JPH0378951A - Image photographing type ion micro-analyzer - Google Patents

Image photographing type ion micro-analyzer

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Publication number
JPH0378951A
JPH0378951A JP1214696A JP21469689A JPH0378951A JP H0378951 A JPH0378951 A JP H0378951A JP 1214696 A JP1214696 A JP 1214696A JP 21469689 A JP21469689 A JP 21469689A JP H0378951 A JPH0378951 A JP H0378951A
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JP
Japan
Prior art keywords
ion beam
image
lens
secondary ion
electric field
Prior art date
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Pending
Application number
JP1214696A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihiro Naito
統広 内藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0378951A publication Critical patent/JPH0378951A/en
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Abstract

PURPOSE:To accomplish an ion micro-analyzer in a simple construction, in which the energy scope can be restricted to a certain extent, by putting the track for the primary ion beam coaxially with the track of secondary ion beam and opposite to the direction of this secondary ion beam. CONSTITUTION:The track for the primary ion beam I1 is coaxial with the track of secondary ion beam I2 and opposite to the direction of this secondary ion beam I2. The secondary ion beam I2 emitted from the surface of a specimen 20 hops out coaxially with the primary ion beam I1 and in the direction oppositely thereto, passes through a drawout slit 21 and drawout lens L1, is deflected by a deflector D1 with the track bent, passes No.1 enlarging lens system 11, and is introduced to a mass spectral system 12. The mass spectral system 12 is formed from a superposition field where magnetic field and electric field are formed in the same region, and the secondary ion beam I2 mass-separated by this mass spectral system 12 is introduced to a sensing system 13 composed of No.2 enlarging lens system 26, ion multiplier 27, anode 28, and focusing plane 29. This simplifies the configuration and allows reduction of the energy aberration on the image surface.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、イオンマイクロアナライザ(以下、IMAと
称す)に係り、特に写像型IMAに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ion microanalyzer (hereinafter referred to as IMA), and particularly relates to a mapping type IMA.

[従来の技術] 試料表面の微小部分の元素分析を行う装置としてIMA
が知られている。IMAは、一次イオンビーム(イオン
マイクロプローブ)の照射により試料表面から放出され
る試料原子の二次イオンを質量分析することで元素分析
を行うものであり、高感度であることが大きな特徴とな
っている。IMAには、細く絞った一次イオンビームを
走査する走査型と、比較的太い一次イオンビームを走査
することなく照射し、直接イオン像を得る写像型とに大
別され、それぞれ種々の構成が提案されているが、本出
願人は、先に、質量分析系を形成する電場と磁場を同一
の領域に存在させた重畳場を有する写像型IMAを提案
した(特願昭82−234130号参照)。
[Prior art] IMA is used as a device for elemental analysis of minute parts on the surface of a sample.
It has been known. IMA performs elemental analysis by mass spectrometry of secondary ions of sample atoms emitted from the sample surface by irradiation with a primary ion beam (ion microprobe), and its main feature is high sensitivity. ing. IMA is broadly divided into scanning type, which scans with a narrowly focused primary ion beam, and mapping type, which irradiates with a relatively thick primary ion beam without scanning and directly obtains an ion image, and various configurations have been proposed for each. However, the present applicant previously proposed a mapping type IMA that has a superimposed field in which the electric field and magnetic field forming the mass spectrometry system exist in the same region (see Japanese Patent Application No. 82-234130). .

第11図はその構成を示すものであり、図中、ISはイ
オン源、I+は一次イオンビーム、Sは試料N  I2
 は二次イオンビーム、Toは接続光学系、SL、は入
口スリット、0はイオンの中心軌道、1は紙面に垂直な
方向の一様磁場2と紙面上で該−様磁場に直交する方向
を持つトロイダル電場3を同一領域に存在させた重畳場
、LPは投影レンズ、SL、、は質量選択スリット、F
Sは蛍光スクリーンを示す。
Figure 11 shows its configuration. In the figure, IS is the ion source, I+ is the primary ion beam, and S is the sample N I2.
is the secondary ion beam, To is the connecting optical system, SL is the entrance slit, 0 is the center orbit of the ion, 1 is the uniform magnetic field 2 in the direction perpendicular to the paper, and the direction perpendicular to the -like magnetic field on the paper. LP is a projection lens, SL is a mass selection slit, F is a superimposed field in which a toroidal electric field 3 with
S indicates a fluorescent screen.

第11図において、イオン像に関しては、接続光学系T
oにより試料表面のイオン像F1が形成され、重畳場に
より変換されたイオン像F2が蛍光スクリーンFSの位
置にF3として投影される。
In FIG. 11, regarding the ion image, the connecting optical system T
An ion image F1 on the sample surface is formed by the ion image F1 on the sample surface, and an ion image F2 converted by the superimposed field is projected as F3 at the position of the fluorescent screen FS.

投影レンズLpは像の倍率を高めるために使用されてお
り、必要がなければ省くことができる。
The projection lens Lp is used to increase the magnification of the image and can be omitted if unnecessary.

また、クロスオーバーに関しては、接続光学系TOによ
り試料表面から放出されたイオンのクロスオーバーCI
が入口スリットSL+ の位置に形成され、重畳場によ
り質量選択スリットSL、、の位置にクロスオーバーC
2が形成される。この時、質量選択スリットSL、!上
では質量分散のみが起こっており、この質量選択スリッ
トSL0により選択された質量のイオンのみによる試料
表面のイオン像が蛍光スクリーンFS上に形成されるこ
とになる。重畳場1の磁場2の強度を変えることにより
、質量選択スリットSLoを通過するイオンの質量数を
変えることができ、異なった質量数のイオンによるイオ
ン像を得ることができる。
Regarding crossover, the crossover CI of ions emitted from the sample surface by the connecting optical system TO
is formed at the position of the inlet slit SL+, and a crossover C is formed at the position of the mass selection slit SL, , due to the superimposed field.
2 is formed. At this time, mass selection slit SL,! Only mass dispersion is occurring above, and an ion image of the sample surface is formed on the fluorescent screen FS by only ions of the mass selected by the mass selection slit SL0. By changing the strength of the magnetic field 2 of the superimposed field 1, the mass number of ions passing through the mass selection slit SLo can be changed, and ion images of ions with different mass numbers can be obtained.

上述した第11図の構成において、イオン像の質量選択
性を高め、イオン像の歪を最小限に抑えるためには、ク
ロスオーバーとイオン像の双方について同時に無歪性と
二重収束性が成立する立体収束の条件を満たすことが重
要である。
In the configuration shown in Fig. 11 described above, in order to increase the mass selectivity of the ion image and minimize the distortion of the ion image, distortion-free and double convergence must be established for both the crossover and the ion image at the same time. It is important to satisfy the conditions for steric convergence.

ここで、上述のようにイオンビームの中心軌道が等電位
面上に存在するようにした電場と、この電場に略直交す
る−様な磁場とを同時に存在させた重畳場中を飛行する
イオンの運動を第12図に示すような円筒座標(r+ 
 φ+  2)を用いて説明する。
Here, as mentioned above, ions flying in a superimposed field in which an electric field that causes the center orbit of the ion beam to exist on an equipotential surface and a magnetic field that is approximately perpendicular to this electric field exist simultaneously. The motion is expressed in cylindrical coordinates (r+
This will be explained using φ+2).

第12図は重畳場発生手段の概略構成を示す図であり、
一対の磁極片4,4′の間に各磁極片に垂直な方向の一
様磁場が形成される。また、各磁極片4,4′の表面に
は、その表面に多数の線状電極が同心状に配置された電
場発生用の1対の基板5.5′が取り付けられており、
これらの線状電極に適宜な電位を与えることにより、上
記磁場に略直交する方向を持つ電場が磁極片間に発生さ
れている。
FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of the superimposed field generating means,
A uniform magnetic field is formed between the pair of pole pieces 4, 4' in a direction perpendicular to each pole piece. Furthermore, a pair of electric field generating substrates 5.5' on which a large number of linear electrodes are arranged concentrically is attached to the surface of each magnetic pole piece 4, 4'.
By applying an appropriate potential to these linear electrodes, an electric field having a direction substantially perpendicular to the magnetic field is generated between the magnetic pole pieces.

ここで、z=Oの平面内でr=aの円周、即ち、イオン
ビームの中心軌道上では、電場は強さが一定で中心方向
を向いており、磁場は2方向を向いているものとする。
Here, in the plane of z=O, on the circumference of r=a, that is, on the center orbit of the ion beam, the electric field has a constant strength and points toward the center, and the magnetic field points in two directions. shall be.

z = (L  r = aの近傍の電磁場を取扱うた
め、r=a (1+ρ)  ・・・(1) r=aζ      ・・・(2) とする。ただし、ρ及びζは1より十分小さいとする。
In order to handle the electromagnetic field near z = (L r = a, r = a (1 + ρ) ... (1) r = aζ ... (2) However, if ρ and ζ are sufficiently smaller than 1, then do.

このような前提のもとて重畳場におけるイオンの軌道を
決定する方程式を一次近似で表わすと、r方向に関して
は、 2方向に関しては、 となる。
If the equation that determines the trajectory of an ion in a superimposed field is expressed as a first-order approximation based on such a premise, the equations for the r direction and the two directions are as follows.

上記係数Kr’及びに□2は電場と磁場によって決まる
定数で、磁場として一様磁場を用いた場合には、 d    と Kr”=3+J!−31+ (−2q)2  ・ (5
)連 K −” = −(]7+1 )        ・・
・(6)と表される。また、γとβは、夫々質量及び速
度の相対変化率で、中心軌道を通るイオンの質量と速度
を夫々m−及びv8とする時、着目しているイオンの質
量mと速度Vは、 m=m@(1+γ)  ・・・(7) v=va(1+β)   ・ (8) なる関係で与えられる。更にa、及びa、は夫々磁場及
び電場が単独で存在すると仮定した時のイオンの中心軌
道の半径であり、aとの間に、1/a=1/as +1
/am   ・・・(9)なる関係がある。
The above coefficients Kr' and □2 are constants determined by the electric field and magnetic field, and when a uniform magnetic field is used as the magnetic field, d and Kr''=3+J!-31+ (-2q)2 ・ (5
) consecutive K −” = −(]7+1) ・・
・It is expressed as (6). In addition, γ and β are the relative change rates of mass and velocity, respectively, and when the mass and velocity of the ion passing through the central orbit are respectively m- and v8, the mass m and velocity V of the ion of interest are m = m @ (1 + γ) ... (7) v = va (1 + β) ・ (8) It is given by the following relationship. Furthermore, a and a are the radii of the central orbit of the ion assuming that the magnetic field and electric field exist independently, respectively, and between a and a, 1/a=1/as +1
/am...(9) There is a relationship.

上記(5)式及び(6)式におけるノは、電場を中心軌
道の回りにティラー展開した時の一次の展開係数であり
、イオンビームの中心軌道平面内の中心軌道と一致する
等電位線の曲率半径aと、z軸を含む平面内のその中心
軌道を通る等電位線の曲率半径R0との比C即ち、 c、=a/Rs       ・・・(10)によって
、 ノ:=−(L+c)    ・・・(11)と表わされ
る。
In the above equations (5) and (6), `` is the first-order expansion coefficient when the electric field is tiller expanded around the central orbit, and is the first-order expansion coefficient of the equipotential line that coincides with the central orbit in the central orbit plane of the ion beam. The ratio C of the radius of curvature a to the radius of curvature R0 of the equipotential line passing through its central orbit in the plane containing the z-axis, that is, c, = a/Rs... By (10), ノ:=-(L+c )...(11).

上記Kr”はr方向の一次のイオンの収束特性を決定し
、Kノは2方向の一次の収束特性を決定する。このK、
とに2を用いると、重畳場前方のクロスオーバーの位置
とその結像位置の関係にュートンの式)は次の簡単な式
にまとめられる。
The above Kr'' determines the primary ion convergence characteristics in the r direction, and K determines the primary ion convergence characteristics in the two directions.
2, the relation between the position of the crossover in front of the superimposed field and its imaging position can be summarized as the following simple equation:

(、i” −g) X (J!“−g)=f”    
・・・(12)但し、(12)式においてノ′はクロス
オーバーが形成される位置と重畳場の入射端面との距離
、ノ“は重畳場によるクロスオーバーの結像位置と重畳
場の出射端面との距離、fは重畳場の焦点距離で、 f=  (a/K)  (1/s  i  nKφ) 
   ・ (13)と表され、gは重畳場の入出射端面
と焦点との距離で、 g= (a/K)co tKφ  ・ (14)と表さ
れる。
(,i”-g) X (J!“-g)=f”
...(12) However, in equation (12), ``' is the distance between the position where the crossover is formed and the incident end surface of the superimposed field, and ``'' is the imaging position of the crossover due to the superimposed field and the exit of the superimposed field. The distance from the end surface, f is the focal length of the superimposed field, f = (a/K) (1/s inKφ)
・It is expressed as (13), where g is the distance between the input/output end face of the superimposed field and the focal point, and it is expressed as g=(a/K)co tKφ ・(14).

この時の像倍率又は X=f/()′−g) =()“−g)/f      ・・−(15)である
The image magnification at this time or X=f/()'-g)=()"-g)/f...-(15).

上記(12)〜(15)式は、r方向と2方向に共通で
、に=に、とすればr方向の関係式となり、K=に、と
すれば2方向の関係式となる。
The above equations (12) to (15) are common to the r direction and the two directions; if ni = is set, the relational expressions are for the r direction, and when K= is set, the relational equations are for the two directions.

また、r方向の像位置での分散りは、 D=aδ(1+X)    ・ (1B)δ=(γ+(
2−−; )β)/に、’  ・・・(17)と表され
る。
Furthermore, the dispersion at the image position in the r direction is D=aδ(1+X) ・(1B)δ=(γ+(
2--; )β)/ is expressed as '...(17).

この分散りについて考察すると、 ■a/am =2の時(17)式はδ=7/に、2とな
り、質量分散のみが生じ、同一質量であればイオンの速
度やエネルギーによる分散は生じないので、このままで
二重収束の条件が成立する。
Considering this dispersion, ■When a/am = 2, equation (17) becomes δ = 7/, which becomes 2, and only mass dispersion occurs; if the mass is the same, no dispersion due to ion speed or energy occurs. Therefore, the condition for double convergence holds as it is.

■a / a m = O1即ちa、=■で磁場が零の
場合、(17)式はδ=(γ+2β)/に、I となり
、この時はイオンは電場による力のみを受け、すべての
イオンが自分の持つ運動エネルギーだけで分散を生ずる
。即ちエネルギー分離が起こる。
■a / a m = O1, that is, a, = ■, and when the magnetic field is zero, equation (17) becomes δ = (γ + 2β) /, I, and at this time, the ions receive only the force due to the electric field, and all ions causes dispersion only by its own kinetic energy. That is, energy separation occurs.

ところで、 (5)、 (6)式及び(8)式より、K
rt+Kx2=1+ (a/a、)”    ・・・(
1B)なる関係式が得られる。
By the way, from equations (5), (6) and (8), K
rt+Kx2=1+ (a/a,)"...(
1B) is obtained.

また、 (9)式より、前述した■のa/am=2は a/a*=−1・・・(19) を意味し、■のa / a m = Oはa / a 
a = + 1    ・・・(20)を意味すること
が分かる。
Also, from formula (9), a/am=2 in ■ above means a/a*=-1...(19), and a/am=O in ■ is a/a
It can be seen that it means a = + 1 (20).

従って、上述した■、■双方の場合とも上記(17)式
は、 Kμ十にア2=2   ・・・(21)となる。即ち、
立体収束の条件として、■、■の双方の場合とも、に、
2=に一=1を成立させればよいことが分かる。
Therefore, in both cases (1) and (2) mentioned above, the above equation (17) becomes: Kμ+A2=2 (21). That is,
As a condition for steric convergence, in both cases of ■ and ■,
It can be seen that it is sufficient to make 2= and 1=1.

■の場合の条件、a / a a = 2+  a /
 as = −1を(5)式、 (6)式に代入すると
Kr”=ノ+1、  K−=1−7!となり、J=0の
時、K、’ =に■=1を成立させることができること
が分かる。
Conditions for ■, a / a a = 2+ a /
Substituting as=-1 into equations (5) and (6), we get Kr"=no+1, K-=1-7!, and when J=0, we make ■=1 for K,'= It turns out that you can do it.

ノ=0を満足させるためには、 (11)式よりC=−
1、従って、 (10)式よりR*=−aとする必要が
ある。これは、第13図に示すように第12図とは逆方
向に半径aの曲率を与えることを意味している。
In order to satisfy ノ=0, from formula (11), C=-
1. Therefore, from equation (10), it is necessary to set R*=-a. This means that, as shown in FIG. 13, a curvature of radius a is given in the opposite direction to that in FIG.

一方、■の場合の条件、a/am=o、a/aS=1を
(5)式、 (6)式に代入すると、K12=3十ノ、
K、R=−(1+1)となり、J=−2の時に、2 =
に、2 = 1を成立させることができることが分かる
。1=−2を満足させるためには、(11)式よりc=
1、従って、 (10)式よりR@ = aとする必要
がある。これは、第12図おけるRoをaに一致させれ
ばよい。
On the other hand, by substituting the conditions for ■, a/am=o, a/aS=1, into equations (5) and (6), K12=30,
K, R=-(1+1), and when J=-2, 2=
It turns out that 2 = 1 can be established. In order to satisfy 1=-2, c=
1. Therefore, from equation (10), it is necessary to set R@ = a. This can be done by making Ro in FIG. 12 match a.

以上のことから、 ■a/am =2+  a/as =−1が成立するよ
うに磁場強度、電場強度を設定すると共に、J=0が成
立するように電場分布を第13図のように設定し、更に
第11図における入口スリットSL+の位置に形成され
たクロスオーバーが質量選択スリットSLoの位置に結
像されるように、ノ′! 、fを選定し、蛍光スクリー
ンFSをイオン像の結像位置に配置すれば、立体収束が
成立し、歪が最小限に抑制されたイオン像をスクリーン
FS上に得ることができる。このイオン像の倍率は、接
続光学系の条件を変え、入ロスリッ)SL+ の位置に
形成するクロスオーバーの大きさを変えることにより、
重畳場の方の条件を変えることなく任意に設定できる。
From the above, ■ Set the magnetic field strength and electric field strength so that a/am = 2 + a/as = -1 holds, and set the electric field distribution as shown in Figure 13 so that J = 0 holds. Furthermore, the cross-over formed at the position of the entrance slit SL+ in FIG. 11 is imaged at the position of the mass selection slit SLo. , f are selected and the fluorescent screen FS is placed at the imaging position of the ion image, three-dimensional convergence is established, and an ion image with minimal distortion can be obtained on the screen FS. The magnification of this ion image can be adjusted by changing the conditions of the connecting optical system and by changing the size of the crossover formed at the SL+ position.
It can be set arbitrarily without changing the conditions of the superimposed field.

また、重畳場の電場の強度を変えることにより、異なっ
た質量のイオンが質量選択スリットSL、、を通過する
ことになるため、異なったイオンによるイオン像を得る
ことができる。
Furthermore, by changing the strength of the electric field of the superimposed field, ions of different masses will pass through the mass selection slits SL, so that ion images of different ions can be obtained.

■、i”、  、g”+  fの設定は■の場合と同じ
まま、a/am =Oが成立するように磁場強度を零に
、a/ae=1が成立するように電場を、強度はそのま
まで■とは逆向きに設定すると共に、J=1が成立する
ように電場分布を設定すれば、質量選択スリットSL□
の位置にはエネルギー分散が起きたクロスオーバー像が
結像され、該スリットを通過した等しいエネルギーを持
ったイオンにより、蛍光スクリーンFS上にはエネルギ
ー像が得られる。このエネルギー像は、異なった質量の
イオンでも所定のエネルギーを持っていれば像形成に寄
与するため、試料表面が異なった物質から構成されてい
ても像として現れる可能性が高く、指定した質量のイオ
ンしか像中に出現しないイオン像よりも、試料表面の全
体的な様子をよりよく把握することが可能である。
■, i'', ,g''+f settings are the same as in case ■, the magnetic field strength is set to zero so that a/am = O holds, and the electric field strength is set so that a/ae = 1 holds. If you leave it as is and set it in the opposite direction to ■, and set the electric field distribution so that J=1 holds, then the mass selection slit SL□
A crossover image in which energy dispersion has occurred is formed at the position, and an energy image is obtained on the fluorescent screen FS by the ions having the same energy that have passed through the slit. This energy image is likely to appear as an image even if the sample surface is composed of different materials, as ions of different masses can contribute to image formation if they have a specified energy. It is possible to understand the overall appearance of the sample surface better than with an ion image in which only ions appear in the image.

なお、a/a、を■と■の間の領域即ち−1くa/a、
<1に設定すると、質量分散とエネルギー分散の両方が
混在した像が得られる。ただし、この中間の領域ではに
、2.に工2の値が1より小さくなり収束力が小さくな
るため、同じ像位置に結像させるためには、無歪性のレ
ンズを追加することが必要である。
Note that a/a is the area between ■ and ■, that is, -1 × a/a,
When set to <1, an image with both mass dispersion and energy dispersion mixed is obtained. However, in this intermediate region, 2. Since the value of 2 is smaller than 1 and the convergence power becomes small, it is necessary to add a distortion-free lens in order to form images at the same image position.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の重畳場を有する写像型■MAにお
いては次のような問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional mapping type MA having superimposed fields has the following problems.

一次イオンビーム軸と二次イオンビームの引き出し軸と
は別々になされ、一次イオンビーム軸は二次イオンビー
ム軸に対して30″程度傾斜している。また、二次イオ
ンビームを引き出すためには、第11図中SLsで示す
引き出しスリット、および/または引き出しレンズを配
置しなければならず、しかも1.これら引き出しスリッ
ト5Ls1および/または引き出しレンズは、収差の関
係上試料表面のごく近傍に配置する必要がある。従って
、引き出しスリット5Ls1 および/または引き出し
レンズの構造は複雑となり、加工、組立には高い精度が
要求されることになり、その作業は非常に煩雑であった
The primary ion beam axis and the secondary ion beam extraction axis are separate, and the primary ion beam axis is inclined about 30'' with respect to the secondary ion beam axis.In addition, in order to extract the secondary ion beam, , an extraction slit 5Ls1 and/or an extraction lens shown as SLs in FIG. Therefore, the structure of the pull-out slit 5Ls1 and/or the pull-out lens becomes complicated, and high precision is required for processing and assembly, making the work extremely complicated.

また、第11図の構成により二重収束で、且つ、立体収
束を達成することができるのであるが、このことは同時
に、非常に広範囲のエネルギーに対してエネルギー分離
がなされないことを意味する。
Further, although the configuration shown in FIG. 11 allows double convergence and steric convergence to be achieved, this also means that energy separation is not performed over a very wide range of energies.

しかし、適当なエネルギー分離が行われない場合には、
二次イオンビームの軌道中に配置されるレンズ系の色収
差により結像面に結像されるイオン像がぼやけてしまう
という問題も生じていた。
However, if proper energy separation is not performed,
Another problem has arisen in that the ion image formed on the imaging plane becomes blurred due to chromatic aberration of the lens system disposed in the trajectory of the secondary ion beam.

本発明は、上記の課題を解決するものであって、構造が
簡単で、且つ、エネルギー範囲をある程度に制限できる
写像型イオンマイクロアナライザを提供することを目的
とするものである。
The present invention solves the above-mentioned problems, and aims to provide a mapping type ion microanalyzer that has a simple structure and can limit the energy range to a certain degree.

[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するために、本発明の写像型イオンマ
イクロアナライザは、質量分析系を有する写像型イオン
マイクロアナライザにおいて、一次イオンビームの軌道
が二次イオンビームの軌道と同軸で、且つ二次イオンビ
ームの方向とは逆方向となされていることを特徴とし、
更に、一次イオンビームおよび二次イオンビームを偏向
する偏向電場を備え、該偏向電場の二次イオンビームが
入射する側に減速電場を、出射する側に加速電場を備え
ることを特徴とするものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the mapping type ion microanalyzer of the present invention is provided with a mapping type ion microanalyzer having a mass spectrometry system, in which the trajectory of the primary ion beam is the same as that of the secondary ion beam. is coaxial with the orbit of the secondary ion beam and opposite to the direction of the secondary ion beam,
Furthermore, it is characterized by comprising a deflection electric field for deflecting the primary ion beam and the secondary ion beam, a deceleration electric field on the side where the secondary ion beam enters the deflection electric field, and an accelerating electric field on the exit side of the deflection electric field. be.

[作用および発明の効果コ 本発明によれば、第1に、一次イオンビームを二次イオ
ンビームと同軸で試料に略直角に照射するようにし、且
つ偏向電場を立体収束可能な場としたので、構成が簡単
になると共に、質量分析系の入口に配置されるスリット
により二次イオンのエネルギーの選択を行うことができ
る。
[Operations and Effects of the Invention] According to the present invention, firstly, the primary ion beam is irradiated coaxially with the secondary ion beam and substantially perpendicular to the sample, and the deflection electric field is a field capable of three-dimensional focusing. , the configuration is simple, and the energy of the secondary ions can be selected by the slit placed at the entrance of the mass spectrometry system.

また、第2に、一次イオンビームと二次イオンビームを
偏向する偏向電場の、二次イオンビームの入射する側に
減速電場を、出射する側に加速電場をそれぞれ配置した
ので、エネルギー分散をより大きくすることができ、以
て、スリット系のアンバランスを解消することができ、
更に、イオン像の像倍率を広い範囲に渡って可変するこ
とが可能である。
Secondly, in the deflection electric field that deflects the primary ion beam and the secondary ion beam, a deceleration electric field is placed on the incident side of the secondary ion beam, and an accelerating electric field is placed on the exit side, so energy dispersion is further improved. It is possible to increase the size of the slit, thereby eliminating the imbalance of the slit system.
Furthermore, it is possible to vary the image magnification of the ion image over a wide range.

[実施例] 以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。[Example] Examples will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明に係る写像型イオンマイクロアナライザ
の全体構成の1実施例を示す図であり、図中、10はイ
オン引き出し部、11は第1拡大レンズ系、12は質量
分析系、13は検出系、10は試料、21は引き出しス
リット、22は引き出しレンズ、26は第2拡大レンズ
系、27はイオンマルチプライヤ、28はアノード、2
9は結像面、I+ は一次イオンビーム、Ieは二次イ
オンビーム、LIは引き出しレンズ、I)+  + D
2は偏向器、L2はレンズ、Soは入口スリット、SC
は出口スリットを示す。
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the overall configuration of a mapping type ion microanalyzer according to the present invention, in which 10 is an ion extractor, 11 is a first magnifying lens system, 12 is a mass spectrometry system, and 13 10 is a detection system, 10 is a sample, 21 is an extraction slit, 22 is an extraction lens, 26 is a second magnifying lens system, 27 is an ion multiplier, 28 is an anode, 2
9 is the imaging plane, I+ is the primary ion beam, Ie is the secondary ion beam, LI is the extraction lens, I) + + D
2 is a deflector, L2 is a lens, So is an entrance slit, SC
indicates the exit slit.

第1図において、本発明に係る写像型イオンマイクロア
ナライザの構成は、イオン引き出し部10、第1拡大レ
ンズ系11、質量分析系12、そして検出系13に大別
される。イオン引き出し部10は、試料20.  引き
出しスリット21、引き出しレンズLh 偏向器D+ 
、D2、レンズL2、そして入口スリットS0を備えて
おり、一次イオンビームI、は、まず電場で構成される
偏向器り、で偏向きれ、次に同じく電場で構成される偏
向器D+ で偏向され、引き出しレンズL+ および引
き出しスリット21を通過して試料20の表面に対して
ほぼ直角に照射される。試料20の表面から放出された
二次イオンビームエ2は、一次イオンビームI、と同軸
で、逆方向に飛び出し、引き出しスリット21、引き出
しレンズL、を通って偏向器D+ で偏向を受け、軌道
を曲げられ、レンズL2、入口スリットS O%  そ
して、複数のレンズで構成される第1拡大レンズ系11
を通って質量分析系12に導入される。質量分析系12
は第11図に示したと同様な、磁場と電場が同一領域に
形成された重畳場で形成されている。質量分析系12で
質量分離された二次イオンビームI2は、第2拡大レン
ズ系26、イオンマルチプライヤ27、アノード28、
結像面29で構成される検出系13に導入される。なお
、検出系13は従来のものと同様であるので詳細な説明
は省略する。このように、本発明においては、一次イオ
ンビーム軸は、二次イオンビーム■2の引き出し軸と同
軸となされているものである。なお、試料20に照射さ
れる一次イオンビームエ、の加速エネルギーは広い範囲
に渡って可変可能となされており、また、場合によって
は二次イオンビームエ2とは逆極性のイオンビームが要
求される場合もあるので、これらの要求に対応できるよ
うになされるのは当然である。
In FIG. 1, the configuration of the mapping type ion microanalyzer according to the present invention is roughly divided into an ion extraction section 10, a first magnifying lens system 11, a mass spectrometry system 12, and a detection system 13. The ion extractor 10 is connected to the sample 20. Drawer slit 21, drawer lens Lh Deflector D+
, D2, a lens L2, and an entrance slit S0, the primary ion beam I is first deflected by a deflector D+, which is also composed of an electric field. , the extraction lens L+ and the extraction slit 21, and is irradiated almost perpendicularly to the surface of the sample 20. The secondary ion beam E 2 emitted from the surface of the sample 20 is coaxial with the primary ion beam I, flies out in the opposite direction, passes through an extraction slit 21 and an extraction lens L, is deflected by a deflector D+, and is deflected into a trajectory. The lens L2 is bent, the entrance slit SO% is bent, and the first magnifying lens system 11 is composed of a plurality of lenses.
is introduced into the mass spectrometry system 12 through the. Mass spectrometry system 12
is formed by a superimposed field in which a magnetic field and an electric field are formed in the same area, similar to that shown in FIG. The secondary ion beam I2 mass-separated by the mass spectrometry system 12 is passed through a second magnifying lens system 26, an ion multiplier 27, an anode 28,
The light is introduced into a detection system 13 that includes an imaging plane 29 . Note that the detection system 13 is the same as the conventional one, so a detailed explanation will be omitted. Thus, in the present invention, the primary ion beam axis is coaxial with the extraction axis of the secondary ion beam (2). Note that the acceleration energy of the primary ion beam 2 irradiated onto the sample 20 can be varied over a wide range, and in some cases, an ion beam with a polarity opposite to that of the secondary ion beam 2 is required. Therefore, it is natural that measures must be taken to meet these demands.

第2図はイオン引き出し部10における一次イオンビー
ム11の軌道を示す図であるが、一次イオンビーム11
の極性が二次イオンビームエ2の極性と同じ場合であっ
て、加速エネルギーが10keV以下の低加速の場合に
は図中30で示すような軌道となり、加速エネルギーが
20keV以上の高加速の場合には図中31で示すよう
な軌道となり、一次イオンビームI、の極性が二次イオ
ンビームI2の極性と異なる場合には、図中破線32で
示すような軌道となる。
FIG. 2 is a diagram showing the trajectory of the primary ion beam 11 in the ion extraction section 10.
When the polarity is the same as that of the secondary ion beam A2, and the acceleration energy is low acceleration of 10 keV or less, the trajectory will be as shown by 30 in the figure, and when the acceleration energy is high acceleration of 20 keV or more, the trajectory will be as shown in the figure. When the polarity of the primary ion beam I is different from the polarity of the secondary ion beam I2, the trajectory is as shown by the broken line 32 in the figure.

第3図にイオン引き出し部10の具体的構成の1例を示
すが、図中の寸法はD(=5mm)で標準化されている
。なお、第3図においては、引き出しレンズL、の試料
20側の電極が引き出しスリット21を兼用している。
FIG. 3 shows an example of a specific configuration of the ion extractor 10, and the dimensions in the figure are standardized to be D (=5 mm). In FIG. 3, the electrode of the extraction lens L on the sample 20 side also serves as the extraction slit 21.

また、図中のOctはオクタポールを示している。Further, Oct in the figure indicates an octopole.

第4図は、第3図の構成における二次イオンビームI2
の一次のα収束特性を示すレイバスの一例を示す図であ
り、試料200表面からの二次イオンビームが形成する
クロスオーバー点の収束特性が実線で、二次イオンビー
ム■2が形成する試料20の面の像点または物点(以下
、像点と称す)の収束特性が破線でそれぞれ示されてい
る。
FIG. 4 shows the secondary ion beam I2 in the configuration shown in FIG.
2 is a diagram illustrating an example of a Raybus showing a first-order α convergence characteristic, where the solid line indicates the convergence characteristic of the crossover point formed by the secondary ion beam from the surface of the sample 200, and the convergence characteristic of the cross-over point formed by the secondary ion beam The convergence characteristics of the image point or object point (hereinafter referred to as image point) on the plane are shown by broken lines, respectively.

二次イオンビームI2は試料面を出射した後、偏向器り
、の作る偏向電場のみによって偏向を受ける。第3図と
第4図とを比較すれば容易に理解できるように、この構
成では、像点の結像点11は偏向電場の中点にあるため
、像点に関してはエネルギー分散は生じないが、クロス
オーバー点に関しては、偏向電場により、第4図の02
の位置でエネルギー分散を生じる。この場合、クロスオ
ーバー点C2の位置で生じるエネルギー分散yδ、は、
エネルギーをV、二次イオンビームのエネルギー幅をΔ
Vとすると、y6 、 :8.9ΔV / V (+*
m )程度であり、■=5kv1 Δv=50vとして
、yδa:0.Imm程度の分散を生じる。従って、ク
ロスオーバー点C2の位置に入口スリットSoを配置す
ることによって、質量分析系12に導入される二次イオ
ンビームエ2のエネルギーを制限することができる。
After the secondary ion beam I2 exits the sample surface, it is deflected only by the deflection electric field created by the deflector. As can be easily understood by comparing FIG. 3 and FIG. 4, in this configuration, the image point 11 of the image point is located at the midpoint of the deflection electric field, so no energy dispersion occurs regarding the image point. , regarding the crossover point, due to the deflection electric field, 02 in Fig. 4
Energy dispersion occurs at the position. In this case, the energy dispersion yδ, occurring at the position of the crossover point C2, is
The energy is V, and the energy width of the secondary ion beam is Δ.
When V, y6, :8.9ΔV/V (+*
m ), and assuming ■ = 5kv1 Δv = 50v, yδa: 0. A dispersion of approximately Imm is generated. Therefore, by arranging the entrance slit So at the crossover point C2, the energy of the secondary ion beam A2 introduced into the mass spectrometry system 12 can be limited.

このようにして二次イオンビームI2を、その有してい
るエネルギーによって選択できると同時に、エネルギー
幅をある程度制限することによらて像面でのエネルギー
収差を低減することができる。
In this way, the secondary ion beam I2 can be selected depending on the energy it has, and at the same time, by limiting the energy width to some extent, energy aberrations on the image plane can be reduced.

また、二次イオンビームI2は、引き出しレンズL1と
レンズL2によって入口スリット5o17)位置にある
クロスオーバー点C2でエネルギーの制限を受ける。ま
た像I2は引き出しレンズL1およびレンズL2の作用
により、約10倍の拡大像になっている。この像Isは
、第1拡大レンズ系11により更に約10倍程度に拡大
される。第1拡大レンズ系11は、例えば、同一構造の
Elnzelレンズを用いて、第5図に示すように、L
TI+ LT2 r LT3の3段のレンズで構成され
、更にレンズLT2は、倍率を可変できるように、矢印
で示すように二次イオンビーム軸に沿って移動可能とな
されている。そして、該第1拡大レンズ系11によって
、入口スリットSoの位置のクロスオーバー点C2の像
は重畳場入口スリットSo′の位置に移されることにな
り、また、試料の機工2の拡大像I3はクロスオーバー
点の像Cs と独立に可変できるようになされており、
該像I8は重畳場内の適当な位置に結像される。いま、
各部の寸法が第5図のようになされているとすると、該
第1拡大レンズ系11におけるクロスオーバー倍率Me
およびイメージ倍率MIはそれぞれ次の式で表される。
Further, the energy of the secondary ion beam I2 is limited by the extraction lens L1 and the lens L2 at the crossover point C2 located at the entrance slit 5o17) position. Furthermore, the image I2 is enlarged approximately 10 times by the action of the extraction lens L1 and the lens L2. This image Is is further magnified by about 10 times by the first magnifying lens system 11. The first magnifying lens system 11 uses, for example, an Elnzel lens with the same structure, and as shown in FIG.
It is composed of three stages of lenses: TI+ LT2 r LT3, and the lens LT2 is movable along the secondary ion beam axis as shown by the arrow so that the magnification can be varied. Then, by the first magnifying lens system 11, the image of the crossover point C2 at the position of the entrance slit So is moved to the position of the superimposed field entrance slit So', and the enlarged image I3 of the sample mechanism 2 is It is designed so that it can be varied independently of the image Cs of the crossover point,
The image I8 is focused at a suitable position within the superimposed field. now,
Assuming that the dimensions of each part are as shown in FIG. 5, the crossover magnification Me in the first magnifying lens system 11 is
and image magnification MI are respectively expressed by the following formulas.

Me = (a/d)X (e/b)=n a/b”1
22)M+ = 1/Me =b/n a      
 ・・・(23)但し、O<n<1である。
Me = (a/d)X (e/b)=n a/b”1
22) M+ = 1/Me = b/n a
...(23) However, O<n<1.

クロスオーバー点C3の像は質量分析系12の重畳場に
より、該重畳場の出口よりノ(=30D:第1図参照)
だけ離れて配置されている出口スリットScの位置に移
されて、クロスオーバー点C4となる。そして、該出口
スリットScの位置においてイオンの質量の分離が行わ
れる。
The image of the crossover point C3 is generated by the superimposed field of the mass spectrometry system 12, and is formed from the exit of the superimposed field (=30D: see Figure 1).
The cross-over point C4 is moved to the position of the exit slit Sc, which is located at a distance of 1. Then, the mass separation of the ions is performed at the position of the exit slit Sc.

重畳場内の適当な位置に結像された試料面の機工3は、
第2拡大レンズ系26により更に4〜5倍に拡大されて
最終的な像!pが結像面29上に生ずる。
The mechanism 3 of the sample surface imaged at an appropriate position within the superimposed field is
The final image is further enlarged 4 to 5 times by the second magnifying lens system 26! p occurs on the imaging plane 29.

次に、偏向器D+ 、D2の構成を第6図を参照して説
明する。第6図(a)は偏向器の平面図、同図(b)は
第6図(a)のA−Aから見た側面図であり、図中Oは
二次イオンビーム軸を示す。
Next, the configuration of the deflectors D+ and D2 will be explained with reference to FIG. FIG. 6(a) is a plan view of the deflector, and FIG. 6(b) is a side view taken from AA in FIG. 6(a), where O indicates the secondary ion beam axis.

二次イオンビーム軸Oの上下には、それぞれ、上側抵抗
膜電極40、下側抵抗膜電極41が配置され、内側電極
42および外側電極43により所定の間隔をもって配置
される。上側抵抗膜電極4−Oおよび下側抵抗膜電極4
1は、それぞれ、抵抗膜上に、例えば0.2m+s幅の
白金からなる線吠電極が、例えば2.5ms+のピッチ
で形成されている。従って、例えば、内側電極42に所
定の負の電位を、外側電極43に正の電位を与えると、
上側抵抗膜電極40と下側抵抗膜電極41との間に形成
される等電位面は第6図(b)の46で示すようになり
、従って、電場は図の矢印47で示す方向となるから、
正の電荷を宵する二次イオンビームは矢印47とは反対
の方向、即ち内側電極42側に曲げられることになる。
An upper resistive film electrode 40 and a lower resistive film electrode 41 are arranged above and below the secondary ion beam axis O, respectively, and are arranged at a predetermined interval by an inner electrode 42 and an outer electrode 43. Upper resistive film electrode 4-O and lower resistive film electrode 4
1, wire electrodes made of platinum and having a width of, for example, 0.2 m+s are formed on the resistive film at a pitch of, for example, 2.5 ms+. Therefore, for example, if a predetermined negative potential is applied to the inner electrode 42 and a positive potential is applied to the outer electrode 43,
The equipotential surface formed between the upper resistive film electrode 40 and the lower resistive film electrode 41 is as shown by 46 in FIG. 6(b), and therefore the electric field is in the direction shown by arrow 47 in the figure. from,
The secondary ion beam carrying a positive charge is bent in the opposite direction to the arrow 47, that is, toward the inner electrode 42.

なお、第6図(a)において、44.45で示すものは
シャント板であり、偏向器の入口および出口にそれぞれ
所定の間隔dをもって配置されている。
In FIG. 6(a), shunt plates 44 and 45 are arranged at a predetermined distance d at the entrance and exit of the deflector, respectively.

このように、偏向電場を平行平板上に形成した線条多電
極により形成することにより、球面電場と同等な立体収
束を生ずる場、即ち縦方向と横方向の収束精度が同等に
収束する場を得ることができるものである。
In this way, by forming a deflection electric field using a multi-wire electrode formed on a parallel plate, we can create a field that produces three-dimensional convergence equivalent to a spherical electric field, that is, a field that converges with equal convergence accuracy in the vertical and horizontal directions. It is something that can be obtained.

以上述べたように、上記の実施例によれば、■一次ビイ
オンビーム二次イオンビームと同軸で、しかも試料面に
対して直角に入射させることができるので構成が簡単に
なる ■偏向電場により質量分析系の重畳場の入口スリットS
oの位置でイオンのエネルギーの選択を行うことができ
る という効果を得ることができるものである。
As described above, according to the above embodiment, ■ The configuration is simplified because the primary bio-ion beam and the secondary ion beam can be made coaxial and perpendicular to the sample surface. ■ The deflection electric field Entrance slit S of superimposed field of mass spectrometry system
It is possible to obtain the effect that the energy of the ion can be selected at the position o.

次に、本発明の他の実施例を第7図を参照して説明する
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第7図においては、偏向器D1の前段、即ち、二次イオ
ンビームが入射する側には減族レンズ50が、後段には
加速レンズ51が配置された構成となされている。減速
レンズ50および加速レンズ51は共に二つの円筒レン
ズV+、Vaで構成されており、円筒レンズVIは接地
電位に、円筒レンズv2は所定の正の電位、例えば4k
V、  になされる。従って、いま、二次イオンビーム
のエネルギーが5keVとすると、該二次イオンビーム
は減速レンズ50により1keVに減速され、偏向器D
+で偏向された後、加速レンズ51により再び5keV
に加速される。
In FIG. 7, a reduction group lens 50 is disposed before the deflector D1, that is, on the side where the secondary ion beam is incident, and an accelerating lens 51 is disposed after the deflector D1. Both the deceleration lens 50 and the acceleration lens 51 are composed of two cylindrical lenses V+ and Va, where the cylindrical lens VI is at ground potential and the cylindrical lens v2 is at a predetermined positive potential, for example 4k.
V, is done. Therefore, if the energy of the secondary ion beam is now 5 keV, the secondary ion beam is decelerated to 1 keV by the deceleration lens 50, and the deflector D
After being deflected by +, it is again 5keV by the acceleration lens 51.
is accelerated to

このような構成を採用する理由は二次イオンビームのエ
ネルギー分散を大きくするためであって、具体的には次
のようである。第1図に示す構成においては、一次イオ
ンビームを二次イオンビームと同軸で試料に略直角に入
射させ、且つ偏向器Dッの偏向電場により二次イオンビ
ームのエネルギー幅を制限しながら二重収束で立体収束
を行うようにしたのであるが、エネルギー分散が少ない
ためにスリット系にアンバランスを生じることがあると
いう問題がある。即ち、上述したように、第4図のクロ
スオーバー点C2の位置におけるエネルギー分散yδ、
は、エネルギーをV=5keV。
The reason for adopting such a configuration is to increase the energy dispersion of the secondary ion beam, and the specific reason is as follows. In the configuration shown in Figure 1, the primary ion beam is coaxial with the secondary ion beam and is incident on the sample at approximately right angles, and the energy width of the secondary ion beam is limited by the deflection electric field of the deflector D. Although steric convergence is performed by convergence, there is a problem in that unbalance may occur in the slit system due to low energy dispersion. That is, as mentioned above, the energy dispersion yδ at the position of the crossover point C2 in FIG.
The energy is V=5keV.

エネルギー幅ΔV=50eVとすると、約0.1 vI
■程度であり、このとき、スリットの高さを1嘗lとす
ると、二次イオンビームの引き出し時に生じる試料面上
での最小錯乱円と称される収差は24μmとなり、空間
分解能が制限されることになる。
If the energy width ΔV=50eV, approximately 0.1 vI
At this time, if the height of the slit is 1 mil, the aberration called the circle of least confusion on the sample surface that occurs when extracting the secondary ion beam is 24 μm, which limits the spatial resolution. It turns out.

従って、空間分解能を向上させるためには、エネルギー
幅ΔV従ってスリットの幅を制限するか、もしくはスリ
ットの高さを制限する必要があるが、一方、要求される
質量分解能がR=M/ΔM= 300であるとすると、
必要なスリット幅は約1.0請■、スリットの高さは約
2.0mm となり、スリット系にアンバランスを生じ
るのである。これは第1図に示す構成ではエネルギー分
散が小さいためであり、従って、質量分解能と空間分解
能のバランスを保つにはエネルギー分散を大きくする必
要がある。
Therefore, in order to improve the spatial resolution, it is necessary to limit the energy width ΔV and therefore the width of the slit or the height of the slit. On the other hand, the required mass resolution is R=M/ΔM= If it is 300,
The required slit width is approximately 1.0 mm, and the slit height is approximately 2.0 mm, which causes an imbalance in the slit system. This is because the configuration shown in FIG. 1 has a small energy dispersion, and therefore, in order to maintain a balance between mass resolution and spatial resolution, it is necessary to increase the energy dispersion.

また第1図の構成においてはイオン像の拡大率が大き過
ぎることが問題となっていた。即ち、第4図に示すレイ
バスの場合イメージの拡大率は約12倍であり、第1拡
大レンズ系11の前段で既に大きな拡大率が得られてい
る。しかし、質量分析系12においては、入射されるイ
オンビームの拡大率が大きい場合には収差が生じるので
、質量分析系12の前段で拡大率が大きくなることは必
ずしも好ましいことではない。勿論、上述したように、
第1拡大レンズ系11の中間に配置されているレンズL
TIを適宜移動させることによりイメージを縮小するこ
とは可能ではあるが、拡大されているものを縮小するこ
とは効率が悪い上に1、実際的には第1拡大レンズ系1
2で行える倍率調整の範囲はそれほど広いものではない
Furthermore, the configuration shown in FIG. 1 has a problem in that the magnification of the ion image is too large. That is, in the case of the Raybus shown in FIG. 4, the image magnification is approximately 12 times, and a large magnification is already obtained before the first magnifying lens system 11. However, in the mass spectrometry system 12, aberrations occur when the magnification factor of the incident ion beam is large, so it is not necessarily preferable that the magnification factor becomes large at the front stage of the mass spectrometry system 12. Of course, as mentioned above,
Lens L arranged in the middle of the first magnifying lens system 11
Although it is possible to reduce the image by moving the TI appropriately, it is not efficient to reduce the image that has been enlarged.
The range of magnification adjustment that can be done with 2 is not that wide.

第7図に示す構成は、偏向電場の前段において二次イオ
ンビームを減速させることによってエネルギー分散を向
上させ、また、イオン像の拡大率を任意に変化できるよ
うにして、上述した、第1図に示す構成が有する課題を
解決するものであり、その動作を第8図に示すレイパス
の例により説明する。なお、以下、Dllは、減速レン
ズ、加速レンズを構成する円筒レンズの直径を示す。な
お、第7図において、一次イオンビームは、図中A方向
より、偏向器D+ に入射する二次イオンビームと同軸
で逆方向に入射され、そして減速レンズ50を通り、試
料20に略直角に照射するようになされている。
The configuration shown in FIG. 7 improves energy dispersion by decelerating the secondary ion beam before the deflection electric field, and also allows the magnification of the ion image to be changed arbitrarily. This system solves the problem of the configuration shown in FIG. 8, and its operation will be explained using an example of a ray pass shown in FIG. Note that, hereinafter, Dll indicates the diameter of the cylindrical lens constituting the deceleration lens and the acceleration lens. In FIG. 7, the primary ion beam enters the deflector D+ from direction A in the opposite direction and coaxially with the secondary ion beam, passes through the deceleration lens 50, and enters the sample 20 at approximately right angles. It is designed to irradiate.

試料20の表面から引き出された二次イオンビームは、
イオン像に関してはレンズL+ により平行ビームとな
され、また、クロスオーバー点はレンズL1により、レ
ンズL1より4.4Dだけ離れた位置、即ち、減速レン
ズ60のセンターであるLDI の位置に01として結
像される。イオン像の平行ビームは減速レンズ50によ
り減速されると共に、減速レンズ50の収束作用により
、その第2主面PP+aの位置で曲げられ、焦点距離f
2で図中11で示すように結像するが、この位置は第7
図に示すように偏向電場の中央の位置となるようになさ
れている。加速レンズ51は偏向電場の中心に関して、
減速レンズ50と対称な位置と構造を有する。従って、
イオン像は、加速レンズ51の第2主面PP12で曲げ
られて再び平行ビームとなり、減速レンズ50に入射し
たときと同じ高さで加速レンズ51から出射する。従っ
て、イオン像のビームレイに関してはエネルギー分散は
生じないものである。
The secondary ion beam extracted from the surface of the sample 20 is
The ion image is made into a parallel beam by the lens L+, and the crossover point is imaged as 01 by the lens L1 at a position 4.4D away from the lens L1, that is, at the position of LDI, which is the center of the deceleration lens 60. be done. The parallel beam of the ion image is decelerated by the deceleration lens 50, and is bent at the position of its second principal surface PP+a by the converging action of the deceleration lens 50, and the focal length f
2, the image is formed as shown by 11 in the figure, but this position is the 7th
As shown in the figure, it is positioned at the center of the deflection electric field. With respect to the center of the deflection electric field, the accelerating lens 51
It has a position and structure symmetrical to the deceleration lens 50. Therefore,
The ion image is bent by the second principal surface PP12 of the accelerating lens 51 to become a parallel beam again, and exits from the accelerating lens 51 at the same height as when it enters the decelerating lens 50. Therefore, no energy dispersion occurs regarding the beam ray of the ion image.

これに対して、クロスオーバー点に関しては、減速レン
ズ50の第1主面PP、+ で平行となされ、更に加速
レンズ51の第1主面PP21 で曲げられて出射され
るが、加速レンズ51の中心であるLD2の位置から5
.0D@だけ離れた位置に02として結像される。ここ
で、クロスオーバー点c1に対するクロスオーバー点C
2の像倍率Meは、略1、Oとなるように設定される。
On the other hand, the crossover point is made parallel to the first principal surface PP,+ of the deceleration lens 50, and is further bent by the first principal surface PP21 of the accelerating lens 51 and exits. 5 from the center LD2 position
.. The image is formed as 02 at a position 0D@ apart. Here, crossover point C for crossover point c1
The image magnification Me of 2 is set to approximately 1.0.

また、イオン像の像倍率M+ は、レンズL1とレンズ
L2との間で平行ビームとなるので、M+ = f L
2/ f t+で表されるが、ここで、fLl=7D/
3であり、また、f+、2はレンズL2の焦点距離d1
 であるから、結局、イオン像位置■2までのトータル
の倍率は、M +2  = (2/3)X (3/7)
X (d +/ D )となる。
Also, the image magnification M+ of the ion image becomes a parallel beam between the lens L1 and the lens L2, so M+ = f L
2/ f t+, where fLl=7D/
3, and f+,2 is the focal length d1 of the lens L2.
Therefore, the total magnification up to ion image position ■2 is M +2 = (2/3)X (3/7)
X (d+/D).

第1拡大レンズ系11は、第5図に示すと同様ニ3 個
L/ 7 スL r I+ L□2+Lt3で構成され
ており、レンズLtsの位置に第4のクロスオーバー点
が結像される。該第4のクロスオーバー点c4は質量分
析系12の物点となっており、レンズLtaによりイオ
ン像Iは重畳場の中心位置に14として結像されるよう
になされている。
The first magnifying lens system 11 is composed of three L/7 lenses L/7 lenses L2+Lt3 as shown in FIG. 5, and the fourth crossover point is imaged at the position of the lens Lts. . The fourth crossover point c4 is an object point of the mass spectrometry system 12, and the ion image I is focused as 14 at the center position of the superimposed field by the lens Lta.

第8図に示すレイパスにおけるイオン像の像倍率および
エネルギー分散は次のようである。いま、クロスオーバ
ー点C4より質量分析系12の重畳場の中心までの距離
を、g=eonとすると、イオン像I4までのトータル
のイオン像の像倍率M+は、 M+:M+2XM+t=(2/3)X(3/7)X(d
+/ d2)X (60b / a ) = 17.14X(d+/ d2)X (b/ a )
    ”(24)となる。但し、M+τは第1拡大レ
ンズ系11のイオン像に関する像倍率であり、M+y=
(b/d2)X(GOD/a)で表される。
The image magnification and energy dispersion of the ion image in the ray path shown in FIG. 8 are as follows. Now, if the distance from the crossover point C4 to the center of the superimposed field of the mass spectrometry system 12 is g=eon, the image magnification M+ of the total ion image up to the ion image I4 is M+:M+2XM+t=(2/3 )X(3/7)X(d
+/d2)X (60b/a) = 17.14X(d+/d2)X (b/a)
”(24). However, M+τ is the image magnification regarding the ion image of the first magnifying lens system 11, and M+y=
It is expressed as (b/d2)X(GOD/a).

また、エネルギー分散yδ、は、 で求められるが、いま、y/θ@ = f + D 1
1= 3.59Ds とし、U=1kev1 U11=
5kev1 そして、偏向器D1の偏向電場の角度をφ
=30’  (=0゜5236 rad)とすると、 yδ。=4G、24Dsδ、(、、)        
・・・(26)となる。ここで、δ、はイオンビームの
有するエネルギーに対してどれだけのエネルギー幅をと
ることができるかを示す比率であり、例えば、エネルギ
ーを5 k e VN  エネルギー幅を50Vとする
と、5015000= 1/1000 トイウ値に: 
ナル。マタ、D。
Also, the energy dispersion yδ, can be found as follows, but now, y/θ@ = f + D 1
1=3.59Ds, U=1kev1 U11=
5kev1 Then, the angle of the deflection electric field of the deflector D1 is φ
=30' (=0°5236 rad), then yδ. =4G, 24Dsδ, (,,)
...(26). Here, δ is a ratio indicating how much energy width can be taken with respect to the energy possessed by the ion beam. For example, if the energy is 5 k e VN and the energy width is 50 V, 5015000 = 1/ 1000 to value:
Naru. Mata, D.

はcm単位で計った値である。is a value measured in cm.

これに対して、第4図に示すレイパスにおけるイオン像
の像倍率M + ’  および、エネルギー分散yδ、
′は、レイパスから計算すると、M+’ :47.24
b/ a            ・・・(27)y 
δ 、’   =9.31 δ −(mu  )   
                    ・・・ (
28)であり、(2G)式で示されるエネルギー分散は
、第4図に示すレイパスに比較して5倍程度向上してい
ることが分かる。また、像倍率のパラメータはal  
bに加えて、d+  、a2が加わり、d + / d
 *の比を変えることにより、最低10倍ぐらいから任
意に変えることができるので、像倍率の変化幅を大きく
することができるものである。
On the other hand, the image magnification M + ' of the ion image in the ray path shown in FIG. 4 and the energy dispersion yδ,
' is calculated from the ray path, M+': 47.24
b/a...(27)y
δ,' = 9.31 δ − (mu)
... (
28), and it can be seen that the energy dispersion shown by equation (2G) is improved by about five times compared to the ray path shown in FIG. In addition, the image magnification parameter is al
In addition to b, d+ and a2 are added, resulting in d + / d
By changing the ratio *, it can be arbitrarily changed from a minimum of about 10 times, so the range of change in image magnification can be increased.

このように、第7図の構成によれば、イオン像のレイパ
スが減速レンズ系に平行ビームで入出射させることがで
きるため、クロスオーバー点C1の減速レンズ系に対す
る位置は、(24)式および(26)式を保持したまま
自由に変えることができるものである。
As described above, according to the configuration shown in FIG. 7, the ray path of the ion image can enter and exit the deceleration lens system as a parallel beam, so the position of the crossover point C1 with respect to the deceleration lens system can be calculated using equation (24) and Equation (26) can be freely changed while maintaining it.

第7図、第8図に示す実施例においては、クロスオーバ
ー点C1は減速レンズ50の中心Lo+ に位置するよ
うになされているが、減速レンズ50の前焦点の位置に
位置させることも可能であり、そのときのレイパスを第
9図に示す。イオン像については、レンズL+ で平行
ビームとなされ、減速レンズ50の第2主面PP+aで
曲げられて偏向電場の中心位置で11として結像し、更
に加速レンズ51の第2主面PP22で平行ビームとな
されることは第8図に示すレイパスと同様であり、また
、クロスオーバー点についても同様に、減速レンズ50
の第1主面PP++ で平行ビームとなされ、加速レン
ズ51の第1主面PPe+ で再び曲げられるようにな
されている。
In the embodiments shown in FIGS. 7 and 8, the crossover point C1 is located at the center Lo+ of the deceleration lens 50, but it may also be located at the front focal point of the deceleration lens 50. Figure 9 shows the ray path at that time. The ion image is made into a parallel beam by the lens L+, bent by the second principal surface PP+a of the deceleration lens 50, and formed into an image as 11 at the center position of the deflection electric field, and further parallelized by the second principal surface PP22 of the acceleration lens 51. What is done with the beam is the same as the ray path shown in FIG. 8, and the crossover point is similarly
The beam is made into a parallel beam by the first principal surface PP++ of the accelerating lens 51, and is bent again by the first principal surface PPe+ of the accelerating lens 51.

第9図に示すレイパスを得るための構成の一例を第10
図(a)に示すが、この場合には、クロスオーバー点C
1およびC2の双方の位置にスリットを配置することが
できるので、二次イオンビームのエネルギー幅を制限す
ることができ、従って、分解能を向上させることができ
る。また、第10図(a)においては、偏向器DIの偏
向角は30@となされており、二次イオンのエネルギー
を1keVとすると、偏向電場の回転曲率半径を図のよ
うに50i箇 と小さくすることができるため、装置を
コンパクトに構成することができる。なお、上記の説明
では、減速は金属円筒電極の接続点(Mld foca
l point)でディスクリートに行う場合について
述べたが、減速を何段かに分けて行ってもよいし、ある
いは連続的に行うことも可能であることは当業者に明ら
かである。また、第9図に示すように、クロスオーバー
点CIの位置を減速レンズの前焦点の位置に置くための
構成としては、第10図(b)、(c)、または(d)
に示すような構成とすることもできるものであり、これ
らの場合にも、第10図(a)に示す構成と同様に、ク
ロスオーバー点C8およびC2の双方の位置にスリット
を配置することができるので、二次イオンビームのエネ
ルギー幅を制限することができ、従って、分解能を向上
させることができるものである。
An example of the configuration for obtaining the ray path shown in FIG.
As shown in Figure (a), in this case, the crossover point C
Since the slits can be placed at both positions 1 and C2, the energy width of the secondary ion beam can be restricted, and the resolution can therefore be improved. In addition, in Fig. 10(a), the deflection angle of the deflector DI is set to 30@, and if the energy of the secondary ions is 1 keV, the radius of rotational curvature of the deflection electric field is as small as 50i as shown in the figure. Therefore, the device can be configured compactly. In addition, in the above explanation, deceleration is performed at the connection point of the metal cylindrical electrode (Mld focus
Although the case where the deceleration is performed discretely at 1 point) has been described, it is clear to those skilled in the art that the deceleration may be performed in several stages or may be performed continuously. Further, as shown in FIG. 9, the configuration for placing the crossover point CI at the front focal point of the deceleration lens is as shown in FIG. 10 (b), (c), or (d).
It is also possible to adopt a configuration as shown in FIG. 10(a), and in these cases as well, slits can be placed at both the crossover points C8 and C2, similar to the configuration shown in FIG. 10(a). Therefore, the energy width of the secondary ion beam can be limited, and the resolution can therefore be improved.

以上のように、二次イオンビームに対して、偏向電場の
前段に減速レンズを、後段には加速レンズを配置するこ
とによってイオン像のレイパスをこの系に対して平行に
入出射させることにより、■イオン像空間分解能のエネ
ルギー収差および質量分解能の双方を規制しているスリ
ットの幅と高さに要求されるアンバランスを解消し、適
正化することが可能である、■イオン像に関する像倍率
を低倍率から高倍率までスムーズに変化できるのでイオ
ン像の像倍率を適正化することが可能である、という効
果を得ることができるものである。
As described above, for the secondary ion beam, by placing a deceleration lens in the front stage of the deflection electric field and an acceleration lens in the rear stage, the ray path of the ion image is caused to enter and exit parallel to this system. ■It is possible to eliminate and optimize the imbalance required in the width and height of the slit, which regulates both the energy aberration of the ion image spatial resolution and the mass resolution.■It is possible to optimize the image magnification for the ion image. Since the magnification can be changed smoothly from low magnification to high magnification, it is possible to obtain the effect that the image magnification of the ion image can be optimized.

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上
記実施例に限定されるものではな(、種々の変形が可能
であり、特に、各部の寸法については種々の値をとるこ
とができるものであることは当業者に明らかであろう。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments (various modifications are possible, and in particular, the dimensions of each part can take various values). It will be obvious to those skilled in the art that

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係る写像型イオンマイクロアナライザ
の1実施例の構成を示す図、第2図は偏向電場における
一次イオンビームおよび二次イオンビームの軌道を示す
図、第3図は具体的な構成例を示す図、第4図は第3図
に示す構成におけるレイパスを示す図、第5図は第1拡
大レンズ系の構成例を示す図、第8図は偏向器の具体例
を示す図、第7図は本発明に係る写像型イオンマイクロ
アナライザの第2の実施例を示す図、第8図は第7図に
示す構成におけるレイパスの例を示す図、第9図は他の
レイパスの例を示す図、第10図は第9図に示すレイパ
スを達成するための構成例を示す図、第11図は従来の
重畳場を有する写像型イオンマイクロアナライザの構成
例を示す図、第12図は重畳場発生手段の概略を示す図
、第13図は!=0のトロイダル電場の分布を説明する
ための図である。 10・・・イオン引き出し部、11・・・第1拡大レン
ズ系、12・・・質量分析系、13・・・検出系、10
・・・試料、21・・・引き出しスリット、22・・・
引き出しレンズ、26・・・第2拡大レンズ系、27・
・・イオンマルチプライヤ、28・・・アノード、29
・・・結像面、11・・・一次イオンビーム、Ill・
・・二次イオンビーム、LI ・・・引き出しレンズ、
D+ s Da・・・偏向器、L2・・・レンズ、So
・・・入口スリット、Sc・・・出口スリット。 出  願  人 日本電子株式会社
Fig. 1 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the mapping type ion microanalyzer according to the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the trajectories of the primary ion beam and secondary ion beam in the deflection electric field, and Fig. 3 is a diagram showing the specific FIG. 4 is a diagram showing a ray path in the configuration shown in FIG. 3, FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the first magnifying lens system, and FIG. 8 is a diagram showing a specific example of the deflector. 7 is a diagram showing a second embodiment of the mapping type ion microanalyzer according to the present invention, FIG. 8 is a diagram showing an example of a ray path in the configuration shown in FIG. 7, and FIG. 9 is a diagram showing another ray path. FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration for achieving the ray path shown in FIG. Figure 12 is a diagram showing an outline of the superimposed field generation means, and Figure 13 is! FIG. 3 is a diagram for explaining the distribution of a toroidal electric field of =0. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Ion extraction part, 11... First magnifying lens system, 12... Mass spectrometry system, 13... Detection system, 10
...Sample, 21...Drawer slit, 22...
Pull-out lens, 26...Second magnifying lens system, 27.
...Ion multiplier, 28...Anode, 29
...Imaging plane, 11...Primary ion beam, Ill.
・Secondary ion beam, LI ・Extractor lens,
D+ s Da... Deflector, L2... Lens, So
...Entrance slit, Sc...Exit slit. Applicant: JEOL Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)質量分析系を有する写像型イオンマイクロアナラ
イザにおいて、一次イオンビームの軌道が二次イオンビ
ームの軌道と同軸で、且つ二次イオンビームの方向とは
逆方向となされていることを特徴とする写像型イオンマ
イクロアナライザ。
(1) A mapping type ion microanalyzer having a mass spectrometry system, characterized in that the trajectory of the primary ion beam is coaxial with the trajectory of the secondary ion beam, and in the opposite direction to the direction of the secondary ion beam. Mapping type ion microanalyzer.
(2)一次イオンビームおよび二次イオンビームを偏向
する偏向電場を備え、該偏向電場の二次イオンビームが
入射する側に減速電場を、出射する側に加速電場を備え
ることを特徴とする請求項1記載の写像型イオンマイク
ロアナライザ。
(2) A claim characterized in that a deflection electric field is provided for deflecting the primary ion beam and the secondary ion beam, and a deceleration electric field is provided on the side of the deflection electric field where the secondary ion beam enters, and an acceleration electric field is provided on the side from which the secondary ion beam exits. The mapping type ion microanalyzer according to item 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013054937A1 (en) * 2011-10-13 2013-04-18 Canon Kabushiki Kaisha Mass spectrometer
KR101687946B1 (en) * 2016-06-21 2016-12-20 이현용 Table corrosion-resistant caps

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