JPH05258694A - 荷電粒子照射装置及び複合ファラディカップ - Google Patents
荷電粒子照射装置及び複合ファラディカップInfo
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- JPH05258694A JPH05258694A JP4086256A JP8625692A JPH05258694A JP H05258694 A JPH05258694 A JP H05258694A JP 4086256 A JP4086256 A JP 4086256A JP 8625692 A JP8625692 A JP 8625692A JP H05258694 A JPH05258694 A JP H05258694A
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- ion beam
- faraday
- faraday cup
- faraday cups
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Abstract
(57)【要約】
【目的】電子顕微鏡装置内の試料の中心位置にイオンビ
ームの中心を合わせ，そのイオンビーム電流の分布状態
を瞬時に検出し得ることを目的としている。 【構成】試料位置の隣に配置された複数のファラディカ
ップを有する試料ホルダを備えた荷電粒子照射装置に導
入されるイオンビームを，前記複数のファラディカップ
に照射してこれらファラディカップが検出したイオンビ
ーム電流の分布を所期の分布値になるようにイオンビー
ム照射装置の制御電源などを制御してイオンビーム分布
状態を確認・検出し，次に前記試料ホルダを動かして前
記試料を前記イオンビーム分布均等位置にセットし，そ
の試料にイオンビームを照射するものである。また，複
数のファラディカップ内の１つの底部に設けられたビー
ム通過小孔をビームが通過する位置に前記試料ホルダを
セットし，この状態でこれらファラディカップにより検
出されたイオンビーム電流の分布がほぼ等しくなるよう
に，各種電源電圧を調整するものである。
ームの中心を合わせ，そのイオンビーム電流の分布状態
を瞬時に検出し得ることを目的としている。 【構成】試料位置の隣に配置された複数のファラディカ
ップを有する試料ホルダを備えた荷電粒子照射装置に導
入されるイオンビームを，前記複数のファラディカップ
に照射してこれらファラディカップが検出したイオンビ
ーム電流の分布を所期の分布値になるようにイオンビー
ム照射装置の制御電源などを制御してイオンビーム分布
状態を確認・検出し，次に前記試料ホルダを動かして前
記試料を前記イオンビーム分布均等位置にセットし，そ
の試料にイオンビームを照射するものである。また，複
数のファラディカップ内の１つの底部に設けられたビー
ム通過小孔をビームが通過する位置に前記試料ホルダを
セットし，この状態でこれらファラディカップにより検
出されたイオンビーム電流の分布がほぼ等しくなるよう
に，各種電源電圧を調整するものである。
Description
【産業上の利用分野】本発明は，金属薄膜などの試料に
イオンビームを照射，又はイオンビームと電子ビームの
双方を照射可能な荷電粒子照射装置及びそれに用いる複
合ファラディカップに関する。
イオンビームを照射，又はイオンビームと電子ビームの
双方を照射可能な荷電粒子照射装置及びそれに用いる複
合ファラディカップに関する。
【従来の技術】例えば，金属材料，半導体材料などの薄
膜に外部イオン源より各種のガスイオンなどを注入して
その格子欠陥を分析したり，また核融合炉の炉壁材料で
ある試料に，例えばＨｅイオンを注入して各種分析を行
うためなどにも電子顕微鏡が用いられている。また加速
器部で加速したイオンビームを顕微鏡内部の試料に照射
しながら顕微鏡観察を行うことが可能であり，イオンの
照射により材料の格子挙動の変化などを直接観察できる
ので，材料の基礎定数，材料のマクロな現象を支配する
ミクロな現象を測定する場合にも電子顕微鏡は大変有効
である。この場合，試料全面にほぼ均一にイオンビーム
を照射することが好ましい。斯かる分析などを行うのに
用いられる従来の電子顕微鏡の一例として，特開昭６２
─３１９３０号，および特開平１─１２０７４４号公報
に開示されている。特開昭６２─３１９３０号公報で
は，加速器結合透過型電子顕微鏡の中空円盤状対物レン
ズの中空部を通過したイオンビームのみが試料に照射さ
れる。対物レンズの中空部を囲むように対物レンズ面に
等間隔に設置された３つ以上の電極でこれら電極に照射
されるイオンビーム電流をモニタし，それぞれの電極で
の電流値が等しくなるようにビーム位置を調整するもの
である。この調整終了時においては，イオンビームはそ
のほぼ中心部が，中空部の中央に照射され，その結果イ
オンビームは，試料全面にほぼ均一に照射される。さら
に，それぞれでモニタされた電流値をマイコンなどの計
算機に取り込み，電流値の増減に基づき，偏向器に計算
機からの指令を与えることにより，イオンビームの位置
調整ができる。以上述べたように，従来の荷電粒子照射
装置では，中空部を囲むように対物レンズ壁面に等間隔
に設置された３つ以上の電極で，中空部以外の，つまり
試料に照射されないイオン電流をモニタし，それぞれの
電極でのイオンビーム電流値が等しくなるようにビーム
位置を調整するものであり，試料に照射されるイオンビ
ーム電流を測定することができないと同時に，イオンビ
ームを照射する約２φのターゲット以外の広い部分に照
射することにより電子顕微鏡内部にイオンスパッタや汚
れが生じるため好ましい方法ではなかった。出来れば目
的の試料範囲外にはイオンを照射しないようにすること
が必要である。このような問題点を解決するため，特開
平１ー１２０７４４号公報ではイオンビーム照射装置か
ら電子顕微鏡装置の筐体内に導入されたイオンビーム
を，試料を支持する試料ホルダに設けた１個に微小なマ
イクロファラディカップの底部に明けた微小孔を通して
試料に照射して，イオンビーム電流を検出しているの
で，試料に照射されるイオンビーム電流量を正確に検出
できる。また，試料に照射されるイオンビームの分布状
態を検出するのには，単一の微小マイクロファラディカ
ップの位置をいろいろな箇所に動かして行っていた。
膜に外部イオン源より各種のガスイオンなどを注入して
その格子欠陥を分析したり，また核融合炉の炉壁材料で
ある試料に，例えばＨｅイオンを注入して各種分析を行
うためなどにも電子顕微鏡が用いられている。また加速
器部で加速したイオンビームを顕微鏡内部の試料に照射
しながら顕微鏡観察を行うことが可能であり，イオンの
照射により材料の格子挙動の変化などを直接観察できる
ので，材料の基礎定数，材料のマクロな現象を支配する
ミクロな現象を測定する場合にも電子顕微鏡は大変有効
である。この場合，試料全面にほぼ均一にイオンビーム
を照射することが好ましい。斯かる分析などを行うのに
用いられる従来の電子顕微鏡の一例として，特開昭６２
─３１９３０号，および特開平１─１２０７４４号公報
に開示されている。特開昭６２─３１９３０号公報で
は，加速器結合透過型電子顕微鏡の中空円盤状対物レン
ズの中空部を通過したイオンビームのみが試料に照射さ
れる。対物レンズの中空部を囲むように対物レンズ面に
等間隔に設置された３つ以上の電極でこれら電極に照射
されるイオンビーム電流をモニタし，それぞれの電極で
の電流値が等しくなるようにビーム位置を調整するもの
である。この調整終了時においては，イオンビームはそ
のほぼ中心部が，中空部の中央に照射され，その結果イ
オンビームは，試料全面にほぼ均一に照射される。さら
に，それぞれでモニタされた電流値をマイコンなどの計
算機に取り込み，電流値の増減に基づき，偏向器に計算
機からの指令を与えることにより，イオンビームの位置
調整ができる。以上述べたように，従来の荷電粒子照射
装置では，中空部を囲むように対物レンズ壁面に等間隔
に設置された３つ以上の電極で，中空部以外の，つまり
試料に照射されないイオン電流をモニタし，それぞれの
電極でのイオンビーム電流値が等しくなるようにビーム
位置を調整するものであり，試料に照射されるイオンビ
ーム電流を測定することができないと同時に，イオンビ
ームを照射する約２φのターゲット以外の広い部分に照
射することにより電子顕微鏡内部にイオンスパッタや汚
れが生じるため好ましい方法ではなかった。出来れば目
的の試料範囲外にはイオンを照射しないようにすること
が必要である。このような問題点を解決するため，特開
平１ー１２０７４４号公報ではイオンビーム照射装置か
ら電子顕微鏡装置の筐体内に導入されたイオンビーム
を，試料を支持する試料ホルダに設けた１個に微小なマ
イクロファラディカップの底部に明けた微小孔を通して
試料に照射して，イオンビーム電流を検出しているの
で，試料に照射されるイオンビーム電流量を正確に検出
できる。また，試料に照射されるイオンビームの分布状
態を検出するのには，単一の微小マイクロファラディカ
ップの位置をいろいろな箇所に動かして行っていた。
【発明が解決しようとする問題点】しかし上記従来例の
試料と同じ大きさのアパーチャをもつファラディカップ
では，試料全体に照射されるイオンビームの総合の値を
一度に検出するには適しているが，試料全体に照射され
るイオンビームの分布状態を短時間で検出するには適し
ていない。また，単一の微小マイクロファラディカップ
のの位置を動かして試料に照射されるイオンビームの分
布状態を検出する場合，その全体的な分布を検出するの
にはかなりの時間を要し，観察中にイオンビームの分布
状態を確認するという点では次にような問題がある。イ
オンビームの照射による試料の状態の変化の途中で，イ
オンビームの分布状態を観測するために試料からイオン
ビームを長時間外すことになり，このことはイオンビー
ムの照射によって試料に生じたバブルの合体や消滅，或
いはイオンビームの照射による温度変化などの状態変化
を変えてしまい，不連続にしてしまう。したがって，本
発明では試料に実際に照射されるイオンビーム電流の分
布状態を短時間で検出し，また電子顕微鏡内の試料の中
心位置にイオンビームの中心を合わせ得ることを目的と
している。
試料と同じ大きさのアパーチャをもつファラディカップ
では，試料全体に照射されるイオンビームの総合の値を
一度に検出するには適しているが，試料全体に照射され
るイオンビームの分布状態を短時間で検出するには適し
ていない。また，単一の微小マイクロファラディカップ
のの位置を動かして試料に照射されるイオンビームの分
布状態を検出する場合，その全体的な分布を検出するの
にはかなりの時間を要し，観察中にイオンビームの分布
状態を確認するという点では次にような問題がある。イ
オンビームの照射による試料の状態の変化の途中で，イ
オンビームの分布状態を観測するために試料からイオン
ビームを長時間外すことになり，このことはイオンビー
ムの照射によって試料に生じたバブルの合体や消滅，或
いはイオンビームの照射による温度変化などの状態変化
を変えてしまい，不連続にしてしまう。したがって，本
発明では試料に実際に照射されるイオンビーム電流の分
布状態を短時間で検出し，また電子顕微鏡内の試料の中
心位置にイオンビームの中心を合わせ得ることを目的と
している。
【問題点を解決するための手段】本発明は，試料位置に
載置された試料と該試料のイオンビーム照射面とほぼ等
しい面積の領域に位置するように前記試料位置の隣に配
置された複数のファラディカップとを有する試料ホルダ
を備え，前記試料に照射されるべきイオンビームを前記
複数のファラディカップに照射して，前記試料のイオン
照射面域に相当する面域の微小領域でのイオンビーム電
流の分布を正確に検出できるようにしたものである。ま
た本発明は，複数のファラディカップ内の１つの底部に
設けられたビーム通過小孔をビームが通過する位置に前
記試料ホルダをセットし，この状態でイオンビームを前
記複数の第２のファラディカップに照射して検出を行
い，これらファラディカップが検出したイオンビーム電
流の分布がほぼ等しくなるように，プリズム用電源と分
析マグネット用電源とイオン源マグネット用電源の１つ
以上の電圧を調整してイオンビームの方向を調整すると
共に，上流レンズ電源と下流レンズ電源の一方又は双方
の電圧を調整してイオンビームの拡がりを調整して，前
記試料に均一にイオンビームを照射するものである。
載置された試料と該試料のイオンビーム照射面とほぼ等
しい面積の領域に位置するように前記試料位置の隣に配
置された複数のファラディカップとを有する試料ホルダ
を備え，前記試料に照射されるべきイオンビームを前記
複数のファラディカップに照射して，前記試料のイオン
照射面域に相当する面域の微小領域でのイオンビーム電
流の分布を正確に検出できるようにしたものである。ま
た本発明は，複数のファラディカップ内の１つの底部に
設けられたビーム通過小孔をビームが通過する位置に前
記試料ホルダをセットし，この状態でイオンビームを前
記複数の第２のファラディカップに照射して検出を行
い，これらファラディカップが検出したイオンビーム電
流の分布がほぼ等しくなるように，プリズム用電源と分
析マグネット用電源とイオン源マグネット用電源の１つ
以上の電圧を調整してイオンビームの方向を調整すると
共に，上流レンズ電源と下流レンズ電源の一方又は双方
の電圧を調整してイオンビームの拡がりを調整して，前
記試料に均一にイオンビームを照射するものである。
【実施例】図１ないし図３により本発明の実施例につい
て説明する。図１は金属材料からなる試料ホルダ１の一
部分を示し，試料ホルダ１の軸線に沿って設けられた長
手の窓部１Ａに，複合ファラディカップ２と試料ホール
ド部材３とがピン又はネジによって隣り合って取り付け
られている。複合ファラディカップ２は図２に示すよう
に，外囲器２Ａ，電気絶縁ベース部材２Ｂ，複数のマイ
クロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4 ，絶縁シート部材
２Ｄ，金属材料よりなるアパーチャ部材２Ｅからなる。
外囲器２Ａは金属材料からなる直方体状外形をもつもの
で，上部は円形の窓が明けられており，下部は完全に開
いている。そして外囲器２Ａの側壁の一部分は電気絶縁
ベース部材２Ｂの外径とほぼ等しい内径を有し，電気絶
縁ベース部材２Ｂがその部分に嵌入される。そして外囲
器２Ａはその対向する外壁にそれぞれ一対の取付け穴２
ａを備え，ピン又はネジによって試料ホルダ１の窓部に
取り付けられる。電気絶縁ベース部材２Ｂは電気絶縁材
料からなる円板形状のものであり，その中心，およびそ
の中心から等距離で互いにほぼ９０°離れた位置にマイ
クロファラディカップ取付け用の貫通穴２Ｂ1 を備え
る。各貫通穴２Ｂ1 の内径はマイクロファラディカップ
２Ｃ0 〜２Ｃ4 の外径とほぼ等しく，それら各貫通穴２
Ｂ1にマイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4 が嵌合
される。マイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4 はス
テンレススチールのような金属材料からなり，試料ホー
ルド部材３に保持される試料のイオン照射面積に比べて
かなり小さな外径を有する。例えば，試料のイオン照射
領域の径が３ｍｍの場合，各マイクロファラディカップ
２Ｃ0 〜２Ｃ4 の外径は０．８ｍｍで，高さは２．１ｍ
ｍである。これらの内，電気絶縁ベース部材２Ｂの中央
の貫通穴２Ｂに嵌合されるマイクロファラディカップ２
Ｃ0 はその底部にビームを通過させるための微小孔Ｈｏ
を有する。その周囲に配置される４個のマイクロファラ
ディカップ２Ｃ1,２Ｃ2,２Ｃ3,２Ｃ4,は同一の構造をし
ており，微小孔Ｈｏに相当する孔は備えていない。これ
ら５個のマイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4 は，
好ましくはそれら上端が電気絶縁ベース部材２Ｂの上面
と同一レベルにあるよう配置される。上記実施例は電子
顕微鏡内の試料にイオンを照射してその場観察を行う場
合に使用するものであるが，イオン照射装置内において
イオンを試料に均一に照射したい場合のイオン分布状態
の検出に用いるものの場合には，電気絶縁ベース部材２
Ｂの中央の貫通穴に嵌合されるマイクロファラディカッ
プ２Ｃ0 も電子ビームを通過させるための微小孔Ｈｏは
不要である。したがって，５個とも微小孔のない同一構
造のマイクロファラディカップを用いることができる。
絶縁シート部材２Ｄは，電気絶縁ベース部材２Ｂの上面
の面域とほぼ等しい大きさの薄い電気絶縁シートであ
り，各マイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4が配置
される位置に相当する箇所にそれらの内径とほぼ等しい
孔２Ｄ1 を有する。絶縁シート部材２Ｄは電気絶縁ベー
ス部材２Ｂ上に載置され，その上に配置されるアパーチ
ャ部材２Ｅとマイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4
間の電気絶縁を行う。アパーチャ部材２Ｅは金属材料か
らなる薄い円形状の板であり，これも各マイクロファラ
ディカップ２Ｃが配置される位置にそれぞれ相当する箇
所に絶縁シート部材２Ｄの穴２Ｄ1 よりも若干径の小さ
な穴２Ｅ1 を有する。アパーチャ部材２Ｅは固定電位に
接続される。また，この微小ファラディカップは微小形
状であるが，必要に応じてサプレッサ電極を備える。次
に図３をも用いて本発明の荷電粒子照射装置の一実施例
について説明を行うと，図３において１０はイオン源マ
グネット，１１はイオン源マグネット用の可変直流電
源，１２はイオンビームを収束させる上流レンズ，１３
は上流レンズ用の可変直流電源，１４は不所望のイオン
を発散させる分析マグネット，１５は分析マグネットの
可変直流電源，１６は再度イオンビームを収束させるた
めの下流レンズ，１７は下流レンズ用の可変直流電源，
１８はイオンビームを静電偏向するプリズム装置，１９
はプリズム装置用の可変直流電源であり，これらは従来
と同様な構成である。制御・表示機構部２０は，前述の
各マイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4が検出した
イオンビームの大きさに応じて可変直流電源１１，１
３，１５，１７，１９の１つ以上制御するものである。
これは，中央に位置するマイクロファラディカップ２Ｃ
0 を中心にして向かい合う2 組の一対のマイクロファラ
ディカップ２Ｃ1 と２Ｃ2,２Ｃ3 と２Ｃ4 により検出さ
れたイオン検出信号の大きさの差がそれぞれほぼゼロに
なるよう，可変直流電源１３と１７，可変直流電源１１
と１５と１９それぞれのいずれか１つ以上の電圧を制御
する。次にこれら図面を用いて操作および動作について
説明を行う。図３に示すように電子顕微鏡装置内の試料
にイオンビームを照射しながらその場観察を行って，例
えば試料の結晶格子等の挙動を観察する場合，先ず図１
に示す試料ホルダ１の位置を調整し，複合マイクロファ
ラディカップ２の中央に位置するマイクロファラディカ
ップ２Ｃ0 の微小孔Ｈｏを電子銃（図示せず）からの電
子ビームが通過するように位置合わせする。この位置合
わせは，電子顕微鏡の像観察用蛍光板（図示せず）の中
央に微小孔Ｈｏの影が来るように試料ホルダ１の位置を
調整することにより行われる。次にその位置に試料ホル
ダ１を固定した状態でイオンビームを照射する。制御・
表示機構部２０は，マイクロファラディカップ２Ｃ0 を
中心にして向かい合う一対のマイクロファラディカップ
２Ｃ1 と２Ｃ2,２Ｃ3 と２Ｃ4 により検出されたイオン
検出信号の大きさの差がそれぞれほぼゼロになるよう，
上流レンズ用と下流レンズ用の可変直流電源１３と１７
の電圧を調整してイオンビームの拡がりを調整すると共
に，プリズム用と分析マグネット用，或いはイオン源マ
グネット用の可変直流電源１９と１５と１１の１つ以上
の電圧を制御してイオンビームの方向を調整して，イオ
ンビーム電流の分布がほぼ等しくなるイオンビーム分布
均等位置を求める。次にマイクロファラディカップ２Ｃ
0 の微小孔Ｈｏ中心と試料ホールド部材３の中心，つま
り試料４の中心との間の距離Ｘだけ，試料ホルダ１を矢
印方向に動かして，前記イオンビーム分布均等位置にセ
ットする。または，低倍率で試料の像観察を行うことに
より，試料の貫通穴（図示せず）の位置を蛍光板の中央
に位置させてもよい。これによって，試料４の中心がマ
イクロファラディカップ２Ｃ0 の微小孔Ｈｏの位置に平
行移動したことになり，電子顕微鏡の軸中心にある試料
４の全面にほぼ均一にイオンビームが照射されることに
なる。このようにして非常に短時間でほぼ均一な分布の
イオンビーム電流を試料に照射することができる。ま
た，イオンビーム照射装置内の試料についても前述とほ
ぼ同様な操作を行えばよい。なお，これらを自動的に行
わずに手動で行う場合には，各マイクロファラディカッ
プ２Ｃ0 〜２Ｃ4 のビーム電流検出値をそれぞれ示す計
器又はデキスプレイを備え，これらの示すビーム電流検
出値を観察しながら上流レンズ用と下流レンズ用の可変
直流電源１３と１７，プリズム用と分析マグネット用，
或いはイオン源マグネット用の可変直流電源１９と１５
と１１の１つ以上のボリュウムを調整すればよい。ま
た，複合ファラディカップ２と試料ホールド部材３の位
置は互いに入れ代わってもよく，この場合にはイオンビ
ーム分布均等位置を求めた後，試料ホルダを矢印とは逆
の方向に前記距離Ｘだけ移動させる。実施例では複合フ
ァラディカップ２として，５個のマイクロファラディカ
ップを用いたが，これらの取り付けスペース，或いは必
要なイオンビーム分布状態の検出精度などを考慮して決
めればよいが，２個以上のマイクロファラディカップは
必要である。特にイオンビーム照射装置内で用いる場合
には，中央のマイクロファラディカップを省略すること
もできる。なお，前述の実施例のようなイオンビーム照
射装置と電子顕微鏡との組合わせだけでなく，イオンビ
ーム照射装置とレーザビーム照射装置とをの組合わせた
荷電粒子照射装置の場合も全く同様であり，この場合に
はレーザビームによる微小孔Ｈｏの影を像観察用蛍光板
の中央に位置するように調整を行う。
て説明する。図１は金属材料からなる試料ホルダ１の一
部分を示し，試料ホルダ１の軸線に沿って設けられた長
手の窓部１Ａに，複合ファラディカップ２と試料ホール
ド部材３とがピン又はネジによって隣り合って取り付け
られている。複合ファラディカップ２は図２に示すよう
に，外囲器２Ａ，電気絶縁ベース部材２Ｂ，複数のマイ
クロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4 ，絶縁シート部材
２Ｄ，金属材料よりなるアパーチャ部材２Ｅからなる。
外囲器２Ａは金属材料からなる直方体状外形をもつもの
で，上部は円形の窓が明けられており，下部は完全に開
いている。そして外囲器２Ａの側壁の一部分は電気絶縁
ベース部材２Ｂの外径とほぼ等しい内径を有し，電気絶
縁ベース部材２Ｂがその部分に嵌入される。そして外囲
器２Ａはその対向する外壁にそれぞれ一対の取付け穴２
ａを備え，ピン又はネジによって試料ホルダ１の窓部に
取り付けられる。電気絶縁ベース部材２Ｂは電気絶縁材
料からなる円板形状のものであり，その中心，およびそ
の中心から等距離で互いにほぼ９０°離れた位置にマイ
クロファラディカップ取付け用の貫通穴２Ｂ1 を備え
る。各貫通穴２Ｂ1 の内径はマイクロファラディカップ
２Ｃ0 〜２Ｃ4 の外径とほぼ等しく，それら各貫通穴２
Ｂ1にマイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4 が嵌合
される。マイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4 はス
テンレススチールのような金属材料からなり，試料ホー
ルド部材３に保持される試料のイオン照射面積に比べて
かなり小さな外径を有する。例えば，試料のイオン照射
領域の径が３ｍｍの場合，各マイクロファラディカップ
２Ｃ0 〜２Ｃ4 の外径は０．８ｍｍで，高さは２．１ｍ
ｍである。これらの内，電気絶縁ベース部材２Ｂの中央
の貫通穴２Ｂに嵌合されるマイクロファラディカップ２
Ｃ0 はその底部にビームを通過させるための微小孔Ｈｏ
を有する。その周囲に配置される４個のマイクロファラ
ディカップ２Ｃ1,２Ｃ2,２Ｃ3,２Ｃ4,は同一の構造をし
ており，微小孔Ｈｏに相当する孔は備えていない。これ
ら５個のマイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4 は，
好ましくはそれら上端が電気絶縁ベース部材２Ｂの上面
と同一レベルにあるよう配置される。上記実施例は電子
顕微鏡内の試料にイオンを照射してその場観察を行う場
合に使用するものであるが，イオン照射装置内において
イオンを試料に均一に照射したい場合のイオン分布状態
の検出に用いるものの場合には，電気絶縁ベース部材２
Ｂの中央の貫通穴に嵌合されるマイクロファラディカッ
プ２Ｃ0 も電子ビームを通過させるための微小孔Ｈｏは
不要である。したがって，５個とも微小孔のない同一構
造のマイクロファラディカップを用いることができる。
絶縁シート部材２Ｄは，電気絶縁ベース部材２Ｂの上面
の面域とほぼ等しい大きさの薄い電気絶縁シートであ
り，各マイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4が配置
される位置に相当する箇所にそれらの内径とほぼ等しい
孔２Ｄ1 を有する。絶縁シート部材２Ｄは電気絶縁ベー
ス部材２Ｂ上に載置され，その上に配置されるアパーチ
ャ部材２Ｅとマイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4
間の電気絶縁を行う。アパーチャ部材２Ｅは金属材料か
らなる薄い円形状の板であり，これも各マイクロファラ
ディカップ２Ｃが配置される位置にそれぞれ相当する箇
所に絶縁シート部材２Ｄの穴２Ｄ1 よりも若干径の小さ
な穴２Ｅ1 を有する。アパーチャ部材２Ｅは固定電位に
接続される。また，この微小ファラディカップは微小形
状であるが，必要に応じてサプレッサ電極を備える。次
に図３をも用いて本発明の荷電粒子照射装置の一実施例
について説明を行うと，図３において１０はイオン源マ
グネット，１１はイオン源マグネット用の可変直流電
源，１２はイオンビームを収束させる上流レンズ，１３
は上流レンズ用の可変直流電源，１４は不所望のイオン
を発散させる分析マグネット，１５は分析マグネットの
可変直流電源，１６は再度イオンビームを収束させるた
めの下流レンズ，１７は下流レンズ用の可変直流電源，
１８はイオンビームを静電偏向するプリズム装置，１９
はプリズム装置用の可変直流電源であり，これらは従来
と同様な構成である。制御・表示機構部２０は，前述の
各マイクロファラディカップ２Ｃ0 〜２Ｃ4が検出した
イオンビームの大きさに応じて可変直流電源１１，１
３，１５，１７，１９の１つ以上制御するものである。
これは，中央に位置するマイクロファラディカップ２Ｃ
0 を中心にして向かい合う2 組の一対のマイクロファラ
ディカップ２Ｃ1 と２Ｃ2,２Ｃ3 と２Ｃ4 により検出さ
れたイオン検出信号の大きさの差がそれぞれほぼゼロに
なるよう，可変直流電源１３と１７，可変直流電源１１
と１５と１９それぞれのいずれか１つ以上の電圧を制御
する。次にこれら図面を用いて操作および動作について
説明を行う。図３に示すように電子顕微鏡装置内の試料
にイオンビームを照射しながらその場観察を行って，例
えば試料の結晶格子等の挙動を観察する場合，先ず図１
に示す試料ホルダ１の位置を調整し，複合マイクロファ
ラディカップ２の中央に位置するマイクロファラディカ
ップ２Ｃ0 の微小孔Ｈｏを電子銃（図示せず）からの電
子ビームが通過するように位置合わせする。この位置合
わせは，電子顕微鏡の像観察用蛍光板（図示せず）の中
央に微小孔Ｈｏの影が来るように試料ホルダ１の位置を
調整することにより行われる。次にその位置に試料ホル
ダ１を固定した状態でイオンビームを照射する。制御・
表示機構部２０は，マイクロファラディカップ２Ｃ0 を
中心にして向かい合う一対のマイクロファラディカップ
２Ｃ1 と２Ｃ2,２Ｃ3 と２Ｃ4 により検出されたイオン
検出信号の大きさの差がそれぞれほぼゼロになるよう，
上流レンズ用と下流レンズ用の可変直流電源１３と１７
の電圧を調整してイオンビームの拡がりを調整すると共
に，プリズム用と分析マグネット用，或いはイオン源マ
グネット用の可変直流電源１９と１５と１１の１つ以上
の電圧を制御してイオンビームの方向を調整して，イオ
ンビーム電流の分布がほぼ等しくなるイオンビーム分布
均等位置を求める。次にマイクロファラディカップ２Ｃ
0 の微小孔Ｈｏ中心と試料ホールド部材３の中心，つま
り試料４の中心との間の距離Ｘだけ，試料ホルダ１を矢
印方向に動かして，前記イオンビーム分布均等位置にセ
ットする。または，低倍率で試料の像観察を行うことに
より，試料の貫通穴（図示せず）の位置を蛍光板の中央
に位置させてもよい。これによって，試料４の中心がマ
イクロファラディカップ２Ｃ0 の微小孔Ｈｏの位置に平
行移動したことになり，電子顕微鏡の軸中心にある試料
４の全面にほぼ均一にイオンビームが照射されることに
なる。このようにして非常に短時間でほぼ均一な分布の
イオンビーム電流を試料に照射することができる。ま
た，イオンビーム照射装置内の試料についても前述とほ
ぼ同様な操作を行えばよい。なお，これらを自動的に行
わずに手動で行う場合には，各マイクロファラディカッ
プ２Ｃ0 〜２Ｃ4 のビーム電流検出値をそれぞれ示す計
器又はデキスプレイを備え，これらの示すビーム電流検
出値を観察しながら上流レンズ用と下流レンズ用の可変
直流電源１３と１７，プリズム用と分析マグネット用，
或いはイオン源マグネット用の可変直流電源１９と１５
と１１の１つ以上のボリュウムを調整すればよい。ま
た，複合ファラディカップ２と試料ホールド部材３の位
置は互いに入れ代わってもよく，この場合にはイオンビ
ーム分布均等位置を求めた後，試料ホルダを矢印とは逆
の方向に前記距離Ｘだけ移動させる。実施例では複合フ
ァラディカップ２として，５個のマイクロファラディカ
ップを用いたが，これらの取り付けスペース，或いは必
要なイオンビーム分布状態の検出精度などを考慮して決
めればよいが，２個以上のマイクロファラディカップは
必要である。特にイオンビーム照射装置内で用いる場合
には，中央のマイクロファラディカップを省略すること
もできる。なお，前述の実施例のようなイオンビーム照
射装置と電子顕微鏡との組合わせだけでなく，イオンビ
ーム照射装置とレーザビーム照射装置とをの組合わせた
荷電粒子照射装置の場合も全く同様であり，この場合に
はレーザビームによる微小孔Ｈｏの影を像観察用蛍光板
の中央に位置するように調整を行う。
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば，次の
ような効果を達することができる。 １．荷電粒子照射装置内の試料に実際に照射されるイオ
ンビームに非常に近いイオンビーム電流の分布状態を瞬
時に検出することができる。 ２．ほぼ均一な分布のイオンビームを試料に照射するこ
とができる。 ３．電子顕微鏡装置内の試料の中心位置にイオンビーム
の中心を合わせ得ることができる。 ４．したがって，ほぼ均一な分布のイオンビームを試料
に照射しながらその場観察が行えるので，金属材料や半
導体材料などの各種分析，観察を正確に行うことができ
る。 ５．試料の微小領域での分布状態が明らかになるため，
イオンビームを集束させ照射することによって，試料に
おける照射した部分と未照射の部分とが明確化され，こ
れによって，貴重な１つの試料を２以上の部分に分け，
条件を変えて照射実験を行うことができる。
ような効果を達することができる。 １．荷電粒子照射装置内の試料に実際に照射されるイオ
ンビームに非常に近いイオンビーム電流の分布状態を瞬
時に検出することができる。 ２．ほぼ均一な分布のイオンビームを試料に照射するこ
とができる。 ３．電子顕微鏡装置内の試料の中心位置にイオンビーム
の中心を合わせ得ることができる。 ４．したがって，ほぼ均一な分布のイオンビームを試料
に照射しながらその場観察が行えるので，金属材料や半
導体材料などの各種分析，観察を正確に行うことができ
る。 ５．試料の微小領域での分布状態が明らかになるため，
イオンビームを集束させ照射することによって，試料に
おける照射した部分と未照射の部分とが明確化され，こ
れによって，貴重な１つの試料を２以上の部分に分け，
条件を変えて照射実験を行うことができる。
【図１】本発明にかかる荷電粒子照射装置に用いられる
試料ホルダの一例を示す図である。
試料ホルダの一例を示す図である。
【図２】本発明にかかる複合ファラディカップの一実施
例を示す図である。
例を示す図である。
【図３】本発明にかかる荷電粒子照射装置の一実施例を
示す図である。
示す図である。
１・・・・試料ホルダ ２・・・・複合ファラディカップ ２Ａ・・・外囲器 ２Ｂ・・・電気絶縁ベース部材 ２Ｃ0 〜２Ｃ4 ・・・マイクロファラディカップ ２Ｄ・・・電気絶縁シート部材 ２Ｅ・・・アパーチャ部材 ３・・・・試料ホールド部材 ４・・・・試料 10・・・・イオン源マグネット 11・・・・イオン源マグネット用電源 12・・・・上流レンズ 13・・・・上流レンズ用電源 14・・・・分析マグネット 15・・・・分析マグネット用電源 16・・・・下流レンズ 17・・・・下流レンズ用電源 18・・・・プリズム装置 19・・・・プリズム装置用電源 20・・・・制御・表示機構部
Claims (5)
- 【請求項１】 試料位置に載置された試料と該試料のイ
オンビーム照射面とほぼ等しい面積の領域に位置するよ
うに前記試料位置の隣に配置された複数のファラディカ
ップとを有する試料ホルダを備え，前記試料に照射され
るべきイオンビームを前記複数のファラディカップに照
射して，前記試料のイオン照射面域に相当する面域の微
小領域でのイオンビーム電流の分布を正確に検出できる
ようにしたことを特徴とする荷電粒子照射装置。 - 【請求項２】 試料位置に載置された試料と該試料のイ
オンビーム照射面とほぼ等しい面積の領域に位置するよ
うに前記試料位置の隣に配置された複数のファラディカ
ップとを有する試料ホルダを荷電粒子照射装置内に備
え，前記試料に照射されるイオンビームを，先ず前記複
数のファラディカップに照射してこれらファラディカッ
プが検出したイオンビーム電流の分布がほぼ等しくなる
イオンビーム分布均等位置を検出し，次に前記試料ホル
ダを動かして前記試料を前記イオンビーム分布均等位置
にセットし，前記試料にイオンビームを照射することを
特徴とする荷電粒子照射装置。 - 【請求項３】 試料位置に載置された試料と，該試料の
イオンビーム照射面とほぼ等しい面積の領域に位置する
ように，単一のビーム通過小孔を底部に有する第１のフ
ァラディカップと該第１のファラディカップを中心に等
距離に位置する複数の第２のファラディカップとを前記
試料位置の隣に配置してなる試料ホルダを備えた荷電粒
子照射装置に導入されるビームが前記第１のファラディ
カップの前記ビーム通過小孔を通過させて中心位置を決
め，その中心位置に前記試料ホルダをセットし，この状
態でイオンビームを前記複数の第２のファラディカップ
に照射して検出を行い，これらファラディカップが検出
したイオンビーム電流の分布がほぼ等しくなるように，
プリズム用電源と分析マグネット用電源とイオン源マグ
ネット用電源の１つ以上の電圧を調整してイオンビーム
の方向を調整すると共に，上流レンズ電源と下流レンズ
電源の一方又は双方の電圧を調整してイオンビームの拡
がりを調整することを特徴とする荷電粒子照射装置。 - 【請求項４】貫通穴と該貫通穴から等距離にある２個以
上の穴を有する電気絶縁ベース部材と，前記貫通穴に収
納され，単一のビーム通過小孔を底部に有するファラデ
ィカップと，前記２個以上の穴にそれぞれ収納された別
のファラディカップと，前記ファラディカップの上端面
に載置された電気絶縁シートと，および電気絶縁シート
の上面に備えられ，前記ファラディカップ各々に対応す
る箇所にアパーチャを複数備える導電性アパーチャ部材
と，とからなることを特徴とする複合ファラディカッ
プ。 - 【請求項５】 中心から等距離にある２個以上の穴を有
する電気絶縁ベース部材と，前記２個以上の穴にそれぞ
れ収納されファラディカップと，前記ファラディカップ
の上端面に載置された電気絶縁シートと，および電気絶
縁シートの上面に備えられ，前記ファラディカップ各々
に対応する箇所にアパーチャを複数備える導電性アパー
チャ部材と，とからなることを特徴とする複合ファラデ
ィカップ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4086256A JPH05258694A (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 荷電粒子照射装置及び複合ファラディカップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4086256A JPH05258694A (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 荷電粒子照射装置及び複合ファラディカップ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05258694A true JPH05258694A (ja) | 1993-10-08 |
Family
ID=13881746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4086256A Withdrawn JPH05258694A (ja) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | 荷電粒子照射装置及び複合ファラディカップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05258694A (ja) |
-
1992
- 1992-03-10 JP JP4086256A patent/JPH05258694A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |