JPH11248654A - マイクロｐｉｘｅ分析方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】試料の３次元的組成分布を求めることができる
マイクロＰＩＸＥ分析方法を提案する。 【解決手段】加速器３が発生するイオンビームＢ1 を、
ビームの減速量を調整する機能を持ったディグレーダ４
を通してエネルギ分析電磁石５に与え、電磁石５から出
たイオンビームＢ2 ´をマイクロビーム化して試料１３
に照射する。ディグレーダ４により電磁石５に与えるイ
オンビームのエネルギを変えて試料１３内へのマイクロ
ビームＭＢの侵入深さを変化させ、スキャナ１１により
マイクロビームを２次元的に走査する。マイクロビーム
の侵入深さの変化と２次元的走査とを組み合わせてマイ
クロビームの到達位置を３次元的に変化させながら特性
Ｘ線を検出することにより、試料１３の３次元的組成分
布を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の組成分布を
調べるマイクロＰＩＸＥ分析方法及び該分析方法を実施
するために用いるマイクロＰＩＸＥ分析装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体産業、臨床医学、環境調査等の分
野において、試料の３次元的な組成分布（元素の分布）
を調べることが必要とされる場合がある。

【０００３】物質の組成を調べる方法としては、Ｈｅや
Ｈなどの荷電粒子を試料に照射した際に励起された試料
の原子から発生する特性Ｘ線のスペクトラムを分析する
ことにより試料の組成を調べるＰＩＸＥ（Ｐａｒｔｉｃ
ｌｅ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｘ−ｒａｙ Ｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ）がよく用いられている。特に、マイクロビーム（１
μｍ程度に径が絞られたイオンビーム）を用いるマイク
ロＰＩＸＥによれば、高い分解能で試料の組成を調べる
ことができ、マイクロビームをＸ−Ｙ方向に走査するこ
とにより試料の２次元的な組成分布の情報を正確に得る
ことができる。

【０００４】マイクロＰＩＸＥによれば、試料を破壊す
ることなく、その組成を調べることができるが、この方
法では組成分布の２次元情報しか得ることができないた
め、３次元的な組成分布を調べる必要がある場合には、
物質を精密に切削してその厚み方向の組成分布を調べる
分析方法であるＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ
ｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐ
ｙ）を併用して、マイクロＰＩＸＥにより得られる組成
分布の２次元情報と、ＳＩＭＳにより得られる厚み方向
の組成分布情報とを組み合わせることにより、試料の３
次元的な組成分布を調べるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来
は、試料の３次元的な組成分布を調べる場合に、マイク
ロＰＩＸＥとＳＩＭＳとの２つの分析方法を併用してい
たが、ＳＩＭＳは試料を精密に切削してその厚み方向の
組成分布を調べる破壊検査であるため、対象物を破壊す
ることなくその組成を調べる必要がある場合には適用す
ることができなかった。

【０００６】またＳＩＭＳは、精密な切削が可能な対象
物にしか適用することができないため、適用し得る対象
物が限定され、臨床医学の分野で細胞の組成分析を行な
う場合などには適用できないという問題があった。

【０００７】更に、マイクロＰＩＸＥとＳＩＭＳとの２
つの分析方法を併用すると、それぞれの測定系統の誤差
特性の相違により、測定の系統誤差が大きくなり、正確
な３次元組成分析を行うことが難しいという問題があっ
た。

【０００８】本発明の目的は、試料を破壊することな
く、３次元的な組成分布を正確に調べることができるマ
イクロＰＩＸＥ分析方法及び該分析方法を実施する分析
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】マイクロＰＩＸＥ分析方
法では、加速器から得られるイオンビームをエネルギ分
析電磁石に与えて、該エネルギ分析電磁石により選択し
た所定エネルギのイオンビームをマイクロビーム化して
試料に照射し、該マイクロビームの照射により試料から
発生する特性Ｘ線を検出して検出された特性Ｘ線のスペ
クトラムから試料の組成を求めるようにしている。

【００１０】本発明においては、イオンビームを減速す
る機能を有して減速量の制御が可能なディグレーダ（イ
オンビーム減速器）を加速器とエネルギ分析電磁石との
間に挿入しておく。また加速器の加速電圧及びディグレ
ーダによるイオンビームの減速量の少なくとも一方とエ
ネルギ分析電磁石の励磁電流とを調整することによりマ
イクロビームのエネルギを変化させてマイクロビームの
試料内への侵入深さを変化させ得るようにしておくとと
もに、マイクロビームの照射位置を試料の厚み方向に対
して直角な平面上で２次元的に変化させ得るようにして
おく。そして、マイクロビームの試料内への侵入深さの
変化とマイクロビームの照射位置の２次元的な変化とを
組み合わせることにより、マイクロビームの到達位置を
３次元的に変化させ、マイクロビームの到達位置を３次
元的に変化させる過程で検出された特性Ｘ線のスペクト
ラムから分析対象領域の３次元的な組成分布を求める。

【００１１】本発明に係わるマイクロＰＩＸＥ分析方法
において、マイクロビームの到達位置を３次元的に変化
させるには、例えば、加速器の加速電圧及びディグレー
ダによるイオンビームの減速量の少なくとも一方とエネ
ルギ分析電磁石の励磁電流とを調整することによりマイ
クロビームのエネルギを調整してマイクロビームを分析
対象領域の所定の侵入深さ位置まで侵入させた状態でマ
イクロビームの照射位置を試料の厚み方向に対して直角
な平面上で２次元的に変化させる過程を、マイクロビー
ムのエネルギを種々変化させながら繰り返すようにすれ
ばよい。

【００１２】上記の分析方法を実施するために用いるマ
イクロＰＩＸＥ分析装置は、イオンを加速して所定のエ
ネルギを有するイオンビームを発生させる加速器と、加
速器から得られるイオンビームを減速する減速量の制御
が可能なディグレーダと、該ディグレーダを通過したイ
オンビームに磁界を作用させてイオンビームに含まれる
各イオンの軌道を各イオンが有するエネルギに応じた曲
率で湾曲させることにより所定のエネルギを有するイオ
ンビームを選択して送出するエネルギ分析電磁石と、エ
ネルギ分析電磁石から送出されるイオンビームを間にし
て該エネルギ分析電磁石内の磁界の方向に対して直角な
方向に相対するように配置された対のスリット形成板を
備えたスリットと、該スリットを通過したイオンビーム
をマイクロビーム化して前記試料に照射するマイクロビ
ーム生成手段と、試料に照射されるマイクロビームのエ
ネルギを目標値に等しくするために必要なエネルギを有
するイオンビームを前記エネルギ分析電磁石に与えるべ
く、加速器の加速電圧及びディグレーダによるイオンビ
ームの減速量の少なくとも一方を調整するとともに、マ
イクロビームのエネルギを目標値に等しくするために必
要なエネルギを有するイオンビームがエネルギ分析電磁
石から正しく送出されるように該エネルギ分析電磁石の
励磁電流を調整するビームエネルギ制御部と、前記対の
スリット形成板を通してそれぞれ検出されるスリット電
流の大きさを等しくするように加速器の加速電圧を微調
整する加速電圧制御部と、マイクロビームと試料との間
に該試料の厚み方向に対して直角な２軸方向の相対変位
を生じさせるビーム走査手段と、マイクロビームを試料
に照射した際に発生する特性Ｘ線を検出するＸ線検出器
と、Ｘ線検出器が検出した特性Ｘ線のデータを収集する
データ収集部とを備えることにより構成され、ビームエ
ネルギ制御部によりマイクロビームが有するエネルギを
種々変化させることによりマイクロビームの試料内への
侵入深さを変化させ得るようになっている。

【００１３】上記加速電圧制御部を設ける代りに、対の
スリット形成板を通してそれぞれ検出されるスリット電
流の大きさを等しくするようにディグレーダによる減速
量を微調整するディグレーダ制御部を設けるようにして
もよい。

【００１４】上記ディグレーダは、例えば、イオンビー
ムを透過させた際に該イオンビームのエネルギの一部を
吸収する性質を有する材料により形成されて加速器から
エネルギ分析電磁石に与えられるイオンビームの軌道を
遮る状態になる第１の位置と該イオンビームの軌道を遮
らない状態になる第２の位置との間を変位するように設
けられた複数の減速板と、各減速板を第１の位置と第２
の位置とに変位させる減速板駆動機構とにより構成する
ことができる。このように構成すると、第１の位置にあ
る減速板の数を変化させることにより加速器からエネル
ギ分析電磁石に与えられるイオンビームの減速量を調整
することができる。

【００１５】また上記ディグレーダは、イオンビームを
透過させた際に該イオンビームのエネルギの一部を吸収
する性質を有する材料からなっていて加速器からエネル
ギ分析電磁石に与えられるイオンビームと直交する平面
に沿って定められた方向に変位し得るように設けられた
減速板と、該減速板を変位させる減速板駆動機構とによ
り構成することもできる。この場合、減速板は、上記定
められた変位の方向に沿ってその厚みが連続的にまたは
段階的に変化するように形成しておく。このように構成
すると、減速板を変位させてイオンビームを透過させる
部分の厚みを変化させることによりイオンビームの減速
量を調整することができる。

【００１６】上記のディグレーダは他の方式のもの、例
えば、イオンビームに減速電界を作用させることにより
イオンビームを減速するように構成されたものであって
もよい。

【００１７】上記のように、加速器とエネルギ分析電磁
石との間にディグレーダを設けると、該ディグレーダに
よりイオンビームの減速量を調整することにより、エネ
ルギ分析電磁石に与えられるイオンビームのエネルギを
適宜に調整することができる。また加速器の加速電圧を
調整することによってもイオンビームのエネルギを調整
することができる。

【００１８】従って、上記のように構成すると、加速器
の加速電圧及びディグレーダによるビームの減速量の一
方または双方を調整することによりイオンビームのエネ
ルギを細かく調整できるため、マイクロビームの侵入深
さの微妙な調整を容易に行うことができる。

【００１９】また上記のように、エネルギ分析電磁石の
出口側に設けた対のスリット形成板を通してそれぞれ検
出されるスリット電流を等しくするように加速器の加速
電圧を微調整するか、またはディグレーダによる減速量
を微調整するようにすると、加速器の加速電圧の変動な
どがあった場合でも、エネルギ分析電磁石により選択さ
れてマイクロビーム生成手段に与えられるイオンビーム
の量をほぼ一定に保つことができるため、マイクロビー
ム生成手段から所望のエネルギ（マイクロビームを試料
内の所定の侵入深さ位置まで到達させるために必要なエ
ネルギ）を有する定量のマイクロビームを効率よく、か
つ安定に得ることができる。

【００２０】従って上記のように構成すれば、マイクロ
ビームが有するエネルギを微妙に変化させてその試料内
への侵入深さを細かく変化させながら、ビームの照射位
置を２次元的に変化させて特性Ｘ線のスペクトラムデー
タを収集することができるため、試料を破壊することな
くその３次元的な組成分布を求めることができる。

【００２１】また上記のように構成すると、試料の２次
元的な組成分布のデータと深さ方向の組成分布のデータ
とを同じマイクロＰＩＸＥ分析法により得ることができ
るため、マイクロＰＩＸＥ分析法とＳＩＭＳとを併用し
た場合のように系統誤差が多くなるのを防ぐことがで
き、試料の３次元的組成分布を正確に求めることができ
る。

【００２２】マイクロビームを試料に照射した際に発生
する特性Ｘ線は、マイクロビームが侵入した部分の組成
の積分情報を含むスペクトラムを有している。例えば、
図４に示したように、マイクロビームＭＢの侵入深さ
（試料の表面からの侵入深さ）をｄ1 ，ｄ2 ，…，ｄn
（ｎは２以上の整数）のようにｎ回変化させたときに、
各侵入深さｄ1 〜ｄn の位置でそれぞれ特性Ｘ線Ａ1 〜
Ａn が検出されたとすると、特性Ｘ線Ａ1 は、試料の表
面から深さｄ1 の領域Ｄ1 の組成の情報を含むスペクト
ラムを有しており、特性Ｘ線Ａ2 は、表面から深さｄ2
までの部分（Ｄ1＋Ｄ2 の部分）の組成の情報を含むス
ペクトラムを有している。同様に、深さｄn までマイク
ロビームを侵入させた際に検出される特性Ｘ線Ａn は、
表面から深さｄn までの領域（Ｄ1 ＋Ｄ2 ＋…Ｄn の部
分）の組成の情報を含むスペクトラムを有している。

【００２３】従ってｎ番目に検出された特性Ｘ線Ａn の
スペクトラムにより得られる組成の情報からｎ−１番目
に検出された特性Ｘ線Ａn-1 のスペクトラムにより得ら
れる組成の情報を減ずる処理を行うことにより、図示の
領域Ｄ1 ，Ｄ2 ，…Ｄn の部分の組成をそれぞれ求め
て、厚み方向の組成分布を求めることができる。

【００２４】上記のように、本発明では、マイクロビー
ムの試料内への侵入深さの変化と該マイクロビームの照
射位置の２次元的な変化とを組み合わせることにより、
分析対象領域内でマイクロビームの到達位置を３次元的
に変化させながら特性Ｘ線を検出して、分析対象領域の
３次元的な組成分布を求めるが、その具体的な手順は種
々考えられる。

【００２５】例えば、マイクロビームが有するエネルギ
を所定値に固定して、マイクロビームを所定の深さまで
侵入させた状態に保って、ビーム走査手段によりマイク
ロビームを走査しながら特性Ｘ線のデータを収集して、
収集した特性Ｘ線のデータから２次元的な組成分布を求
める過程を、マイクロビームのエネルギを変えてその侵
入深さを異ならせながら繰り返すことにより、３次元的
な組成分布を求めるようにすることができる。また、ビ
ーム走査手段によりマイクロビームの照射位置（２次元
位置）を所定の位置に固定した状態で、マイクロビーム
のエネルギを変化させることにより該マイクロビームの
侵入深さを変化させて厚み方向の組成分布を求める過程
を、ビーム走査手段によりマイクロビームの照射位置を
２次元的に変化させながら繰り返すことにより、３次元
的な組成分布を求めるようにすることもできる。更に、
マイクロビームを２次元的に動かしながらそのエネルギ
を変化させることにより、該マイクロビームの到達位置
を３次元的に変化させて特性Ｘ線のデータを収集し、収
集された特性Ｘ線のデータからそのスペクトラムを分析
することにより、分析対象領域の３次元的な組成分布を
求めるようにすることもできる。

【００２６】本発明において、マイクロビームの２次元
的な走査は、マイクロビームと試料との間に相対変位を
生じさせることにより行えばよく、マイクロビームの走
査を行わせるに当り、マイクロビーム及び試料のいずれ
を動かしてもよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係わるマイクロＰ
ＩＸＥ分析装置の構成例を示したもので、同図において
１は負イオンを発生するイオン源、２はイオン源１が発
生する負イオンのビームに磁界を作用させることにより
所定の質量を有するイオンを選択して送り出す質量分析
電磁石である。また３は周知のタンデム加速器で、この
加速器は、質量分析電磁石２から送り出された負イオン
を加速する低エネルギ側加速管３０１と、加速管３０１
により加速された負イオンから電子を奪い取って負イオ
ンを正イオンに変換する荷電変換器（チャージストリッ
パ）３０２と、荷電変換器３０２から得られる正イオン
を加速する高エネルギ側加速管３０３と、加速管３０１
及び３０３のそれぞれの高電圧側の端部３０１ａ及び３
０３ａに設けられた電極につながる高電圧ターミナル３
０４と、シェンケル回路等の昇圧回路を備えて高電圧タ
ーミナル３０４と接地間に加速電圧を印加する直流高圧
電源部３０５とを備えている。

【００２８】タンデム加速器３においては、イオン源１
が発生する負イオンのうち、質量分析電磁石２により選
択された所定質量の負イオンが低エネルギ側加速管３０
１の接地電位側の端部３０１ｂに与えられる。加速管３
０１に与えられた負イオンは、該加速管の高電圧側の端
部３０１ａに向って加速される。低エネルギ側加速管３
０１により加速された負イオンは、荷電変換器３０２に
より荷電変換されて正イオンとされた後、高エネルギ側
加速管３０３の高電圧側の端部３０３ａに与えられる。
高エネルギ側加速管３０３に与えられた正イオンは、該
加速管３０３の接地電位側の端部３０３ｂに向けて再度
加速されて高エネルギを有するイオンビームＢ1 として
送り出される。

【００２９】図示の例では、荷電変換器３０２として、
低エネルギ側加速管３０１により加速された負イオンを
ストリッパフォイル３０６を通過させることにより正イ
オンに変換する方式のものを用いている。図２は、低エ
ネルギ側加速管３０１の高電位側端部付近と荷電変換器
３０２と高エネルギ側加速管３０３の高電位側端部付近
とを拡大して示したもので、荷電変換器３０２には、低
エネルギ側加速管３０１の出口と高エネルギ側加速管３
０３の入口との間に介在するストリッパフォイル３０６
が設けられている。低エネルギ側加速管３０１により加
速された負イオンは、カーボン膜などからなるストリッ
パフォイル（荷電変換用薄膜）３０６を通過させられる
ことにより、その電子が剥ぎ取られて正イオンに変換さ
れる。

【００３０】図示の例では、低エネルギ側加速管３０１
の高電位側の端部３０１ａ及び高エネルギ側加速管３０
３の高電位側の端部３０３ａと電位が等しい高電圧ター
ミナル３０４と高電圧ターミナル３０４に対して絶縁さ
れた状態で設けられたストリッパフォイル３０６との間
に加速電圧調整用電源部３０７の出力電圧が印加されて
いる。加速電圧調整用電源部３０７は、その出力電圧の
大きさを調整し得るように構成されていて、加速電圧制
御部２１により該電源部３０７の出力電圧が制御される
ようになっている。

【００３１】加速電圧調整用電源部３０７からストリッ
パフォイル３０６と高電圧ターミナル３０４との間に調
整用電圧Ｖa を印加すると、低エネルギ側加速管３０１
から送出された負イオンは該調整用電圧Ｖa により更に
加速される。また負イオンは、ストリッパフォイル３０
６を通過することにより正イオンに変換されるため、ス
トリッパフォイル３０６と高エネルギ側加速管３０３と
の間で正イオンが調整用電圧Ｖa により再び加速され
る。従って、上記のようにストリッパフォイル３０６と
高電圧ターミナル３０４との間に調整用電圧Ｖa を印加
すると、加速電圧を２Ｖa だけ微調整することができ
る。

【００３２】加速器３としては、試料の分析対象領域の
最深部までマイクロビームを侵入させるために必要なビ
ームエネルギ以上のビームエネルギを得ることができる
ものを用いる必要があるが、そのためには、加速電圧が
３ＭＶ程度のタンデム加速器を用いるのが好ましい。

【００３３】上記タンデム加速器３から送り出されたイ
オンビームＢ1 は、イオンビームを減速する機能を有す
るディグレーダ（イオンビーム減速器）４を通してエネ
ルギ分析電磁石５に与えられている。

【００３４】ディグレーダ４は、イオンビームＢ1 を透
過させた際に該イオンビームのエネルギの一部を吸収す
ることによりイオンビームを減速するもので、本発明に
おいては、このディグレーダ４として、イオンビームの
減速量を細かく調整することができるものを用いる。

【００３５】図示のディグレーダ４は、イオンビームの
エネルギの一部を吸収する性質を有する材料により形成
された多数の減速板４０１，４０１，…を有している。
減速板４０１，４０１，…は、それぞれの板面を、加速
器３からエネルギ分析電磁石５に与えられるイオンビー
ムの軌道と直交する平面と平行させた状態で並べて配置
されていて、図示のようにイオンビームＢ1 の軌道を遮
る状態になる第１の位置（図示の位置）と、該イオンビ
ームＢ1 の軌道を遮らない状態になる（イオンビームの
軌道から退避した状態になる）図示しない第２の位置と
の間を変位するように設けられている。なお各減速板４
０１は、第１の位置と第２の位置との間を直線変位する
ように設けてもよく、両位置の間を回動変位するように
設けてもよい。

【００３６】ディグレーダ４はまた電磁プランジャ（電
磁石）や電動機などを駆動源として、減速板４０１，４
０１，…のそれぞれを上記第１の位置と第２の位置とに
変位させる減速板駆動機構４０２を備えていて、減速板
駆動機構４０２により第１の位置にある減速板４０１の
数を変化させることによりイオンビームの減速量を細か
く調整することができるようになっている。減速板４０
１としては例えば所定の厚さを有するプラスチック板等
を用いることができる。

【００３７】加速器３から送り出されるイオンビームＢ
1 の中心エネルギはタンデム加速器の加速電圧により決
まるが、該イオンビームＢ1 に含まれるイオンのエネル
ギは一様ではなく、該イオンビームＢ1 には、種々のエ
ネルギを有するイオンが含まれている。ディグレーダ４
から送り出されるイオンビームＢ2 の中心エネルギは、
加速器３から送り出されるイオンビームの中心エネルギ
とディグレーダ４による減速量とにより決まるが、該イ
オンビームＢ2 にも種々のエネルギを有するイオンが含
まれている。

【００３８】エネルギ分析電磁石５は、イオンビームＢ
2 の軌道と直角な方向に相対する扇形の磁極を備えた周
知のもので、イオンビームＢ2 にその軌道と直交する方
向の一様な磁界を作用させてイオンビームに含まれる各
イオンの軌道を各イオンが有するエネルギに応じた曲率
で湾曲させることにより所定のエネルギを有するイオン
ビームを選択して送出するようにしたものである。即
ち、エネルギ分析電磁石５内の磁界中に置かれた荷電粒
子は、磁界から力を受けて円運動を行う。該円運動の半
径は、荷電粒子の質量と速度（エネルギ）とに比例す
る。従って、エネルギ分析電磁石５にイオンビームＢ2
が送り込まれると、該イオンビームＢ2 に含まれる各イ
オンの軌道が各イオンが有するエネルギに応じた曲率で
湾曲させられ、イオンビームＢ2 に含まれる異なるエネ
ルギのイオンは、それぞれが有するエネルギの大きさに
応じて異なる軌道をとって電磁石５の出口から出て行
く。すなわち、エネルギが小さいイオンは、図示のＢ2a
のように小さい曲率で湾曲させられて電磁石５の扇形磁
極の径方向の内側寄りの円軌道に沿って走行し、エネル
ギが大きいイオンは、図示のＢ2bのように大きな曲率で
湾曲させられて扇形磁極の径方向の外側寄りの円軌道に
沿って走行する。エネルギ分析電磁石５の励磁電流を所
定値に調整することにより、該エネルギ分析電磁石の出
口の中心部から出て行くイオンビームＢ2 ´のエネルギ
を選択することができる。

【００３９】エネルギ分析電磁石５の出口側には、エネ
ルギ分析用スリット６が配置されている。スリット６
は、先端にエッジを有する対のスリット形成板６ａ，６
ｂのエッジどうしを、エネルギ分析電磁石５から送出さ
れるイオンビームＢ2 ´を間にして、電磁石５内の磁界
の方向に対して直角で、かつビームＢ2 ´に対して直角
な方向に対向させたものからなっていて、スリット形成
板６ａ，６ｂ間の間隙の中心位置をエネルギ分析電磁石
５の出口の中心位置（該エネルギ分析電磁石により選択
されたイオンビームが送出される位置）に一致させた状
態で配置されている。

【００４０】スリット６を通過したイオンビームＢ2 ´
は軸線方向寸法が十分に長く、内径が十分に小さいビー
ム透過孔７ａを有するをコリメータ７に与えられる。コ
リメータ７は、イオンビームＢ2 ´の中心部のみを残
し、周辺部分を除去することによりイオンビームを整形
して、径が縮小されたビームをダブレットＱレンズ８に
入射させる。ダブレットＱレンズ８は、装置全体の制御
を統括する主制御部９により制御されるビームエネルギ
制御部１０から励磁電流が与えられる２つのソレノイド
８ａ，８ｂを備えた磁界レンズからなっていて、コリメ
ータ７から与えられるビームを２段階に集束して直径が
１μｍ程度のマイクロビームＭＢとして送り出す。この
例では、コリタメータ７とＱレンズ８とにより、マイク
ロビーム生成手段が構成されている。

【００４１】マイクロビームＭＢは、スキャナ１１を通
して、真空チャンバ１２内に位置決めされた試料（試
料）１３に照射される。

【００４２】試料１３は、チャンバ１２内に配置された
ゴニオメータ（支持した対象物のＸ−Ｙ方向の位置を精
密に調整し得るようにした支持具）２０に支持されてい
て、その分析対象領域の厚み方向をダブレットＱレンズ
８から送出されるマイクロビームＭＢの軌道の方向（Ｑ
レンズの軸線方向）に一致させた状態で位置決めされ
る。この試料１３の分析対象領域の厚み方向をＺ軸方向
とする。

【００４３】スキャナ１１は、Ｑレンズ８から出るマイ
クロビームＭＢの軌道（Ｑレンズの軸線方向）に対して
直角な平面内で互いに直交する２軸の方向にマイクロビ
ームＭＢを静電偏向または電磁偏向させて、マイクロビ
ームＭＢをＺ軸方向（試料１３の厚み方向）に対して直
角な平面内で互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向の２
軸方向に（２次元的に）変位させる装置で、主制御部９
から与えられる指令に基づいてビーム走査制御部１４か
ら与えられる偏向用の電圧または電流に応じてマイクロ
ビームＭＢを２軸方向に変位させる。この例では、スキ
ャナ１１とスキャナ制御部１４とにより、マイクロビー
ムＭＢと試料１３との間に該試料の厚み方向に対して直
角な２軸方向の相対変位を生じさせるビーム走査手段が
構成されている。

【００４４】真空チャンバ１２内には、試料１３にマイ
クロビームＭＢが照射された際に該試料１３から発生す
る特性Ｘ線１５を検出するＸ線検出器１６が配置され、
該Ｘ線検出器１６の出力は主制御部９により制御される
データ収集部１７に与えられている。

【００４５】本発明においては、加速器３の加速電圧及
びディグレーダ４によるイオンビームの減速量の少なく
とも一方と、エネルギ分析電磁石５の励磁電流とを変化
させることにより、マイクロビームＭＢのエネルギを変
化させて該マイクロビームの試料１３内への侵入深さを
変化させる。

【００４６】マイクロビームの試料１３内への侵入深さ
を変化させて試料の３次元的組成を調べるためには、マ
イクロビームＭＢのエネルギを相当に広範囲に、しかも
細かく変化させる必要がある。マイクロビームのエネル
ギを変化させるためには、加速器３の加速電圧を変化さ
せればよいが、加速器３の加速電圧を細かく変化させる
ことは容易ではない。そこで、本発明においては、加速
器３とエネルギ分析電磁石５との間にディグレーダ４を
配置して、加速器３の加速電圧の調整と、ディグレーダ
４によるイオンビームの減速量の調整とを組み合わせる
ことにより、マイクロビームＭＢのエネルギを細かくし
かも広範囲に変化させることができるようにした。

【００４７】図１に示した例では、マイクロビームのエ
ネルギを所望の大きさとするように加速器３の加速電圧
とディグレーダ４によるイオンビームの減速量とを制御
し、所望のエネルギのイオンビームがマイクロビーム生
成部に与えられるようにエネルギ分析電磁石５の励磁電
流を調整するために、主制御部９から与えられる指令に
基づいて加速器３の直流高圧電源部３０５とディグレー
ダ４とエネルギ分析電磁石５とを制御するビームエネル
ギ制御部１０が設けられている。

【００４８】ビームエネルギ制御部１０は、主制御部９
からマイクロビームのエネルギを変更する指令が与えら
れたときに、先ずディグレーダ４によるイオンビームの
減速量の調整によりビームエネルギの変更に対応し得る
か否かを判断する。その結果、ディグレーダ４によるイ
オンビームの減速量の調整によりマイクロビームのエネ
ルギの変更に対応し得ると判断されたときには、エネル
ギ分析電磁石５に与えるイオンビームのエネルギを、マ
イクロビーム生成手段により所望のエネルギを有するマ
イクロビームＭＢを得るために必要な大きさ（目標値）
とするべく、減速板駆動機構４０２を制御して第１の位
置（イオンビームを遮る位置）にある減速板４０１の数
を変化させることにより、ディグレーダ４によるイオン
ビームの減速量を調整する。主制御部９からマイクロビ
ームのエネルギを変更する指令が与えられたときに、デ
ィグレーダ４によるイオンビームの減速量の調整のみで
はマイクロビームのエネルギの変更に対応し得ないと判
断されたときには、加速器３の直流高圧電源部３０５を
制御することにより、該直流高圧電源部３０５から加速
管３０１及び３０３に印加される加速電圧を変化させ、
その後必要に応じてディグレーダ４によるイオンビーム
の減速量を調整して、エネルギ分析電磁石５に与えられ
るイオンビームＢ2 のエネルギを目標値に等しくするよ
うに調整する。

【００４９】加速器３の直流高圧電源部３０５としてシ
ェンケル回路が用いられている場合には、該シェンケル
回路の高周波電源部の出力電圧を変化させるか、またシ
ェンケル回路の昇圧段数を変化させることにより、直流
高圧電源部３０５の出力電圧を変化させることができ
る。

【００５０】ビームエネルギ制御部１０はまた、加速器
３の加速電圧またはディグレーダ４によるイオンビーム
の減速量が調整されてエネルギ分析電磁石５に与えられ
るイオンビームの中心エネルギが新たな値に調整される
毎に、該電磁石５が調整後のエネルギを有するイオンビ
ームを正しく選択してコリメータ７に向けて送出するよ
うに、該電磁石５の励磁電流を調整後のイオンビームの
エネルギに見合った値に調整する。エネルギ分析電磁石
５の励磁電流の大きさは、マイクロビームＭＢの試料内
への侵入深さを変化させるためにイオンビームの中心エ
ネルギが再び調整されるまでの間一定に保たれる。

【００５１】なおエネルギ分析電磁石５の励磁電流の調
整は、該電磁石５に与えるイオンビームのエネルギの調
整を行う前に行ってもよく、電磁石５に与えるイオンビ
ームのエネルギの調整を行った後に行ってもよい。

【００５２】上記のように、加速器の加速電圧及びディ
グレーダによるイオンビームの減速量の少なくとも一方
を調整してイオンビームのエネルギを調整し、エネルギ
分析電磁石５の励磁電流を調整後のイオンビームのエネ
ルギに見合った値に固定した場合、加速器３の直流高圧
電源部３０５の電源変動等によりエネルギ分析電磁石５
に与えられるイオンビームのエネルギ分布が変化する
と、該電磁石５により選択されてコリメータ７に与えら
れるイオンビームの量が変化し、一定量のマイクロビー
ムＭＢを得ることが難しくなる。

【００５３】そこで図１に示した例では、エネルギ分析
電磁石５の出口側に配置したスリット６を形成するスリ
ット形成板６ａ，６ｂを通して検出されるスリット電流
に応じて、加速電圧調整用電源部３０７を制御する加速
電圧制御部２１と、スリット形成板６ａ，６ｂを通して
検出されるスリット電流に応じてディグレーダ４を制御
するディグレーダ制御部２２とを設けて、これらの制御
部２１及び２２により、加速電圧またはディグレーダ４
によるイオンビームの減速量の少なくとも一方を調整す
ることによって、エネルギ分析電磁石５により選択され
てコリメータ７（マイクロビーム生成手段）に与えられ
るイオンビームの量を一定に保つようにしている。

【００５４】スリット６を構成するスリット形成板６
ａ，６ｂにエネルギ分析電磁石５から送出されたイオン
ビームが接触すると、スリット形成板６ａ，６ｂと接地
回路とを通して、接触したイオンビームのビーム電流に
比例したスリット電流が流れる。図示の例では、スリッ
ト形成板６ａ及び６ｂがそれぞれエネルギ分析電磁石の
扇形の磁極の径方向の外側寄りの位置及び内側寄りの位
置に配置されているため、スリット形成板６ａに接触す
るイオンビームのエネルギとスリット形成板６ｂに接触
するイオンビームのエネルギとを比較すると、スリット
形成板６ａに接触するイオンビームのエネルギの方がス
リット形成板６ｂに接触するイオンビームのエネルギよ
りも大きい関係にある。エネルギ分析電磁石５の励磁電
流がある一定値に固定されている状態で、エネルギ分析
電磁石５に入射するイオンビームの中心エネルギが増加
すると、該電磁石内で大きな曲率半径の軌道を通るイオ
ンビームの量が増加するため、スリット形成板６ａを通
して流れるスリット電流がスリット形成板６ｂを通して
流れるスリット電流よりも増加する。またエネルギ分析
電磁石５に入るイオンビームの中心エネルギが減少する
と、電磁石内で小さい曲率半径の軌道を通るイオンビー
ムの量が増加するため、スリット形成板６ｂを通して流
れるスリット電流がスリット形成板６ａを通して流れる
スリット電流よりも増加する。従って、スリット形成板
６ａ，６ｂを通してそれぞれ検出されるスリット電流の
大きさを等しくするように加速器３の加速電圧またはデ
イグレーダ４によるイオンビームの減速量を調整するこ
とにより、エネルギ分析電磁石５により選択されるイオ
ンビームの量を一定に保つことができる。

【００５５】図示の例では、スリット形成板６ａ及び６
ｂをそれぞれ流れるスリット電流の通路に電流検出用抵
抗２３ａ及び２３ｂが挿入され、これらの電流検出用抵
抗２３ａ及び２３ｂの両端に得られる電流検出信号が差
動増幅器２４に入力されている。スリット形成板６ａ，
６ｂをそれぞれ流れるスリット電流はまた電流計２５ａ
及び２５ｂに与えられ、該電流計２５ａ及び２５ｂによ
りスリット形成板６ａ及び６ｂを通して流れるスリット
電流の大きさが表示される。

【００５６】差動増幅器２４は、スリット形成板６ａ及
び６ｂをそれぞれ流れるスリット電流の検出信号の差を
増幅してビームエネルギ偏差信号ＶD を発生し、該偏差
信号ＶD を主制御部９に与える。

【００５７】主制御部９は、偏差信号ＶD が与えられた
ときに、加速電圧制御部２１及びディグレーダ制御部２
２の少なくとも一方に制御動作を行わせて、偏差信号Ｖ
D を零に近付けてスリット形成板６ａ，６ｂを通してそ
れぞれ検出されるスリット電流の大きさを等しくするよ
うに、加速電圧及びイオンビームの減速量の少なくとも
一方を微調整する。

【００５８】この場合、主制御部９は加速電圧制御部２
による制御及びディグレーダ制御部２２による制御のい
ずれか一方を優先して、優先した制御により偏差信号Ｖ
D が零にならないときに、他方の制御を行わせて偏差信
号ＶD を零に近付ける。

【００５９】ここで、例えば加速電圧制御部２１による
加速電圧の微調整を優先させるものとすると、主制御部
９は、偏差信号ＶD が与えられたときに、先ず加速電圧
制御部２１に制御動作を行わせて、偏差信号ＶD を零に
近付けるように加速電圧調整用電源部３０７を制御して
加速器３の加速電圧を微調整する。加速電圧の微調整に
より偏差信号ＶD が零にならない場合には、ディグレー
ダ制御部２２に制御動作を行わせて、偏差信号ＶD を零
にするように、ディグレーダ駆動機構４０２を制御する
ことにより、偏差信号ＶD を零に近付ける。これらの制
御動作により、スリット６を通してコリメータ７に与え
られるイオンビームＢ2 ´の量を一定に保ち、試料１３
に照射されるマイクロビームＭＢの量を一定に保つ。

【００６０】上記主制御部９、ビームエネルギ制御部１
０、ビーム走査制御部１４、加速電圧制御部２１、ディ
グレーダ制御部２２及びデータ収集部１７は、コンピュ
ータを用いることにより実現することができる。

【００６１】なお図１において、加速器３の加速管内か
らディグレーダ４、エネルギ分析電磁石５、スリット
６、コリメータ７、ダブレットＱレンズ８及びスキャナ
１１を通してチャンバ１２に至るイオンビームの輸送路
が真空状態に保たれるのはもちろんである。

【００６２】次に上記のマイクロＰＩＸＥ分析装置を用
いて試料１３の組成を調べる方法を説明する。ここで
は、試料の分析対象領域を図４に示したように厚み方向
にｎ個の領域Ｄ1 ，Ｄ2 ，…，Ｄn に分けて、それぞれ
の領域での２次元的組成分布を求めることにより、分析
対象領域の３次元的な組成分布を求めるものとする。マ
イクロビームＭＢを領域Ｄ1 ，Ｄ2 ，…，Ｄn にそれぞ
れ侵入させるために該マイクロビームに持たせる必要が
あるエネルギをそれぞれｅ1 ，ｅ2 ，…ｅn （ｅ1 ＜ｅ
2 ＜…＜ｅn ）とする。またマイクロビームＭＢにエネ
ルギｅ1 ，ｅ2 ，…，ｅn をそれぞれ持たせるためにコ
リメータ７に与える必要があるビームエネルギをＥ1
´，Ｅ2 ´，…，Ｅn ´とする。

【００６３】分析を行うに当っては、先ず試料１３をチ
ャンバ１２内に位置決めし、該チャンバ１２内を真空引
きする。次いでイオン源１及び加速器３を動作させて、
イオンビームＢ1 を発生させる。

【００６４】主制御部９からビームエネルギ制御部１０
に指令を与えて、ディグレーダ４の減速板駆動機構４０
２を制御することにより、イオンビームＢ1 を遮る位置
にある減速板４０１の数を調整して、マイクロビームＭ
Ｂを試料１３の最上層の領域Ｄ1 まで（深さｄ1 だけ）
侵入するために必要なエネルギｅ1 をマイクロビームＭ
Ｂに持たせるために必要とされるエネルギＥ1 を有する
イオンビームＢ2 をエネルギ分析電磁石５に与える。ま
たこのときビームエネルギ制御部１０からエネルギ分析
電磁石５に所定の励磁電流を与えて、エネルギｅ1 （目
標値）を有するマイクロビームを得るために必要なエネ
ルギＥ1 ´のイオンビームＢ2 ´が正しく電磁石５の出
口の中心部から出てスリット６を通過してコリメータ７
に入射するように調整する。エネルギ分析電磁石５の励
磁電流の値は、次にマイクロビームＭＢの侵入深さを変
更するために該ビームＭＢのエネルギを変更するまでの
間一定に保つ。エネルギ分析電磁石５の励磁電流の調整
は、イオンビームのエネルギを変更する前に行ってもよ
く、イオンビームのエネルギを変更した後に行ってもよ
い。

【００６５】また、対のスリット形成板６ａ，６ｂを通
してそれぞれ検出されるスリット電流の大きさを等しく
するように加速電圧制御部２１により加速器３の加速電
圧を微調整するか、またはディグレーダ制御部２２によ
り、対のスリット形成板６ａ，６ｂを通してそれぞれ検
出されるスリット電流の大きさを等しくするようにディ
グレータ４によるイオンビームの減速量を微調整するこ
とにより、エネルギ分析電磁石５からマイクロビーム生
成手段側に常に一定の量のイオンビームが与えられるよ
うにする。

【００６６】上記のようにしてマイクロビームＭＢを領
域Ｄ1 に侵入させた状態で、ビーム走査制御部１４によ
りスキャナ１１を制御することによりマイクロビームＭ
Ｂを２次元走査して、該領域Ｄ1 の各部で発生する特性
Ｘ線１５をＸ線検出器１６により検出する。領域Ｄ1 の
各部でＸ線検出器１６により検出される特性Ｘ線のデー
タをデータ収集部１７に読み込んで記憶させておく。こ
の領域Ｄ1 の各部で発生する特性Ｘ線のスペクトラムか
ら領域Ｄ1 の２次元的組成分布を求めることができる。

【００６７】次いで、マイクロビームＭＢを試料内の領
域Ｄ2 まで（深さｄ2 だけ）侵入させるために必要な大
きさのエネルギｅ2 を該マイクロビームに持たせるため
に必要なエネルギＥ2 をエネルギ分析電磁石５に与える
ように、ディグレーダ４によるイオンビームの減速量を
調整する。目標とするエネルギＥ2 がディグレーダ４か
らエネルギ分析電磁石５に与えられているイオンビーム
のエネルギよりも大きい場合には、ディグレーダ４のイ
オンビームを遮る位置（第１の位置）にある減速板４０
１の数を減少させて減速量を減少させることにより、エ
ネルギ分析電磁石５に与えられるイオンビームのエネル
ギを目標値Ｅ2 とする。ディグレーダ４のイオンビーム
を遮る位置（第１の位置）にある減速板４０１の数を減
少させても、エネルギ分析電磁石５に与えられるイオン
ビームのエネルギを目標値Ｅ2 にすることができない場
合には、ビームエネルギ制御部１０により加速器３の直
流高圧電源部３０５を制御することにより加速電圧を増
加させ、その後必要に応じてディグレーダ４によるビー
ムの減速量を調整して電磁石５に与えられるイオンビー
ムのエネルギを目標値Ｅ2 に調整する。またエネルギ分
析電磁石５が所定のエネルギＥ2 ´を有するイオンビー
ムを選択してコリメータ７に与えるように、該電磁石５
の励磁電流を調整する。

【００６８】このようにしてマイクロビームＭＢが有す
るエネルギをｅ2 として該マイクロビームを領域Ｄ2 ま
で侵入させ、ビーム走査手段１１によりマイクロビーム
を２次元走査して各部で発生する特性Ｘ線のデータを収
集する。このようにして収集した特性Ｘ線のスペクトラ
ムを分析することにより、領域Ｄ1 ＋Ｄ2 の２次元的組
成分布を求めることができる。この領域Ｄ1 ＋Ｄ2 の２
次元的組成分布から先に求めた領域Ｄ1 の２次元的組成
分布を減ずる処理を行うことにより、領域Ｄ2の２次元
的組成分布を求める。

【００６９】以下同様にして、マイクロビームＭＢが有
するエネルギをｅn まで増加させて該マイクロビームＭ
Ｂを領域Ｄn まで侵入させ、領域Ｄ1 ＋Ｄ2 ＋…＋Ｄn
の２次元的組成分布を求める。この領域Ｄ1 ＋Ｄ2 ＋…
＋Ｄn の２次元的組成分布から領域Ｄ1 ＋Ｄ2 ＋…Ｄn-
1 の２次元的組成分布を減ずる処理を行って領域Ｄnの
２次元的組成分布を求める。

【００７０】上記のようにして、領域Ｄ1 ，Ｄ2 ，…，
Ｄn のそれぞれの２次元的組成分布を求めることによ
り、分析対象領域の３次元的組成分布を求める。

【００７１】上記の例では、イオンビームを遮る状態に
なる位置（第１の位置）とイオンビームを遮らない状態
になる位置（第２の位置）との間を変位する多数の減速
板４０１をディグレーダ４に設けて、イオンビームを遮
る位置にある減速板４０１の数を調整することによりイ
オンビームの減速量を調整するようにしたが、ディグレ
ーダ４の構成は上記の例のものに限定されない。例え
ば、図３（Ａ）または（Ｂ）に示すように、イオンビー
ムＢ1 を透過させた際に該イオンビームのエネルギの一
部を吸収する性質を有する材料からなっていて加速器か
らエネルギ分析電磁石に与えられるイオンビームの軌道
と直交する平面に沿って定められた方向（図示の矢印の
方向）に変位し得るように設けられた減速板４Ａと、サ
ーボモータやパルスモータなどを駆動源として減速板４
Ａを定められた方向に変位させる減速板駆動機構４Ｂと
により構成することもできる。この場合、減速板４Ａ
は、図３（Ａ）に示すように、その厚みが定められた方
向に沿って連続的に変化するように形成するか、または
図３（Ｂ）に示すように、その厚みが定められた方向に
沿って段階的に変化するように形成する。このように構
成すると、減速板４Ａを変位させて加速器からエネルギ
分析電磁石に与えられるイオンビームを透過させる部分
の厚みを変化させることによりイオンビームの減速量を
調整することができる。

【００７２】図３に示した例では、イオンビームの減速
量を調整するために減速板４Ａを直線移動させるように
しているが、厚みが周方向に沿って連続的または段階的
に変化するように形成されて回転自在に支持された円板
状ないしは円環状の板を減速板として用いて、減速板駆
動機構により該減速板の回転角度位置を変化させるよう
に構成することにより、加速器から与えられるイオンビ
ームの減速量を調整するようにしてもよい。

【００７３】またディグレーダは必ずしも減速板を用い
るものに限られるものではなく、イオンビームに減速電
界を作用させるようにしたもの、例えば加速管と同様の
構造を有して加速電極間に加速電圧の代りに減速電圧を
印加するようにしたものでもよい。

【００７４】上記の例では、マイクロビームＭＢを試料
の所定の深さ位置まで侵入させた状態に保って、スキャ
ナ１１によりマイクロビームを走査して２次元的な組成
分布を求める過程を、マイクロビームのエネルギを変え
てその侵入深さを異ならせながら繰り返すことにより、
２次元的な組成分布と厚み方向の組成分布とを求めて３
次元的組成分布を求めるようにしているが、スキャナ１
１によりマイクロビームＭＢの照射位置（２次元位置）
を所定の位置に固定した状態で、マイクロビームＭＢの
エネルギを変化させることにより該マイクロビームの侵
入深さを変化させて厚み方向の組成分布を求める過程
（例えば図３の領域Ｄ1 〜Ｄn のそれぞれの組成分布を
求める過程）を、マイクロビームの照射位置を２次元的
に変化させながら繰り返すことにより、３次元的な組成
分布を求めるようにしてもよい。

【００７５】またマイクロビームを２次元的に動かしな
がら同時にそのエネルギを変化させることにより、該マ
イクロビームの到達位置を３次元的に変化させながら、
特性Ｘ線の検出を行って、該特性Ｘ線のスペクトラムを
分析することにより３次元的な組成分布を求めるように
することもできる。

【００７６】上記の例では、マイクロビームＭＢを電磁
偏向または静電偏向することにより２軸方向に変位させ
るスキャナ１１を用いて、マイクロビームＭＢを試料１
３に対して２次元走査するようにしているが、本発明に
おけるマイクロビームの２次元走査は、試料１３に照射
されるマイクロビームＭＢと試料１３との間に該試料の
厚み方向に対して直角な２軸方向の相対変位を生じさせ
るものであればよいので、マイクロビームＭＢを動かす
代りにゴニオメータ２０を動かして、試料１３側をＺ軸
（試料の厚み方向の軸）に対して直角なＸ，Ｙの２軸方
向に変位させることにより、マイクロビームを試料に対
して２次元的に走査するようにしてもよい。

【００７７】上記の例では、加速電圧制御部２１とディ
グレーダ制御部２２とを設けて、スリット電流に応じた
加速電圧の微調整とディグレーダ４による減速量の微調
整とを併用することにより、エネルギ分析電磁石５から
マイクロビーム生成手段に与えられるイオンビームの量
を一定に保つようにしたが、必ずしも加速電圧制御部２
１及びディグレーダ制御部２２の双方を設ける必要はな
く、加速電圧制御部２１またはディグレーダ制御部２２
のいずれか一方のみによりエネルギ分析電磁石５からマ
イクロビーム生成手段に与えられるイオンビームの量を
一定に保つ制御を行わせるようにしてもよい。

【００７８】上記の例では、タンデム加速器の荷電変換
部として、ストリッパフォイル３０６を用いる方式のも
のを採用したが、このような荷電変換部を用いると、ス
トリッパフォイル３０６を境にして、その前後の領域を
負イオンが存在する領域と正イオンが存在する領域とに
分けることができるため、ストリッパフォイル３０６と
高電圧ターミナル３０４との間に調整電圧を印加する加
速電圧調整用電源部３０７を設けることにより、加速電
圧の微調整を容易に行うことができる。しかしながら、
本発明は、必ずしもこのような荷電変換部を採用したタ
ンデム加速器を用いる場合に限定されるものではなく、
低エネルギ側加速管により加速された負イオンをガス中
を通過させることにより正イオンに変換する方式の荷電
変換器を採用したタンデム加速器を用いることもでき
る。

【００７９】なお加速電圧の微調整は、加速器３の直流
高圧電源部３０５の電源電圧を変化させることにより行
ってもよい。

【００８０】また上記の例では、加速器の加速電圧とデ
ィグレーダ４によるイオンビームの減速量とを変化させ
ることにより、マイクロビームＭＢのエネルギを変化さ
せるようにしているが、マイクロビームＭＢを試料１３
の分析領域の最深部まで侵入させるために必要な大きさ
のエネルギを得るために必要にして充分な大きさのエネ
ルギ（例えば３ＭｅＶ）を有するイオンビームを発生す
るように加速器３を構成するとともに、ディグレーダ４
によるイオンビームの減速量の最小調整幅を細かくし
て、ディグレーダ４のみによりマイクロビームのエネル
ギを変化させるようにしてもよい。

【００８１】上記の例では、加速器３としてタンデム加
速器を用いたが、加速器３は、試料１３の分析対象領域
の最深部までマイクロビームＭＢを侵入させるために必
要なエネルギ以上のエネルギを有するイオンビームをデ
ィグレーダ４に与えることができればよく、十分なエネ
ルギを有するイオンビームを得ることができるのであれ
ば、シングルエンド形の加速器を用いることもできる。

【００８２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、マイク
ロビームの試料内への侵入深さの変化とマイクロビーム
の照射位置の２次元的な変化とを組み合わせることによ
り、マイクロビームの到達位置を３次元的に変化させな
がら特性Ｘ線を検出するようにしたので、試料の３次元
的な組成分布を求めることができ、マイクロＰＩＸＥ分
析法の応用範囲を拡大することができる利点がある。

【００８３】また本発明によれば、試料の２次元的組成
分布と、厚み方向の組成分布とを、ともに同じマイクロ
ＰＩＸＥ分析法により求めるので、測定の系統誤差を少
なくして正確な組成分析を行うことができる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるマイクロＰＩＸＥ分析装置の構
成例を概略的に示した構成図である。

【図２】図１の分析装置で用いられている加速器の荷電
変換器付近の構造を概略的に示した構成図である。

【図３】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明で用いるデ
ィグレーダの異なる変形例を示した説明図である。

【図４】本発明に係わる分析方法を説明するための説明
図である。

【符号の説明】 １ イオン源 ３ 加速器 ４ ディグレーダ ４０１，４Ａ 減速板 ４０２，４Ｂ 減速板駆動機構 ５ エネルギ分析電磁石 ６ スリット ６ａ，６ｂ スリット形成板 ７ コリメータ ８ ダブレットＱレンズ １０ ビームエネルギ制御部 １１ スキャナ １４ ビーム走査制御部 １７ データ収集部 ２１ 加速電圧制御部 ２２ ディグレーダ制御部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加速器から得られるイオンビームをエネ
   ルギ分析電磁石に与えて該エネルギ分析電磁石により選
   択した所定エネルギのイオンビームをマイクロビーム化
   して試料の分析対象領域に照射し、前記マイクロビーム
   の照射により前記試料から発生する特性Ｘ線を検出して
   検出された特性Ｘ線のスペクトラムから前記試料の分析
   対象領域の組成を求めるマイクロＰＩＸＥ分析方法にお
   いて、 イオンビームを減速する機能を有していて減速量の制御
   が可能なディグレーダを前記加速器とエネルギ分析電磁
   石との間に挿入しておき、 前記加速器の加速電圧及び前記ディグレーダによるイオ
   ンビームの減速量の少なくとも一方と前記エネルギ分析
   電磁石の励磁電流とを調整することにより前記マイクロ
   ビームのエネルギを変化させて前記マイクロビームの前
   記試料内への侵入深さを変化させ得るようにしておくと
   ともに、前記マイクロビームの照射位置を前記試料の厚
   み方向に対して直角な平面上で２次元的に変化させ得る
   ようにしておき、 前記マイクロビームの試料内への侵入深さの変化と前記
   マイクロビームの照射位置の２次元的な変化とを組み合
   わせることにより、前記マイクロビームの到達位置を３
   次元的に変化させ、 前記マイクロビームの到達位置を３次元的に変化させる
   過程で検出された特性Ｘ線のスペクトラムから前記分析
   対象領域の３次元的な組成分布を求めることを特徴とす
   るマイクロＰＩＸＥ分析方法。
2. 【請求項２】 加速器から得られるイオンビームをエネ
   ルギ分析電磁石に与えて該エネルギ分析電磁石により選
   択した所定エネルギのイオンビームをマイクロビーム化
   して試料の分析対象領域に照射し、前記マイクロビーム
   の照射により前記試料から発生する特性Ｘ線を検出して
   検出された特性Ｘ線のスペクトラムから前記試料の分析
   対象領域の組成を求めるマイクロＰＩＸＥ分析方法にお
   いて、 イオンビームを減速する機能を有していて減速量の制御
   が可能なディグレーダを前記加速器とエネルギ分析電磁
   石との間に挿入しておき、 前記加速器の加速電圧及び前記ディグレーダによるイオ
   ンビームの減速量の少なくとも一方と前記エネルギ分析
   電磁石の励磁電流とを調整することにより前記マイクロ
   ビームのエネルギを調整して前記マイクロビームを前記
   分析対象領域の所定の侵入深さ位置まで侵入させた状態
   で前記マイクロビームの照射位置を前記試料の厚み方向
   に対して直角な平面上で２次元的に変化させる過程を、
   前記マイクロビームのエネルギを種々変化させながら繰
   り返すことにより、前記マイクロビームの到達位置を３
   次元的に変化させ、前記マイクロビームの到達位置を３
   次元的に変化させる過程で検出された特性Ｘ線のスペク
   トラムから前記分析対象領域の３次元的な組成分布を求
   めることを特徴とするマイクロＰＩＸＥ分析方法。
3. 【請求項３】 イオンを加速して所定のエネルギを有す
   るイオンビームを発生させる加速器と、 前記加速器から得られるイオンビームを減速する減速量
   の制御が可能なディグレーダと、 前記ディグレーダを通過したイオンビームに磁界を作用
   させてイオンビームに含まれる各イオンの軌道を各イオ
   ンが有するエネルギに応じた曲率で湾曲させることによ
   り所定のエネルギを有するイオンビームを選択して送出
   するエネルギ分析電磁石と、 前記エネルギ分析電磁石から送出されるイオンビームを
   間にして前記エネルギ分析電磁石内の磁界の方向に対し
   て直角な方向に相対するように配置された対のスリット
   形成板を備えたスリットと、 前記スリットを通過したイオンビームをマイクロビーム
   化して前記試料に照射するマイクロビーム生成手段と、 前記試料に照射されるマイクロビームのエネルギを目標
   値に等しくするために必要なエネルギを有するイオンビ
   ームを前記エネルギ分析電磁石に与えるべく、前記加速
   器の加速電圧及びディグレーダによるイオンビームの減
   速量の少なくとも一方を調整するとともに、前記マイク
   ロビームのエネルギを目標値に等しくするために必要な
   エネルギを有するイオンビームが前記エネルギ分析電磁
   石から送出されるように該エネルギ分析電磁石の励磁電
   流を調整するビームエネルギ制御部と、 前記対のスリット形成板を通してそれぞれ検出されるス
   リット電流の大きさを等しくするように前記加速器の加
   速電圧を微調整する加速電圧制御部と、 前記マイクロビームと前記試料との間に該試料の厚み方
   向に対して直角な２軸方向の相対変位を生じさせるビー
   ム走査手段と、 前記マイクロビームを試料に照射した際に発生する特性
   Ｘ線を検出するＸ線検出器と、 前記Ｘ線検出器が検出した特性Ｘ線のデータを収集する
   データ収集部とを具備し、 前記ビームエネルギ制御部により前記マイクロビームが
   有するエネルギを種々変化させることにより前記マイク
   ロビームの前記試料内への侵入深さを変化させ得るよう
   にしたことを特徴とするマイクロＰＩＸＥ分析装置。
4. 【請求項４】 前記加速器は、負イオンを加速する低エ
   ネルギ側加速管と、前記低エネルギ側加速管により加速
   された負イオンをストリッパフォイルを通過させること
   により正イオンに変換する荷電変換器と、前記荷電変換
   器により得られる正イオンを加速する高エネルギ側加速
   管とを備えたタンデム加速器からなっていて、前記低エ
   ネルギ側加速管の出口側の電位に等しい導電部と前記ス
   トリッパフォイルとの間に大きさの調整が可能な直流電
   圧を調整電圧として印加する加速電圧調整用電源部が設
   けられ、 前記加速電圧制御部は、前記スリット電流に応じて前記
   加速電圧調整用電源部を制御して前記加速電圧を微調整
   するように構成されている請求項３に記載のマイクロＰ
   ＩＸＥ分析装置。
5. 【請求項５】 イオンを加速して所定のエネルギを有す
   るイオンビームを発生させる加速器と、 前記加速器から得られるイオンビームを減速する減速量
   の制御が可能なディグレーダと、 前記ディグレーダを通過したイオンビームに磁界を作用
   させてイオンビームに含まれる各イオンの軌道を各イオ
   ンが有するエネルギに応じた曲率で湾曲させることによ
   り所定のエネルギを有するイオンビームを選択して送出
   するエネルギ分析電磁石と、 前記エネルギ分析電磁石の出口側で該電磁石から送出さ
   れるイオンビームを間にして前記エネルギ分析電磁石内
   の磁界の方向に対して直角な方向に相対するように配置
   された対のスリット形成板を備えたスリットと、 前記スリットを通過したイオンビームをマイクロビーム
   化して前記試料に照射するマイクロビーム生成手段と、 前記試料に照射されるマイクロビームのエネルギを目標
   値に等しくするために必要なエネルギを有するイオンビ
   ームを前記エネルギ分析電磁石に与えるべく、前記加速
   器の加速電圧及びディグレーダによるイオンビームの減
   速量の少なくとも一方を調整するとともに、前記マイク
   ロビームのエネルギを目標値に等しくするために必要な
   エネルギを有するイオンビームが前記エネルギ分析電磁
   石から送出されるように該エネルギ分析電磁石の励磁電
   流を調整するビームエネルギ制御部と、 前記対のスリット形成板を通してそれぞれ検出されるス
   リット電流の大きさを等しくするように前記ディグレー
   ダによる減速量を微調整するディグレーダ制御部と、 前記マイクロビームと前記試料との間に該試料の厚み方
   向に対して直角な２軸方向の相対変位を生じさせるビー
   ム走査手段と、 前記マイクロビームを試料に照射した際に発生する特性
   Ｘ線を検出するＸ線検出器と、 前記Ｘ線検出器が検出した特性Ｘ線のデータを収集する
   データ収集部とを具備し、 前記ビームエネルギ制御部により前記マイクロビームが
   有するエネルギを種々変化させることにより前記マイク
   ロビームの前記試料内への侵入深さを変化させ得るよう
   にしたことを特徴とするマイクロＰＩＸＥ分析装置。
6. 【請求項６】 前記ディグレーダは、イオンビームを透
   過させた際に該イオンビームのエネルギの一部を吸収す
   る性質を有する材料により形成されて前記加速器からエ
   ネルギ分析電磁石に与えられるイオンビームの軌道を遮
   る状態になる第１の位置と該イオンビームの軌道を遮ら
   ない状態になる第２の位置との間を変位するように設け
   られた複数の減速板と、各減速板を前記第１の位置と第
   ２の位置とに変位させる減速板駆動機構とを備えてい
   て、前記第１の位置にある減速板の数を変化させること
   によりイオンビームの減速量を調整するように構成され
   ている請求項３，４または５に記載のマイクロＰＩＸＥ
   分析装置。
7. 【請求項７】 前記ディグレーダは、イオンビームを透
   過させた際に該イオンビームのエネルギの一部を吸収す
   る性質を有する材料からなっていて前記加速器からエネ
   ルギ分析電磁石に与えられるイオンビームの軌道と直交
   する平面に沿って定められた方向に変位し得るように設
   けられた減速板と、該減速板を前記定められた方向に変
   位させる減速板駆動機構とを備え、前記減速板はその厚
   みが前記定められた方向に沿って連続的にまたは段階的
   に変化するように形成されていて、前記減速板を変位さ
   せて前記加速器からエネルギ分析電磁石に与えられるイ
   オンビームを透過させる部分の厚みを変化させることに
   よりイオンビームの減速量を調整するように構成されて
   いる請求項３，４または５に記載のマイクロＰＩＸＥ分
   析装置。