JPS5816592B2 - イオン放射マイクロアナライザ形顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物質の粗相を分析する装置に関し、特に、検査
されるべき対象物の表面構造の観察により、また、局部
的、深さ方向における、化学的、同位体的分析によって
、合金および其の他の固体状材料の検査を行うことを意
図するイオン放射微量分析形（マイクロアナライザ形）
顕微鏡に関する。

イオンアナライザは知られているが、イオンアナライザ
においては、検査されるべき対象物が狭小なビームに集
束されたイオン（マイクロプローブ）により衝撃され、
対象物からたたき出された２次イオンが質量フィルタに
よって分析される。

このようなマイクロアナライザにおいて、質量分析を行
うために検査されるべき対象物の部分を制御的に選択す
る問題は、ミラーレンズ光学顕微鏡を使用し光学要素の
いくつかを対象物に直接的に近接させることによって解
決されたが、該光学要素は分析の過程にεいて微粒子に
よって汚染される可能性があり、このことがマイクロア
ナライザの性能を減する。

さらに、マイクロプローブの場合には、分析の過程にお
いて衝撃点を位置ぎめすることに困難が生ずるのであり
、その理由は、分析が終った後にはじめて感知され得る
クレータ−が形成されるからである。

局部的深さ方向分析は、クレータ−の壁の影響のため菌
難になるのであり、特にプローブの直径が小であるとき
に困難になる。

また、つぎのようなマイクロアナライザ形顕微鏡も知ら
れている。

すなわち、検査されるべき対象物の表面についてのイオ
ン像であってイオンビームにより対象物表面からたたき
出された２次イオンによって形成されるものが、磁気的
質量分別装置における元素像に分離され、ついで、特別
のタイプのイオンによって形成された分離像要素がイオ
ン対光学変換装置の助けをかりて発光面上に表示される
ようなものである。

、この場合には、像はその特別な化学元素のみのための
分布地勢図をあられすものである。

装置の光学的分解能によって決定される寸法の対象物表
面領域における種々の化学元素の分析は、そのような装
置においては困難になるのであり、その理由は、磁気的
質量フィルタの後に配置されるイオン対光学変換装置の
結果として、発光スクリーン上の対象物像が、質量フィ
ルタが一つの質量から他の質量へ再調整されるたびごと
に偏位させられるからである。

イオン放射マイクロアナライザ形顕微鏡であって、真空
客種を具備しており、該真空客種が検査されるべき対象
物の表面を衝撃するための集束系をもつイオン源を収容
しているもの、もまた知られており、下記の諸要素が衝
撃される対象物表面から放射される２次イオンビームに
沿って直列に配置されている。

すなわち、イマージョン対物レンズ、開口を有する隔膜
、像要素を分離するための開口、質量分別装置、および
イオン検出装置である。

さらに、この先行技術におけるマイクロアナライザ形顕
微鏡は、真空客種の外部に位置し、イオン検出装置の出
力に接続された記録装置を包含している（ソ連発明者証
第１８４３６６号、分類２１１．３７１０１．１９６４
年、参照）。

このようなマイクロアナライザ形顕微鏡は、空間的分解
能が顕微鏡の光学的分解能によって決定される状態にお
いて、一つの故象物の分析を行うことを可能ならしめる
。

しかし、分析それ自身の期間においては、局部的分析が
実行されるべき点を選択し位置ぎ妙するための用意はな
んらなされておらず１局部的分析点を規定するための附
加的手段が必要となる。

本発明の主要な目的は１分析それ自身の期間において局
部的分析点を決定することができる、イオン放射マイク
ロアナライザ形顕微鏡を提供することにある。

本発明の目的の他の一つは、局部分析点の選択を可能な
らしめる、イオン放射マイクロアナライザ形顕微鏡を提
供することにある。

本発明の目的の他の一つは、１次イオンビームによって
衝撃される面積よりも小さい面積における対象物表面の
局部的分析を可能ならしめる、イオン放射マイクロアナ
ライザ形顕微鏡を提供することにある。

本発明の目的のさらに他の一つは、分析における空間的
分解能を、対象物に衝突する１次ビームの寸法を変化さ
せることなく、変化することが可能な、イオン放射マイ
クロアナライザ形顕微鏡を提供することにある。

これらの目的は、イオン放射マイクロアナライザ形顕微
鏡であって、該顕微鏡は真空客種を具備しており、該真
空客種は、検査されるべき対象物の表面を衝撃するため
の集束系を有するイオン源を収容しており、また、イマ
ージョン対物レンズ、開口を有する隔膜体、イオンビー
ムと同軸的な貫通口を有し、陰極、隔膜および陽極から
成るイオン対電子変換装置、磁気プリズム、および発光
スクリーンを包含するイオン対光学変換装置であって像
元素を分離するための開口役割を果たすものと、質量フ
ィルタ、およびイオン検出装置をも収容しており、これ
らの構成要素は検査されるべき対象物の衝撃される表面
から放射される２次的イオンのビームに沿って直列的に
配置されており、該顕微鏡はまた、真空客種の外部に位
置しイオン検出装置の出力に接続される、記録装置を具
備している、イオン放射マイクロアナライザ形顕微鏡、
を提供することにより達成される。

分析をできるだけ局部的にするためには、開口の直径が
顕微鏡の光学的分解能と該開口の面における像の線形倍
率の積に等しいように選択されること、が望ましい。

開口の直径を変化することなく分析の局部的性質を変化
させる可能妊を確莢化するためには、イオン対光学変換
装置島前位置に、２次イオンビームの刃部において、開
凸からの距離が開口において集められた２次イオンビー
ムの直径が開口を有する隔膜体における開口の直径を超
過しないような距離であるように配置された投射レンズ
を備えること］が望ましい。

本発明を、特定の実施例について詳細に説明する。

図面を参照すると、真空客種１が、イオン源２であって
この場合には冷陰極デュオプラズマトロンであるものと
、集束系３であってイオン源２と同軸の直列配置された
単独レンズ４，５を包含するものとを収容している。

イオン源２と集束系３とは、真空客種１内に配置された
検査すべき対象物６の表面の部分を衝撃するための１次
イオンビーム（矢印Ａ）を発生させる。

さらに、真空客種１内において、対象物６の衝撃される
表面から放射される２次イオンビーム（矢印Ｂ）に沿っ
て直列的に、イマージョン対物レンズ７、開口のある隔
膜８、静電的偏向系９、投射レンズ１０．イオン対光学
変換装置１１、減速系１２．４極式質量フィルタ１３、
およびイオン検出装置１４が配置される。

４極形イマージヨン対物レンズは、２次イオンビームを
放射する対象物６、および、２個の接地隔膜１６，１７
と該接地隔膜１６．１７の中間に配置された絶縁隔膜１
８とを包含する軸対象形の単独レンズ１５、から作られ
る。

開口を有する隔膜８の開口の直径は、隔膜８の平面にお
ける２次ビームのクロスオーバーよりも小に選択される
。

静電的偏向系９は直列に配置されかつ相互に直角に配置
された平板体の２対を具備する。

ビーム軸に沿う次位の要素は投射レンズ１０であるが、
該レンズ１０は１本質的には前述のレンズ１５に類似し
た単独レンズであるが、ただ、隔膜開口が直径において
より犬である点においてだけ相違する。

イオン対光学変換装置１１は、イオン対電子変換装置１
９と、電子像を光学像に変換する発光体２０とを具備す
る。

イオン対電子変換装置１９は、本質的には３電極イマー
ジヨン対物レンズであり、電子に対しての陰極として働
く接地隔膜、接地陽極２１に対して負電位にある陰極２
２、および、それらの中間に配置される集束電極である
隔膜２３によって構成される。

陰極２２は凹面状であり、全視野にわたり、平面状発光
スクリーン２０の面における電子像の均一な集束を確実
化する曲率半径を有する。

陰極２２は、像の明るさを高めるために、高度の電子放
射係数をもつ材料により作られ、かつ、２次イオンビー
ムと同軸の貫通口２４を備えている。

この具体化例において、開口２４は円形をなし、その直
径は顕微鏡の光学的分解能と開口２４の平面においてイ
マージョン対物レンズ７によって作られた像の線形倍率
の積に等しいように選択されている。

開口２４の近傍における陰極２２の厚さは開口２４の直
径を超過しない。

投射レンズ１０は、開口２４の平面から、開口２４の平
面において集められた２次イオンビームの直径が開口の
ある隔膜８の開口の直径を超過しないような距離だけ隔
った位置に配置される。

この場合において、投射レンズ１０は開口のある隔膜８
の平面と開口２４の平面との中央位置に配置される。

開口２４は像元素を分離するための開口の機能を果たす
。

イオン対電子変換装置１９の前に、イオンビームの方向
において、磁気プリズム２５が配置され、該磁気レンズ
は電子ビーム（矢印Ｃ）を発光スクリーン２０の方へ偏
向し、該発光スクリーン２０はイオン対電子変換装置１
９からの電子ビームがスクリー＞２０に垂直に衝突する
ようにビーム軸に対して成る角度をもって配置される。

観察窓２６が、スクリーン２０上の像を観察するために
、真空客種１の壁に設けられる。

減速系１２は同じ直径をもつ３個の直列的に配置された
円筒状電極２７，２８．および２９を具備し、電極２７
は陰極２２に機械的および電気的に結合させられ、電極
２９は４極形質量フイルタ１３のスクリーン３０に結合
させられる。

２次電子増倍装置が、イオン検出装置１４として用いら
れる。

さらに、本発明によるイオン放射マイクロアナライザ形
顕微鏡は、真空客種１の外部に配置される下記の妄素を
具備する。

すなわち、入力がイオン検出装置１４の出力に接続され
た電子的増幅装置、および、記録装置３２であってこの
場合には陰極線管であり、該陰極線管は、その入力の一
つが増幅装置３１の出力に、入力の他の一つが時間ベー
ス発生装置３３の出力の一つにそれぞれ接続され該時間
ベース発生装置３３の出力の他の一つが偏向系９に接続
されている、記録装置３２を具備する。

ここに提案されたイオン放射マイクロアナライザ形顕微
鏡は下記のように動作する。

イオン源２と装置の電極とが附勢されるとすぐに（電源
は図示せず）、イオン源２と検査されるべき対象物６と
のそれぞれの電位ｖ１およびｖ２の差によって決定され
るエネルギーをもつ１次イオンビーム（矢印Ａ）が該対
象物６の表面を衝撃する。

イマージョン対物レンズ７は、１次イオンビームの作用
により対象物６からたたき出された２次イオンを加速し
集束し、イオン対電子変換装置１９の陰極２２の平面に
、対象物表面の衝撃された部分の拡大された像、および
、陰極２２の開口２４の拡大された像、を発生させる。

後者の像は発光スクリーン２０上に静止的暗点としてあ
られれるが、該暗点の直往は、陰極２２の開口２４の直
径にイオン対電子変換装置１９の線形倍率を乗じた積に
よって決定される。

対象物６を衝撃される表面の平面内において移動するこ
とにより、または、偏向系９によって対象物像を陰極２
２の平面内において移動することにより、局部的化学組
成が決定されるべき被検査表面の部分の像が陰極２２に
おける開口２４の静止的像に適合させられる。

イオン対光学変換装置１１の開口２４を貫通したイオン
は、減速系１２のフィールドにおいて４極形質量フイル
タ１３の動作に必要なエネルギーにまで減速される。

質量フィルタ１３に到達する１オンのエネルギーは対象
物６の電位ｖ２と４極形質量フイルタ１３のスクリーン
３０の電位Ｖ。

との差によって決定される。

質量フィルタ１３から、質量によって分類されたイオン
は検出装置１４に到着し、該検出装置の出力において、
局部的に分析された点における対象物の物質の元素組成
に関する清報を運ぶ電気信号があられれる。

この場合に、分析の局部的性質は、開口２４の直径と陰
極２２の平面における対象物６のイオン像の線形拡大係
数とによって決定される。

分析の空間的分解能を変化させるために、投射レンズ１
０は電位Ｖ、に附勢される。

電位ｖ５を変化させることにより、レンズ１０の集束力
を変化させ、したがって、陰極２２の平面における対象
物６のイオン像の寸法（すなわち、分析の空間的分解能
）を、開口２４の直径を変化させることなく、変化させ
る。

レンズ１０の集束力の成る値において、集められたイオ
ンビームは陰極２２における開口２４を完全に貫通し、
その結果として質量フィルタ１３は検査されるべき表面
の完全なイオン像のイオンを受入れる。

走査発生装置３３が附勢され質量フィルタ１３が成る質
量に調整されると、イオン検知装置１４からの信号が、
走査発生装置３３を通じて、偏向系９と同期した記録装
置３２に印加される。

その結果として、像が記録装置３２に（陰極線管のスク
リーン上に）得られるが、該像は対象物の表面における
特定の質量のイオンの分布をあられす。

このようにして、像元素を分離する開口２４をもつイオ
ン対光学変換装置１１は、質量フィルタ１３の前に配置
されており、検査されるべき表面の構造をあられす非分
離のイオン像を可視化（スクリーン２０上において）す
ることを可能にし、それに続いて、局部の化学的および
同位体的分析を行うための、特別の関心ある領域を制御
的に選択することを可能にする。

それにより、局部的分析のための領域の選択の正確度が
高められ、検査さるべき対象物について、局部的分析の
点または領域を特定するための光学顕微鏡またはその他
の方式を用いることをもはや必要としないようになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明によるイオン放射マイクロアナライザ形顕
微鏡の概略図を示す。 １・・・・・・真空客種、２・・・・・・イオン源、３
・・・・・・集束系、６・・・・・・検査されるべき対
象物、７・・・・・・イマージョン対物レンズ、８・・
・・・・開口を有する隔膜、１０・・・・・・投射レン
ズ、１１・・・・・・イオン対光学変換装置、１３・・
・・・・質量フィルタ、２４・・・・・・開口、３２・
・・・・・記録装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオン放射マイクロアナライザ形顕微鏡であって、
   該顕微鏡は真空客種１を具備しており、該真空客種１は
   、検査されるべき対象物６の表面を衝撃するための集束
   系３を有するイオン源２を収容しており、また、イマー
   ジョン対物レンズ７、開口を有する隔膜体８、イオンビ
   ームと同軸的な貫通口２４を有し、陰極２２′、隔膜２
   ３および陽極２１から成るイオン対電子変換装置１９、
   磁気プリズム２５、および発光スクリーン２０を包含す
   るイオン対光学変換装置１１であって像元素を分離する
   ための開口の役割を果たすものと、質量フィルタ１３、
   およびイオン検出装置１４をも収容しており、これらの
   構成要素は検査されるべき対象物６の衝撃される表面か
   ら放射される２次的イオンのビームに沿って直列的に配
   置されており、該顕微鏡はまた、真空客種１の外部に位
   置しイオン検出装置１４の出力に接続される、記録装置
   ３２を具備している、イオン放射マイクロアナライザ形
   顕微鏡。 ２ 開口２４の直径が顕微鏡の光学的分解能と該開口２
   ４の面における像の線形倍率の積に等しいように選択さ
   れる、特許請求の範囲の１に記載の顕微鏡。