子により加熱される。その結果熱伝導により荷
電粒子源材料３が加熱溶融され、第１７図（ｂ）に示す
ようにエミッタチップ１先端が溶融粒子源材料３で濡ら
される。この状態でエミッタチップ１と引き出し電極６
との間にイオン引き出し電圧を印加し、これにより電界
放出機構による正イオンが引き出される。一方電子ビー
ム形成の際においては、上記のイオンビーム引出し条件
において、イオン引き出し電圧を一定に保ったまま、フ
ィラメント５の加熱電流を瞬時に零に落すか、あるいは
、電子衝撃用フィラメント５と荷電粒子源材料溜２との
間の電界を零に落すことにより、溶融粒子源材料３が急
冷し、第１図（ｃ）に示すように、尖鋭なコーンを保っ
たまま固体化される。次にエミッタチップ１に負電圧、
引き出し電極を零電圧に保つことにより、エミッタチッ
プ先端１より、電界放出機構による電子ビームが取り出
される。
ッタチップ１、荷電粒子源材料溜２、荷電粒子源材料３
、電子衝撃用シールド電極４、電子衝撃用フィラメント
５および引出し電極６から構成されている。このような
構成において、イオンビーム形成の際においては、荷電
あγ子源材料溜２は電子衝撃用フィラメント５より放出
される電子により加熱される。その結果熱伝導により荷
電粒子源材料３が加熱溶融され、第１７図（ｂ）に示す
ようにエミッタチップ１先端が溶融粒子源材料３で濡ら
される。この状態でエミッタチップ１と引き出し電極６
との間にイオン引き出し電圧を印加し、これにより電界
放出機構による正イオンが引き出される。一方電子ビー
ム形成の際においては、上記のイオンビーム引出し条件
において、イオン引き出し電圧を一定に保ったまま、フ
ィラメント５の加熱電流を瞬時に零に落すか、あるいは
、電子衝撃用フィラメント５と荷電粒子源材料溜２との
間の電界を零に落すことにより、溶融粒子源材料３が急
冷し、第１図（ｃ）に示すように、尖鋭なコーンを保っ
たまま固体化される。次にエミッタチップ１に負電圧、
引き出し電極を零電圧に保つことにより、エミッタチッ
プ先端１より、電界放出機構による電子ビームが取り出
される。
このような荷電粒子源を備えたイオンおよび電子ビーム
複合装置の全体構成の一実施例を第２図に示す。上記荷
電粒子源と同軸上に、前記荷電粒子源側から順次、対物
レンズ絞り７、静電レンズ８、偏向レンズ８、偏向電極
９、および試料］Ｏが配置されている。前記試料１０か
ら得られる二次イオンあるいは二次電子は、電子ビーム
偏向用磁場１２を介して、質量分析計１３、あるいは二
次電子検知器１４へ入射されるようになっている。
複合装置の全体構成の一実施例を第２図に示す。上記荷
電粒子源と同軸上に、前記荷電粒子源側から順次、対物
レンズ絞り７、静電レンズ８、偏向レンズ８、偏向電極
９、および試料］Ｏが配置されている。前記試料１０か
ら得られる二次イオンあるいは二次電子は、電子ビーム
偏向用磁場１２を介して、質量分析計１３、あるいは二
次電子検知器１４へ入射されるようになっている。
前記質量分析計１３には、前記電子ビーム偏向用磁場１
２との間に質量分析計入射スリット１１が配置されてい
る。
２との間に質量分析計入射スリット１１が配置されてい
る。
前記質量分析計１３からの出力は二次イオン像形成用Ｃ
ＲＴ１５へ入力されるとともに、データ処理部］７を介
してデータ表示部１８へ入力されるようになっている。
ＲＴ１５へ入力されるとともに、データ処理部］７を介
してデータ表示部１８へ入力されるようになっている。
また、二次電子検出器１４からの出力は二次電子像形成
用ＣＲＴ１６へ入力されるようになっている。
用ＣＲＴ１６へ入力されるようになっている。
荷電粒子源１〜６より放出されるイオンおよび電子は静
電レンズ８により同様に試料１０上に四乗され、偏向電
極９により偏向される。これにより静電レンズおよび静
電偏向方式を採用しているので、両者の集束、偏向特性
はレンズまたは偏向電圧を変化させる必要はなく、両者
の極性を切り換えることによりイオン照射によるＳＩＭ
Ｓ機能を、電子照射によるＳＥＭ機能をもたせることが
可能となる。この際、前者では質量分析計１３や二次イ
オン像観察用ＣＲＴ１．５などを同期して動作させるこ
とが必要となる。また後者では同様に二次電子検出器１
４、二次電子偏向磁場１２および二次電子像観察用ＣＲ
Ｔ１６を同期して動作さ辻る。
電レンズ８により同様に試料１０上に四乗され、偏向電
極９により偏向される。これにより静電レンズおよび静
電偏向方式を採用しているので、両者の集束、偏向特性
はレンズまたは偏向電圧を変化させる必要はなく、両者
の極性を切り換えることによりイオン照射によるＳＩＭ
Ｓ機能を、電子照射によるＳＥＭ機能をもたせることが
可能となる。この際、前者では質量分析計１３や二次イ
オン像観察用ＣＲＴ１．５などを同期して動作させるこ
とが必要となる。また後者では同様に二次電子検出器１
４、二次電子偏向磁場１２および二次電子像観察用ＣＲ
Ｔ１６を同期して動作さ辻る。
上述したイオンおよび電子ビーム複合装置を用いて、ヒ
トの大動脈血管壁の測定を試みた場合の＝７− 例を示す。荷電粒子源３としては、この場合、Ａｕを用
い、はじめにＡｕ ビームを形成させ正常血管と動脈
硬化血管壁の元素同定およびＮａおよびＣＱ二次イオン
像の観察を行ない、次に上記の手順に従い電子ビームに
切り換え分析領域におれる血管壁のＳＥＭ像観察を行な
った。得られた結果は次の通りである。
トの大動脈血管壁の測定を試みた場合の＝７− 例を示す。荷電粒子源３としては、この場合、Ａｕを用
い、はじめにＡｕ ビームを形成させ正常血管と動脈
硬化血管壁の元素同定およびＮａおよびＣＱ二次イオン
像の観察を行ない、次に上記の手順に従い電子ビームに
切り換え分析領域におれる血管壁のＳＥＭ像観察を行な
った。得られた結果は次の通りである。
（１）動脈硬化を起した血管壁には、Ｎａ、ＣＩ２その
低重金属が多量に含まれていた。また化合物二次イオン
像より血管硬化壁には第一リン酸カルシウムが沈着して
いることがわかった。
低重金属が多量に含まれていた。また化合物二次イオン
像より血管硬化壁には第一リン酸カルシウムが沈着して
いることがわかった。
（２）エツチング面（分析面）のＳＥＭ観察により、血
管は伸縮可能をチエイン構造をもっており、動脈硬化壁
では、チエイン構造がところどころ切断されていること
がわかった。
管は伸縮可能をチエイン構造をもっており、動脈硬化壁
では、チエイン構造がところどころ切断されていること
がわかった。
（３）イオン像とＳＥＭ像とでは分解能が著るしく異な
り、イオン像の１μｍに対してＳＥＭ像では１００Å以
下が得られた。
り、イオン像の１μｍに対してＳＥＭ像では１００Å以
下が得られた。
このようなことから本実施例では、次のような効果があ
ることが明らかになった。
ることが明らかになった。
＝８＝
（ｉ）ＳＥＭ像を利用し、非破壊で分析場所の高精度位
置決めが可能になった。
置決めが可能になった。
（ｊｉ）ＩＭＡ分析とＳＥＭ像観察を逐次くり返し行な
うことにより三次元的分析と三欣元観察が可能になった
。
うことにより三次元的分析と三欣元観察が可能になった
。
（ｎｉ）同−源から電子およびイオンビームを引き出し
、同一条件で集束および偏向が可能なので、分析および
形態観察の迅速化が出来ると同様、装置のコスト低減が
できる。
、同一条件で集束および偏向が可能なので、分析および
形態観察の迅速化が出来ると同様、装置のコスト低減が
できる。
（ｊｖ）ＥＨＤ技法を採用しているので、小型、軽量化
が容易。
が容易。
以上、上述した実施例の効果をまとめると以下のとおり
となる。
となる。
（１）ＥＨＤ技術を利用したイオン・電子両用荷電粒子
源は光源としてのソース位置が両者で同一点に固定され
るので、光学系の設訓および製作が容易で且つ動作時の
軸調整が簡−Ｑｊ化され、コス１へ低減ができるととも
に信頼性が向上する。
源は光源としてのソース位置が両者で同一点に固定され
るので、光学系の設訓および製作が容易で且つ動作時の
軸調整が簡−Ｑｊ化され、コス１へ低減ができるととも
に信頼性が向上する。
（２）集束系および偏向系に静電方式を採用しており、
イオンおよび電子ビームの制御が容易にてき、操作が極
めて容易である。
イオンおよび電子ビームの制御が容易にてき、操作が極
めて容易である。
（３）新しい機能として、分析時、逐次エツチング面の
高分解能ＳＥＭ像観察ができ、分析と分析部分の形態変
化（深さ方向に対して）の観察が可能になる。
高分解能ＳＥＭ像観察ができ、分析と分析部分の形態変
化（深さ方向に対して）の観察が可能になる。
（４）本実施例は単に分析および観察のみでなくイオン
ビームを利用した微細加工技術にも利用でき、加工形状
をＳＥＭモードにより、逐次観察することができ、加工
精度の向上が可能である。
ビームを利用した微細加工技術にも利用でき、加工形状
をＳＥＭモードにより、逐次観察することができ、加工
精度の向上が可能である。
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば
、同一照射源より、極性変換を行うことによって、イオ
ンビームあるいは電子ビームを選択的に取り出せること
ができる。そして、取り出された電子またはイオンは同
一光学系により、同−試料上に集束、偏向できるように
なる。したがって、微小領域の観察と極微量分析を同一
局所において評価することかできる。
、同一照射源より、極性変換を行うことによって、イオ
ンビームあるいは電子ビームを選択的に取り出せること
ができる。そして、取り出された電子またはイオンは同
一光学系により、同−試料上に集束、偏向できるように
なる。したがって、微小領域の観察と極微量分析を同一
局所において評価することかできる。
第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明によるイオンおよび
電子ビーム複合装置の照射源の構成および作用を示す図
、第２図は前記イオンおよび電子ビーム複合装置の一実
施例を示す構成図である。 １−・エミッタチップ、３ 荷電粒子源材料、５ 電子
衝撃用フィラメント、 ６ 引出し電極、７ 対物レンズ絞り、８・静電レンズ
、９ ・偏向電極、１０ 試料、１３・・質量分析計、
１４ ・二次電子検出器。
電子ビーム複合装置の照射源の構成および作用を示す図
、第２図は前記イオンおよび電子ビーム複合装置の一実
施例を示す構成図である。 １−・エミッタチップ、３ 荷電粒子源材料、５ 電子
衝撃用フィラメント、 ６ 引出し電極、７ 対物レンズ絞り、８・静電レンズ
、９ ・偏向電極、１０ 試料、１３・・質量分析計、
１４ ・二次電子検出器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、荷電粒子照射系と二次荷電粒子検出系とからなり、
前記荷電粒子照射系における収束レンズ、偏光手段およ
び非点補正手段をすべて静電的手段で構成されているイ
オンおよび電子ビーム複合装置。 ２、請求項第１記載において、前記荷電粒子照射系の荷
電粒子源は、イオン源材料を溶融状態としてイオンを引
き出し、前記イオン源材料を冷却した固化状態として、
かつ電界放出モードで電子ビームを引き出すようにした
イオンおよび電子ビーム複合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63126552A JPH01296552A (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | イオンおよび電子ビーム複合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63126552A JPH01296552A (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | イオンおよび電子ビーム複合装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01296552A true JPH01296552A (ja) | 1989-11-29 |
Family
ID=14937997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63126552A Pending JPH01296552A (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | イオンおよび電子ビーム複合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01296552A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2993392A1 (fr) * | 2012-07-13 | 2014-01-17 | Centre Nat Rech Scient | Procede de fabrication de source d'ions |
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1988
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