JPH0378952A - 写像型イオンマイクロアナライザ - Google Patents

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】 ［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）に関するものである。

［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、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し、且つ、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るよ
うにした重畳場を有する写像型ＩＭＡを拠案した。その
例を第４図に示す。

第４図において、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、２９は結像面、Ｉ＋　は一次イ
オンビームＮ　　Ｉ２　は二次イオンビーム、Ｌｌ、は
引き出しレンズ、ＤＩＩＤ２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。

第４図に示す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Ｌ　Ｉ　Ｎ　　偏向器Ｉ）
＋　＋　Ｄｏ、レンズＬ２、そして入口スリットＳｏ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Ｄ２で偏向され、次に同じく電場で構成
される偏向器Ｄ１で偏向され、引き出しレンズＬ１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Ｉ２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Ｌ１を通って偏向器Ｄ＋　で偏向を受
け、軌道を曲げられ、レンズＬ　２、入口スリットＳ０
１　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おり、このような
構成により、二重収束で、且つ、立体収束を満足させる
ことができる。

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、一次イオンビーム軸は、二次イオンビーム
Ｉ２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■１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Ｉ２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。

偏向器Ｄ＋　、Ｄａの構成は第５図に示されるようであ
る。第５図（ａ）は偏向器の平面図、同図（ｂ）は第５
図（ａ）のＡ−Ａから見た側面図であり、図中０は二次
イオンビーム軸を示す。

二次イオンビーム軸０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４０および下側抵抗膜電極４１
は、それぞれ、抵抗膜上に、例えば０．２ｍｍ幅の白金
からなる線状電極が、例えば２．５璽■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５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
荷を存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。なお、
第５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。

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。

以上の構成によれば、 ■−二次オンビームを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。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第４図に示す構成においては、試料とし
て′電気絶縁性を育する物質を用いる場合には、一次イ
オンビームの照射によるチャージアップのために、イオ
ン引き出し部１０の場に乱れを生じ、その結果、得られ
る像に歪、あるいはぼけが生じたり、結像位置が移動す
ることがあり、このために写像型ＩＭＡで電気絶縁物の
分析を行う場合にはチャージの中和のために試料面に電
子線を照射する等の作業を行わなければならず、煩わし
いものであった。

試料のチャージアップの問題を解決する手段の一つとし
て、走査型ＩＭＡで行われているように、一次イオンビ
ームを細く絞り込んで試料に照射し、得られる二次イオ
ンを信号として検出するようにすることが考えられるが
、第４図に示す構成では一次イオンビームの最終段のレ
ンズから試料面までの距離が長いため、一次イオンビー
ムを絞れないという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、写像型
ＩＭＡにおいて一次イオンビームを細く絞り込むことが
でき、以て走査型ＩＭＡにも対応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。

［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、質量分析系を有し、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写像型
イオンマイクロアナライザにおいて、試料の近傍に、試
料側から、一次イオンビームに対しては減速レンズとし
て機能し、二次イオンビームに対しては加速レンズとし
て機能する第１のレンズ、および、一次イオンビームに
対しては加速レンズとして機能し、二次イオンビームに
対しては減速レンズとして機能する第２のレンズを配置
することを特徴とする。

［作用および発明の効果コ 本発明においては、一次イオンビーム、二次イオンビー
ムの同軸人出対型イオン用き出し部において、一次イオ
ンビームに対しては減速レンズとして機能し、二次イオ
ンビームに対しては加速レンズとして機能する第１のレ
ンズＬ１と、一次イオンビームに対しては加速レンズと
して機能し、二次イオンビームに対しては減速レンズと
して機能する第２のレンズＬ２を組み合わせて用いるこ
とにより一次イオンビームを細く絞ることが可能である
ので、特に、電気絶縁性を有する試料の分析等に有利で
ある。

［実施例コ 以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

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
のイオン引き出し部の構成を示す図であり、図中、１．
２．３は一次イオンビームの軌道、４は二次イオンビー
ムの軌道、２０は試料面、２１は引き出しスリット、Ｌ
ｌ、は第ルンズ、Ｌｌ２は第２レンズ、Ｌｌ３は第３レ
ンズ、Ｄ＋　＋　Ｄａは偏向器を示す。

第１図において、図示しないイオン源から放射された一
次イオンビームは、偏向器Ｄ＋　　、Ｄａにより偏向さ
れて、第１０の１．２または３の軌道を通り、第２レン
ズＬ１２、第２レンズＬ１２、そして引き出しスリット
２１を通って試料面２０に略直角に入射するようになさ
れている。

このような構成において、いま、試料２０として電気絶
縁性を有する物質を考えると、電気絶縁性の試料の分析
を行う場合には、一次イオンとしてプラスのセシウムイ
オン、即ちＣｓ◆を使用し、二次イオンとしては一次イ
オンとは逆極性のマイナスイオンを引き出すようにする
ことが多いので、一次イオンビームはＣ８′″イオン、
試料２０の表面から引き出される二次イオンはマイナス
イオンの場合を取り上げて説明することにする。

一次イオンビームは偏向器Ｄ＋　、Ｄａで偏向され、二
次オンビームと同軸で試料に入射される際に第１図中１
，２または３で示すような軌道をとるが、一次イオンビ
ームの極性が二次イオンビームの極性と逆極性である場
合には、図中３でしめずような軌道となる。なお、図中
１は一次イオンビームと二次イオンビームの極性が同じ
場合であって、加速エネルギーが１０ｋｅＶ以下の低加
速時の軌道を示し、２は同じく一次イオンビームと二次
イオンビームの極性が同じ場合であって、加速エネルギ
ーが２０ｋｅＶ以上の高加速時の軌道を示すものであり
、参考までに図示しているものである。

次に、イオン引き出し部の具体的な構成例およびそのレ
イパスを第２図、第３図を参照して説明する。

第２図はイオン引き出し部の具体的な構成の例を示す図
であり、試料２０の直前には、試料２０の表面側から、
Ｅｌｎｚｅｌレンズで構成される第２レンズＬＩ２Ｎ　
　および、同じ（Ｅ［ｎｚｅｌレンズで構成される第２
レンズＬＩ２の二つのレンズが配置されている。そして
、第２図においては、第ルンズＬ目の試料２０の側の電
極が引き出しスリット２１を兼用している。なお、第２
図および第３図においては図示されている寸法は試料２
０と引き出しスリット２１の距離りにより標準化されて
おり、Ｄは例えば５１嘗　となされる。

さて、図示しないイオン源から放射され、１５ｋｅＶ　
〜２０ｋｅｖ　（Ｖ＋）程度に加速された一次イオンビ
ームは偏向器Ｄ１により偏向された後、第２レンズＬＩ
２および第ルンズＬ目を通過するが、一次イオンビーム
に対して第２レンズＬＩｆｉは加速レンズとして作用し
、第ルンズＬ口は減速レンズ（Ｖｕ　／Ｖ＋　：　０．
８〜０．９、タタＬ、ｖｌは接地電位を基準とした場合
のイオンの加速電圧、■４．は第ルンズＬ口の中央電極
の電圧である。）として作用するようになされている。

そして、該第ルンズＬ＋＋は、減速レンズとしての作用
を行う場合には、ｒ：０．５Ｉ）〜１．ＯＤ程度の焦点
距離が短いレンズとなされるので、一次イオンビームは
第２レンズＬ＋２によって絞られて、試料面上に細いビ
ームとなって収束される。

試料２０の表面から放出される二次イオンビームは一次
イオンビームとは逆極性であるから、二次イオンビーム
に対しては第２レンズＬ＋２　は加速レンズとして作用
し、第２レンズＬ＋＋ｚは減速レンズとして作用するこ
とになるが、第ルンズＬ目が加速レンズとして作用する
場合、その焦点距離ｆ、はｆ＋　＝５Ｄ程度となされ、
第２レンズＬ＋ａが減速レンズとして作用する場合の焦
点距離ｆ２は、　ｆａ　＝４．４Ｄ程度となされる。

第３図は二次イオンビームのα収束特性を示すレイパス
の例であり、実線はクロスオーバー点の収束特性を示し
、破線は像点または物点（以下、像点と称す）の収束特
性を示す。

像点工８は、第ルンズＬ目および第２レンズＬ１２によ
り、第２レンズＬ＋２から１４Ｄだけ離れた、偏向器Ｄ
１の中心位置にＩ＋　とじて結像され、更に、収束レン
ズとして作用する第３レンズＬＩ２によって収束されて
、第３レンズＬ＋１の中心位置から２０Ｄ離れた位置に
Ｉ２として結像される。また、クロスオーバー点に関し
ては、二次イオンビームは第ルンズＬ目により平行ビー
ムとなされるが、第２レンズＬＩ２により再び曲げられ
て、第２レンズＬ＋２の中心から４．３８０離れた位置
に０１　として結像され、更に、第３レンズＬ、３によ
って収束されて、第３レンズＬ１３の中心位置から　Ｉ
Ｏ，０９８Ｄ離れた位置に０２として結像される。クロ
スオーバー点Ｃ２の位置においては、偏向器Ｄ＋＋７）
偏向電場によってエネルギー分散が生じており、従って
、第２図および第３図に示すように、クロスオーバー点
Ｃ２の位置にスリットＳｓを配置することによって、エ
ネルギー分離を行うことができる。なお、像点に関して
は、結像点Ｉ、が偏向器Ｄ１の中心位置にあるため、エ
ネルギー分散は生じないものである。

以上のように、本発明に係る写像型イオンマイクロアナ
ライザによれば、直接写像型ＩＭＡにおいて、一次イオ
ンビームに対して短い焦点距離を有する第ルンズＬ目に
より、一次イオンビームを数μｍ程度まで絞り込むこと
が可能となるので、絶縁物の分析に宵利であると共に、
走査型ＩＭＡにも対応することができるものである。

以上、本発明の１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く、種々の変形が可
能であり、特に、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。

【図面の簡単な説明】

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
のイオン引き出し部の１構成例および一次イオンビーム
の軌道を示す図、第２図は第１図に示すイオン引き出し
部の具体的な例を示す図、第３図は第２図に示す構成に
おける二次イオンビームのα収束特性を示すレイパスの
例を示す図、第４図は従来の写像型イオンマイクロアナ
ライザの構成例を示す図、第５図は偏向器の具体的構成
の例を示す図である。 １．２．３・・・一次イオンビームの軌道、４・・・二
次イオンビームの軌道、２０・・・試料面、２１・・・
引き出しスリット、Ｌ目・・・第ルンズ、Ｌ１２・・・
第２レンズ、Ｌ１３・・・第３レンズ、Ｄ＋　　＋　Ｄ
２・・・偏向器。 出　　願　　人　日本電子株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）質量分析系を有し、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写像型イオンマイクロ
   アナライザにおいて、試料の近傍に、試料側から、一次
   イオンビームに対しては減速レンズとして機能し、二次
   イオンビームに対しては加速レンズとして機能する第１
   のレンズ、および、一次イオンビームに対しては加速レ
   ンズとして機能し、二次イオンビームに対しては減速レ
   ンズとして機能する第２のレンズを配置することを特徴
   とする写像型イオンマイクロアナライザ。