JPH0523409U - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】測定を行う場合以外は、１次イオンビームを試
料から有効に遮断し、しかも遮断されたイオンビームが
測定用の１次イオンビームの汚染源とならないようにす
る。 【構成】イオン銃１から発射する１次イオンビームをイ
オン光学系を介して試料11に照射し、試料11からスパッ
タされた粒子のうち、イオン化された２次イオンのみを
質量分析計12で収集し質量分析を行うようにした質量分
析装置のイオン光学系の軸上に設けたシャッタ板５に、
先端のビーム入射口４ａを狭く内部を広くし、内部底面
４ｂがイオンビーム入射角に対し傾斜した筒所のビーム
トラップ４を、回動自在に設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、イオンビームによる固体試料の質量分析を行う質量分析装置に関す るものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来のこの種の装置は、イオン発生源から発射されるアルゴンイオン等の１次 イオンビームを集束レンズ，アライメント電極，差動排気を兼ねたビーム制限ア パーチャ，スキャン電極等からなるイオンビーム光学系を介して試料に照射し、 このとき試料から発生する２次イオンを検出して質量分析する装置が一般的であ る。

【０００３】 このような装置においては、通常測定開始前に不必要にイオンビームを照射し て試料を傷つけることがないようにするため、１次イオンビームを試料から遮蔽 する手段が構じられている。例えば、１次イオンビーム系の途中にシャッタを設 けるものまたは偏向電極によってイオンビームを試料方向以外に偏向させてしま う装置を設けたものがある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記シャッタを設ける方式では、真空容器の外部にシャッタ取付ポートを設け 、回転導入機または直線導入機を取付けて操作し、これら導入機の先端に取付け たシャッタ板の開閉を行うものである。

【０００５】 また、偏向電極を利用して１次イオンビームを試料方向以外に偏向させる方式 では、通常測定時以外は偏向電極に特殊な電位を与えて１次イオンビームを偏向 させるものである。

【０００６】 しかしながら、シャッタ方式では、遮蔽板の部分でスパッタを生じ、また、偏 向方式では、偏向されたイオンビームが真空容器内の他の構成部分に照射され、 この部分でスパッタを生じる。これらスパッタにより散乱されたイオンビームま たは反跳イオンが測定に用いられる本来の１次イオンビームに混入し、１次イオ ンビームを汚染する恐れがある。また、このようなスパッタ状態が長時間続くと 、シャッタ板に穴があき本来のシャッタ機能が保てなくなったり、真空容器内の 他の主要な構成部分が損傷したり、絶縁物の部分でチャージアップを起し、イオ ン光学系そのものに変化を生じて当初の測定が不可能になる。

【０００７】 さらに、スパッタ粒子がビーム制限アパーチャ周辺に堆積し、極端な場合には 、アパーチャを塞いで測定のための１次イオンビームが通過できなくなり、測定 そのものが不可能となる恐れがあり、あるいはここまで至らなくても、スパッタ 粒子による分圧が上昇し、装置内の真空状態を良好に保てなくなる。真空状態の 悪化は、分析精度を低下させる大きな原因であるから好ましくない現象である。

【０００８】 本考案は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ は、不要なイオンビームを試料から有効に遮断することができ、しかも遮断され たイオンビームが測定用の１次イオンビームの汚染源とならないように構成され た質量分析装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、イオン発生源からの１次イオンビームをイオン光学系を介して試料 に照射し、この試料から発生する２次イオンビームを検出して試料の質量分析を 行う質量分析装置において、イオン光学系の光軸上に可動可能とし、測定時以外 に１次イオンビームを捕獲するビームトラップを設けたものである。

【００１０】

【作用】

試料の質量の測定を行う場合以外には、１次イオンビームをビームトラップに よって捕獲して試料に達することができないようにしているので、このイオンビ ームによりスパッタされて生じる１次イオンビームの散乱もしくは反跳イオンが ビームトラップ外に飛散することを低減し、測定に用いられる１次イオンビーム に混入し汚染する恐れがなく、高品質の１次イオンビームを得て精度の高い質量 分析を行うことが可能となる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。図１は、本考案の一実施 例の特に１次イオンビームの光学系を分解して示す構成図である。同図において 、１はアルゴン等の１次イオンビームを発射するイオン銃、２はこのイオン銃１ から発射されるイオンビームを集束する集束レンズ、３は一対のＸ方向電極と一 対のＹ方向電極で構成されている集束されたイオンビームのアライメント用偏向 電極、５はシャッタ板、６は真空容器の外壁に取付けられ、軸６ａを介してシャ ッタ板５を開閉させるための回転導入機（または直線導入機）、７は差動排気を 兼ねたビーム電流制限アパーチャ、８は上記集束レンズ２，偏向電極３，ビーム 電流制限アパーチャ７を介してアライメントされたイオンビームに電界を印加し 、イオン化された粒子のみを試料方向に偏向させることによってイオンビーム中 に含まれる中性子を除去する中性粒子除去用電極、９はＸ方向およびＹ方向にそ れぞれ１一対の電極を備え、プローブイオンとなったイオンビームを走査させる ための走査電極、10はイオンビームを微細に集束させるための対物レンズ、11は 被測定体である固体試料、12は試料11上にイオンビームを照射することによって 試料11からスパッタされた粒子のうち、イオン化された２次イオンのみを収集し 質量分析を行う質量分析計、13は試料11に適当な電流、すなわち、適量のイオン ビームが照射されているか否かを検出するための電流計である。以上の構成は、 通常の質量分析装置における１次光学系に相当するものであるが、本実施例では さらに、ビームシャッタ板５上にイオンビームを捕獲するためのイオンビームト ラップ４を取付けている。

【００１２】 図２は、このビームトラップ４の近傍の拡大図である。同図に示すようにビー ムトラップ４は先端のビーム入射口４ａが狭く内部を広くした有底の筒状の容器 であり、イオンビームによってスパッタされにくい材料、例えばタングステン， モリブデン等で形成され、内部底面４ｂはイオンビーム入射角に対し傾斜（θ＜ 90°）している。なお、ビームトラップ４をシャッタ板５に取付ける場合、ビー ム入射口４ａを１次イオンビームと同軸上にする。

【００１３】 次に、以上のように構成された実施例の作用を説明する。まず、測定前におけ るイオンビーム照射時には、回転導入機６を駆動してシャッタ板５上のビームト ラップ４を90°回動させ、図３に破線で示す状態にする。したがって、イオン銃 １によって発射された１次イオンビームは集束レンズ２によって集束され、アラ イメント用偏向電極３によって偏向された後ビーム電流制限アパーチャ７によっ てイオンビームのコリメートと試料に対する必要電流の確保が行われる。通常の 測定の場合には、この後中性粒子除去用電極８によってイオンビームのみが試料 11の方向へ偏向され、走査電極９および対物レンズ10を経て試料11上を走査しな がらスパッタする。このスパッタされた２次イオンを質量分析計12によって分析 することにより、試料11の質量分析が行われる。次に、測定後におけるイオンビ ーム照射時には、回転導入機６を駆動してシャッタ板５上のビームトラップ４を 逆方向に90°回動させ、図３に実線で示す状態にする。なお、この状態は、図１ および図２に示す場合と同様である。

【００１４】 上記したようにビームトラップ４は、先端の入射口４ａが狭く内部を広くした 形状で、かつ、内部底面４ｂが傾斜している。したがって、このビームトラップ ４内に導入したイオンビームは、内部でスパッタ等がおきてもスパッタ粒子，反 跳イオン等がビームトラップ４内に閉じ込められ、外部へ飛散することが殆どな い。また、ビームトラップ４の材料をタングステン，モリブデン等のイオンビー ムによってスパッタされにくい材質としているので、スパッタ粒子等の発生をよ り減少させることができる。したがって、測定時以外は試料11がイオンビームに よって照射されることもなく、さらに試料11から遮蔽されたイオンビームも、測 定用の１次イオンビームの汚染源となることは殆どない。

【００１５】 なお、以上の説明では、ビームトラップ４をシャッタ板５に取付けたが、シャ ッタ板の代りに軸６ａの端部をＬ状に折曲げてこれにビームトラップ４を取付け るようにしてもよい。また、以上の説明では、回転導入機６を用いてビームトラ ップ４を90°回動させるようにしたが、直線導入機を用いたときにはシャッタ板 ５を介してビームトラップ４を水平（横）方向に前後進させる。

【００１６】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、従来のシャッタ板またはこの近傍に可動 としたビームトラップを取付け、測定時以外は１次イオンビームをこのビームト ラップで捕獲するようにしているので、スパッタが誘発する種々の問題を解決し 、測定対象の試料を不必要なイオンビームから遮蔽することができ、遮蔽された イオンビームも測定用の１次イオンビームに対し汚染源となる恐れがなく、高品 質の１次イオンビームを得て精度の高い質量分析を可能とする質量分析装置を提 供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の光学系を示す構成図。

【図２】本考案の一実施例の要部を示す断面図。

【図３】本考案の一実施例の作用を示す説明図。

【符号の説明】

１…イオン銃、２…集束レンズ、３…アライメント用偏
向電極、４…ビームトラップ、５…シャッタ板、６…回
転導入機、７…ビーム電流制限アパーチャ、11…試料、
12…質量分析計。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン発生源からの１次イオンビームを
   イオン光学系を介して試料に照射し、この試料から発生
   する２次イオンビームを検出して前記試料の質量分析を
   行う質量分析装置において、前記イオン光学系の光軸上
   に可動可能とし、測定時以外に前記１次イオンビームを
   捕獲するビームトラップを設けたことを特徴とする質量
   分析装置。