JPH0652818A

JPH0652818A - イオンビーム照射装置

Info

Publication number: JPH0652818A
Application number: JP4225112A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Agawa; 阿川　　義昭; Masaki Koike; 正城小池
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】［目的］イオンビームの照射される試料の観測量の分
布に関する正しい情報を得ること。［構成］試料９を流れるイオン電流を積分し、所定の
電荷量に達する毎にパルスを発生する電荷積分器３１
と、該電荷積分器３１のパルスをカウントし、所定のカ
ウント数に達するとパルスを発生する計数器３２とを設
け、該計数器３２のパルスの発生毎にイオンビームを次
の照射部分に移行させるように前記走査電極４に印加す
る電圧を制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオンビーム照射装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】イオンビーム照射装置と
しては、例えば図３に示されるようなイオンビーム表面
分析装置が知られている。図３においてイオンビーム加
速装置１は公知の構造を有するが、この下流側には質量
分析磁石２が配設されており、この磁場内をイオンビー
ムが走行するのであるが、これにより選択されたイオン
のビームが真空配管３内に導入される。すなわち、本例
ではイオンビーム加速装置１及び質量分析磁石２により
イオンビーム供給源が構成される。また、この真空配管
３には測定チャンバー５が連設されており、この中に試
料９を取り付けた試料ホルダー６が配設されている。ま
た、真空配管３内には走査電極板４が配設されており、
この詳細は図４に示されているが、垂直方向偏向用電極
４ａ、４ｂ及び水平方向偏向用４ｃ、４ｄから成ってい
るが、図３においては簡略に示されている。試料ホルダ
ー６には、電流検出用ケーブル１０の一端が接続されて
おり、この他端は測定チャンバー５の上壁部に気密に取
り付けられた電流導入端子２３に接続されている。この
端子２３と接地との間に微小電流計２４が接続されてい
る。

【０００３】また、試料ホルダー６に取り付けられてい
る試料９に近接してシンチレータを取り付けた光電子増
倍管（以下、単に２次電子検出器と称する）１１が配設
されており、この出力端子は前置増巾器１２に接続さ
れ、この出力はローパスフィルター１３（以下ＬＰＦと
略称する）、更に直列にアナログデジタル変換器（以下
Ａ／Ｄ変換器と称する）に接続され、このデジタル出力
が中央演算処理装置（以下、単にＣＰＵと称する）１５
に入力として供給される。

【０００４】試料９に近接して、更に荷電粒子検出器
（以下、ＳＳＤと称する）１６が接続され、この出力端
子は前置増巾器１７、更に比例増巾器１８、シングルチ
ャンネル波高分析器（以下、ＳＣＡと称する）１９及
び、この出力は計数器２０に接続され、この計数出力が
ＣＰＵ１５に供給される。

【０００５】ＣＰＵ１５にはディスプレイ２１が設けら
れており、また、この入力機器としてキーボード２２が
設けられている。

【０００６】ＣＰＵ１５の出力端子には、更にデジタル
／アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換器と称する）２５
が接続されており、この出力は走査電源７に接続されて
いる。そして、この出力が走査電極板４に印加される。

【０００７】従来のイオンビーム照射装置としてのイオ
ンビーム表面分析装置は、以上のように構成されるので
あるが、次にこの作用について説明する。

【０００８】イオンビーム加速装置１により、加速され
たイオンビーム８は質量分離磁石２の磁場内に入ると、
所望のイオンが所定の軌跡を描いて、真空配管３内に導
入され、走査電極板４により所定量偏向されて、測定チ
ャンバー５内の試料９に照射される。

【０００９】試料９に衝突したイオンは散乱され、この
うちの一部のイオンはＳＳＤ１６に入射し、電気信号に
変換され、その信号が更に前置増巾器１７及び比例増巾
器１８により増巾された後にＳＣＡ１９に入力される。
ここで、あらかじめ所望のエネルギー範囲が設定されて
いるのであるが、このエネルギー領域にある散乱された
イオンのシグナルを計数器２０に伝達し、このイオンを
計数する。このデジタル信号をＣＰＵ１５に入力し、所
定の演算処理を行った後に、その散乱したイオンの計数
のデータを種々のパラメータの相関関係をとってディス
プレー２１上に表示する。また、試料９で散乱したイオ
ンとは別にイオンが試料９に衝突することにより、この
試料９の表面から２次電子が発生するが、これは２次電
子検出器１１により検出され、電気信号に変換し、前置
増巾器１２に入力される。これにより増巾された信号が
ＬＰＦ１３に供給され、このＬＰＦ１３の時定数で信号
が積分される。これが、またＡ／Ｄ変換器１４によって
アナログ信号からデジタル信号に変換されてＣＰＵ１５
に入力される。よって散乱されたイオンの信号と同様に
ディスプレー２１上に表示される。

【００１０】他方、試料９上に照射したイオン電流値は
ケーブル１０と電流導入端子２３を介して微小電流計２
４に供給され、このイオン電流値が測定される。

【００１１】イオンビームの走査方法としては、試料９
上でのイオンビームの位置と走査速度及び走査の範囲を
設定し、それに対応した電圧を走査電極４（垂直偏向用
４ａ、４ｂ及び水平偏向用４ｃ、４ｄからなる）に与
え、イオンビームを偏向して試料９に照射する。一般に
このような走査条件はＣＰＵ１５に設けられているキー
ボード２２で入力することにより、上述した条件を満足
するよう入力されるが、これがＣＰＵ１５内で演算処理
され、この演算結果がＤ／Ａ変換器２５に供給され、こ
のアナログ出力が走査電源７に供給される。よってこの
制御出力である電圧が電極４に印加され、ここを通るイ
オンビーム８に所定の偏向度を与える。

【００１２】図４にはイオンビーム８を試料９の平面内
で走査し、この表面の分析を行なっている場合の模式図
を示すものであるが、例えば試料９の表面を横方向Ｘ、
縦方向Ｙを各々６分割する。すなわち３６個の各部を所
定時間の滞在時間をおくようにイオンビーム８を走査す
べく走査電極板４に印加する電圧を制御する。試料９の
表面の各部にキーボード２２により、（１、１）、
（２、１）、（３、１）・・・・（１、２）、（２、
２）、（３、２）・・・・（１、３）・・・・の各部に
所定の滞在時間をおいてイオンビーム８が試料９の表面
に照射される。３６個のこれら部分から散乱されたイオ
ンやあるいは放出された電子を検出器１１、１６により
検出し、試料９の表面の各部の元素の同定や形状の情報
が得られ、ディスプレー２１上に、この時の試料９の表
面の面内情報が映し出される。

【００１３】然るに図３及び図４に示すイオンビーム表
面分析装置では試料表面を２次元的に観察するのである
が、イオンビーム８の走査の基準として、時間で制御し
ているため、イオン電流値が時間と共に変化する場合、
すなわちイオンビーム８が定常でない場合、各部のイオ
ンビーム照射量は当然のことながら、一定でなくなる。
また、散乱、もしくは放出されるイオンや電子の数は照
射されたイオンビーム８の電荷量に比例するため、各部
分毎にビーム照射量が変化すると、面内の観測量の正確
な分布が得られない。

【００１４】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は上述の問題
に鑑みてなされ、イオンビーム電流値が時間的に変化す
るような場合でも各部のビーム照射量を一定にして観測
量の分布に関する情報を正確にすることのできるイオン
ビーム照射装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【問題点を解決するための手段】以上の目的は、イオン
ビーム供給源と、該イオンビーム供給源からのイオンビ
ームを偏向させる走査電極とを備え、試料の表面の各部
に所定の順序で前記イオンビームを照射するようにした
イオンビーム照射装置において、前記試料を流れるイオ
ン電流を積分し、所定の電荷量に達する毎にパルスを発
生する電荷積分器と、該電荷積分器のパルスをカウント
し、所定のカウント数に達するとパルスを発生する計数
器とを設け、該計数器のパルスの発生毎にイオンビーム
を次の照射部分に移行するように前記走査電極に印加す
る電圧を制御するようにしたことを特徴とするイオンビ
ーム照射装置、によって達成される。

【００１６】

【作用】電荷積分器は試料を流れるイオン電流を積分す
る。これが所定の電荷量に達すると、パルスを発生す
る。このパルスは計数器に供給され、カウントされる。
この計数器には所定計数値が設定されており、この計数
値に達するとパルスを発生する。すると、次に照射すべ
き部分に移行すべく、走査電極に印加する電圧を変化さ
せる。以上により、電荷積分器からパルスを発生させる
所定の電荷量と計数器がパルスを発生する所定の計数値
をあらかじめ設定しておけば、これらの組み合わせによ
り、各部分に照射すべきイオン量を一定とすることがで
き、よって試料面内全てにわたって均一で正確な情報を
与えることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例によるイオン表面分析
装置について図面を参照して説明する。なお、従来例を
表す図３に対応する部分については同一の符号を付し、
その詳細な説明は省略する。

【００１８】すなわち、本発明の実施例によれば、電流
導入端子２３に接続されている微小電流計２４と接地と
の間に電荷積分器３１が接続される。これは公知のよう
にコンデンサや抵抗などからなるが、これら定数によ
り、所定の電荷量が設定されることができ、これは図示
しないが、外部に設けたダイヤルにより随時設定し得る
ものとする。本実施例では、このダイヤルにＭ及びＮの
２つのパラメータがあり、Ｍは乗数を、Ｎは指数をそれ
ぞれ表すことによって、例えばＭ＝３、Ｎ＝１０により
３×１０^-10 （Ｃ）、又Ｍ＝５、Ｎ＝９では５×１０^-9
（Ｃ）のようにして設定されることができる。電荷積分
器３１は微小電流計２４を経て流れてくるイオン電流を
積分していくのであるが、これに設定されている電荷量
に達すると、これを一挙に放電してパルスを発生し、こ
れを計数器３２に供給する。すなわち電荷積分器３１か
らのパルスを一発毎にカウントするのであるが、これに
も所定値（ダイヤルにより随時設定可能）が設定されて
おり、電荷積分器３１からのパルスのカウント値がこれ
に達すると、パルスを発生しこの計数器３２がリセット
され、０の状態に戻る。また、計数器３２が所定値をカ
ウントすると一発パルスを発生するのであるが、これは
ＣＰＵ１５に供給される。この入力パルスのタイミング
によりＤ／Ａ変換器２５を介して走査電源７を制御す
る。すなわちこの出力電圧が、走査電極４に印加される
のであるが、これにより、例えば図４に示す部分（２、
１）位置を、今照射していたとすれば、次の（３、１）
位置の部分を照射すべく偏向させる。すなわちこの場合
には水平方向偏向用電極板４ａ、４ｂによりＸ方向に、
１単位だけ偏向させるように構成されている。

【００１９】本発明の実施例は、以上の構成されるので
あるが、次にこの作用について説明する。

【００２０】従来と同様にイオンビーム加速装置１から
導出されるイオンが質量分離磁石２の磁場内に入ると、
ローレンツ力を受け、所望のイオンのみが真空配管３内
を通り、測定チャンバー５内に導入され、試料ホルダー
６に取りつけられている試料９に照射される。また２次
電子検出器１１により検出される２次電子はディスプレ
ー２１に表示される。一方、試料９上に照射したイオン
ビーム電流はケーブル１０を介し、電流導入端子２３を
通って大気側に導出され、これが電流計２４により測定
されると共に電荷積分器３１内に流れ込む。一方、電荷
積分器３１と、これに接続される計数器３２とには、あ
らかじめ試料９の各部に照射するイオン電荷量を両者の
組み合わせで設定しておく。例えば、各部に照射する電
荷量を２×１０^-10 （Ｃ）としたい場合には電荷積分器
３１では、そのダイヤルを１×１０^-10 （Ｃ）に合わ
せ、計数器３０においては設定値を２と入力する。そし
て、今イオンビームの走査開始地点を図４について説明
すると、（Ｘ、Ｙ）＝（１、１）で横方向、すなわちＸ
方向に走査していくとする。この状態で電荷積分器３１
にイオン電流が入力され、１×１０^-10 （Ｃ）チャージ
されると、この電荷積分器３１が一挙に放電する。すな
わち１発のパルスを発生し、これが計数器３２に入力さ
れる。電荷積分器３１は一挙に放電、すなわちパルスを
出力すると０にリセットされ、再び次の電荷を積分すべ
き体勢をとる。そしてまた、この積分電荷が１×１０
^-10 （Ｃ）に達すると、この積分器３１のパルス出力端
子から２発目のパルスが出力し、計数器３２の入力端子
に、このパルスが入力される。よって、今この計数器３
２に設定しておいた数にパルス数が到達したので、この
計数器３２は０にリセットされると同時にこの出力端子
からパルスが１発出され、ＣＰＵ１５に入力する。

【００２１】計数器３２からパルスがＣＰＵ１５に供給
されると、この出力端子に接続されているＤ／Ａ変換器
２５を介して走査電源７に信号が送られ、今まで照射し
ていた部分の隣、すなわち（Ｘ、Ｙ）＝（２、１）の部
分を照射するように走査電圧が走査電極４に印加され
る。以下、これが３６回繰り返されると、試料９の面内
の走査が１回終了する。又最初の地点の走査開始と共
に、同様なことが繰り返される。

【００２２】ここで従来の装置の作用と比較する。今、
図２（Ａ）に示すように、イオン電流が、時間ｔ₀ 、ｔ
₁ 、ｔ₂ 、ｔ₃ 及びｔ₄ で図示するようにステップ的に
変化するものとする。この場合には、電荷積分器３で積
分される電荷は（Ｂ）で示されるように、時間ｔ₀ から
直線的に変化し、１０^-10 （Ｃ）に達すると、電荷積分
器３１からパルスを（Ｃ）で示すように時間ｔ₁ に発生
する。これが、計数器３２でカウントされる。次いで電
荷積分器３１は時間ｔ₁ より流れるイオン電流を積分
し、時間ｔ₂ になると電荷量が１０^-10 （Ｃ）となり、
次のパルスを時間ｔ₂ で発生する。よって計数器３２
が、２個パルスをカウントしたので図２（Ｅ）で示すよ
うにパルスを発生し、これをＣＰＵ１５に入力する。よ
って試料９上の次の点（Ｘ、Ｙ）＝（２、１）を照射す
べくイオンビーム８を走査電極４に加える電圧の制御に
より移行させる。

【００２３】次に時間ｔ₂ から（Ｂ）で示すように積分
され、ｔ₃ で１０^-10 （Ｃ）にチャージされると電荷積
分器３１がパルスをｔ₃ で発生する。これが計数器３２
に供給される。次いで時間ｔ₃ からｔ₄ で図２（Ｂ）に
示すように電荷を積分する。時間ｔ₄ で所定の電荷量に
達すると電荷積分器３１がパルスを発生する。これを計
数器３２がカウントする。２発目であるので、計数器３
２がパルスを発生し、ＣＰＵ１５にパルスを供給する。
よって次の部分（３、１）に移行すべく走査電極に印加
する電圧を制御する。

【００２４】従来のように、各部の照射時間を時間で制
御するとすれば、相隣る２部分を同時間照射するのであ
るから、時間ｔ₀ 〜ｔ₄ 間を半分で割った時間ｔ_h で照
射することになり、イオン電流は図２（Ａ）に示すよう
に変化しているので、電荷量は時間０〜ｔ_h の間より時
間ｔ_h 〜ｔ₄ の間のほうが照射量が大きくなることは明
らかである。このような欠点を、本発明は除去するもの
である。

【００２５】なお、本実施例によれば、更に最初の部分
（１、１）の走査開始と共にＣＰＵ１５に内蔵されてい
るタイマーよりクロックパルスを発信させ、これが図示
しないＣＰＵ１５内の計数器に供給され、この計数器に
は、今試料の一部分の照射時間よりもかなり余裕をもっ
た長さの時間に対応するクロックパルスの数を設定して
おくとする。そして、一部分のイオンビームの照射が設
定したクロックパルス計数時間より長い時間要した場合
にはイオンビーム加速装置１のイオンビーム電流調整装
置にフィードバックして、更にイオンビームの強度を大
とすべく制御する。すなわちＣＰＵ１５内の計数器に設
定されている時間より短くなるようなイオンビーム強度
に制御する。

【００２６】又本実施例によれば、イオンビーム強度を
増大させて、一部分イオンビーム照射時間を極端に長く
ならないようにするのであるが、これが、所定時間たっ
ても回復しない場合には警報を発するようにしている。
よってイオンビーム電流値が極度に減少したときや、あ
るいは０となったような場合、イオンビームの電荷量に
よるシステムだけでは、いつまでも試料の、ある地点に
とどまったまま、走査がストップする可能性があるが、
上述のような構成により、走査に支障をきたすことを防
止することができる。

【００２７】以上のような構成及び作用により、本実施
例によれば、常に試料の面情報を正確に得ることができ
る。

【００２８】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。

【００２９】例えば、以上の実施例では、測定チャンバ
ー５の上壁部に固定された電流導入端子２３と接地との
間に接続される微小電流計２４の接地側に電荷積分器３
１が接続されたが、もちろん導入端子２３と微小電流計
２４との間に電荷積分器３１を接続してもよく、あるい
は微小電流計２４を用いない装置にも本発明は適用可能
である。

【００３０】又以上の実施例では、試料上の一部から、
次の一部に走査点を移行するようにしており、先の部分
を走査してから、次の部分を走査開始するまでに要する
時間、すなわち計数器３２が、先のパルス発生後、次の
パルスを発生するまでの時間がＣＰＵ１５内にクロック
パルス発生器と、このパルスをカウントする計数器とに
より構成される時間設定器に設定される時間より長くな
ると、イオン加速装置１に設けられているイオンビーム
電流調整装置によりを調整して、イオンビーム８の強度
を大とし、時間設定されている時間より短くなるように
しているが、この構成は省略しても本発明は適用可能で
ある。

【００３１】又以上の実施例ではイオンビーム表面分析
装置を説明したが、もちろんこれに限ることなく、イオ
ン注入のイオンビームを走査する場合も本発明は適用可
能であり、その他イオンビームを照射する装置すべてに
本発明は適用可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のイオン照射
装置によれば、イオンビームの強度が時間的に変化した
としても試料の各部を照射するイオン量は均一とするこ
とができ、よってその面情報を正確に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるイオン走査装置のブロッ
クダイヤグラムである。

【図２】同作用を説明するためのタイムチャートであ
る。

【図３】従来例のイオンビーム表面分析装置のブロック
図である。

【図４】同装置における走査電極と、その近傍に設けら
れる試料との関係を示す拡大斜視図である。

【符号の説明】

１イオンビーム加速装置２質量分離磁石４走査電極板６試料ホルダー７走査電源８イオンビーム９試料１５中央演算処理装置２３電流導入端子３１電荷積分器３２計数器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｇ０１Ｎ 23/225 7172−2Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンビーム供給源と、該イオンビーム
供給源からのイオンビームを偏向させる走査電極とを備
え、試料の表面の各部に所定の順序で前記イオンビーム
を照射するようにしたイオンビーム照射装置において、
前記試料を流れるイオン電流を積分し、所定の電荷量に
達する毎にパルスを発生する電荷積分器と、該電荷積分
器のパルスをカウントし、所定のカウント数に達すると
パルスを発生する計数器とを設け、該計数器のパルスの
発生毎にイオンビームを次の照射部分に移行させるよう
に前記走査電極に印加する電圧を制御するようにしたこ
とを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項２】タイマーを設け、前記計数器の先のパル
ス発生時から次のパルス発生時までの前記電荷積分器の
所定回数積分時間が、前記タイマーの設定時間を超える
と、前記イオンビーム供給源のイオンビーム強度を該設
定時間以下になるように上昇させるようにした請求項１
に記載のイオンビーム照射装置。
【請求項３】前記所定回数積分時間が所定時間以内に
前記設定時間以下にならないときには警報を発するよう
にした請求項２に記載のイオンビーム照射装置。