JPS61171045A - イオンマイクロビ−ム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、イオンマイクロアナリシス、マイクロイオン
打込み、イオンビーム描画などに使用されるイオンマイ
クロビーム装置の改良に関する。

〔発明の背景〕

イオンマイクロビーム装置は、試料上にビーム径で１μ
ｍ前後もしくは、それ以下に細く絞ったイオンビームを
照射するもので、イオン源としては輝度が高く点状のイ
オン光源を持つもの、例えば、’ＭＡ８８−８ＥＰＡＲ
ＡＴＥＤ　ＭＩＣＲＯＢＥＡＭ８Ｙ８ＴＥＭ　ＷＩＴＨ
Ａ　ＬＩＱＵＩＤ−ＭＥＴＡＬ−ＩＯＮＳＯＵＲＣＥ″
（Ｔ、ｌ５ＨＩＴＡＮＩ　　ｅｔ　　ａ４Ｎｕｃｔｅａ
ｒ　　工ｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏ
ｄｉｓ　１ｎＰｈｙｓｉｃｓ　　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　　
２１８　（１９８３）３６３−３６７）に示すように液
体金属イオン源、電界電離イオン源、デュオプラズマト
ロン等が用いられる。特に合金をイオン化物質とする液
体金属イオン源等を使用した場合には、数種のイオンが
得られるので、その中から所望のイオン種を選択分離し
て使用するためには質量分離装置を備えなければならな
い。

また、質量分離され九イオン種の電流をできるだけ多く
得るためには、イオン種によって質量分離装置の質量分
解能が変えられることが望ましい。

質量分離装置の質量分解能を変えるには質量分離磁場の
強度を変えるか、上記磁場によって分離されたイオンを
選択するだめの質量分離絞りの開口の大きさを変えるか
の少なくともいずれか一方を行えば良い。特にイオン光
学系の小型化のために質量分離磁場の形成を永久磁石に
よって行う場合、質量分離絞りの開口の大きさを変える
後者の方法しかない。従来、後者の方法を用いて質量分
解能を変える場合、複数の大きさの異る開口を持つ質量
分離絞りを機械的に移動させ、その開口の一つをイオン
ビームの通るイオン光軸に合わせる作業をその都度行わ
なければならず煩雑であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、質量分解能を容易に変えられる質量分
離装置を持つイオンマイクロビーム装置を提供すること
にある。

〔発明の概安〕

上記目的を達成するため本発明においては、イオン源と
、上記イオン源からの放出イオンの加速。

集束、質量分離、偏向などを行うビーム集束系と、試料
の微動を行う試料台とから構成されるイオンマイクロビ
ーム装置において、複数の大きさの異なる開口を持つ質
量分離のための質量分離絞り板と、上記質量分離絞シ板
に入射するイオンビームを質量の異なるイオン種毎のビ
ームに分けるための上記質量分離絞）板前段の質量分離
絞りと、上記質量分離絞９板の開口の一つを選択して上
記質ｔｅｌｌｉａｆｆｌＫ　１−ｐｒ＋ｆｆ　％ｔＬｋ
　４　、ｔ　：ｙ　ｅ−Ａ　（Ｄ　−。

つを入射させるための上記質量分離絞り板前段の偏向電
極と、上記質量分離絞り板の開口を通過したイオンビー
ムを光軸に偏向させるだめの上記質量分離絞シ板後段の
偏向電極とからなる質量分離装置を用いた事を特徴とし
ている。

かかる本発明の特徴的な構成によシ、質量分離によシ取
り出したい所望のイオン種のみを入射させ選択するため
の質量分離絞シ板の開口の大きさを電気的に瞬時に変え
て質量分解能を変化させることが可能となプ、取り出し
たい所望のイオン電流を最大限得ることができる。ここ
で、質量分解能を適当に変えることによシ、質量分離後
の所望のイオン電流が最大限得られる原理を簡単に説明
しておく。質量分離装置は、入射してくるイオンビーム
に質量分離磁場を印加して質量、正確には質量電荷比の
差によシ、イオン種毎のビームに分離し、上記質量分離
磁場の強度を変化させるか、または質量分離器がＥｘＢ
質量分離器の場合、さらに偏向電場を印加し、偏向電場
の強度または質量分離磁場の強度の少なくとも一方を変
化させるかすることによって質量分離絞シ板の開口に入
射するイオンビームを選択するものである。第１図は上
記質量分離磁場または偏向電場の強度と、質量分離絞シ
板を通過するイオンビーム電流の強度の関係の一例を示
すグラフであり、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ質量の違うイオ
ンのピークを表わしている。質量分離絞シ板の開口が大
きい場合と小さい場合を見ると、ａのイオンを分離する
には小さな開口で質量分解能を高めにとらなければなら
ないが、Ｃのイオンを分離するには質量分解能の低い大
きな開口でもよく、小さな開口を使って質量分解能を高
めてやると得られるイオン頻度が小さくなってしまう。

すなわち、所望のイオン種のみを質量分離して最大のイ
オン強度を得るには、イオン種毎に質量分解能を適当な
ものに変える必要がある。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を第２図ないし第５図を用いて説明
する。

実施例１ 第２図は、実施例の一つでビーム集束系において質量分
離装置５を２段のレンズ３および３′の中間に置いたイ
オンマイクロビーム装置を示している。第３図は質量分
離装置５の拡大図である。

本実施例の質量分離装置５は、従来のＥｘＢ質量分離装
置ｊｔを改良したものであって、イオン光軸９について
互いに垂直な質量分離磁場と電場を形成し、特定の質量
電荷比のイオン種のみをイオン光軸９に沿って質量分離
絞り板１８に入射させる従来の磁極１２．１２’　と１
ｗＬ他１３．１３’の他にイオン光軸を通υ質量分離磁
場と平行な直ＭＡ２１上に並べた質量分離絞シ板１８の
大きさの異なる複数の開口１９と、質量分離装置内でイ
オンビームを直線２１の方向へイオン光軸９と平行にず
らし、上記複数の開口の一つに質量分離されたイオンビ
ームの一つを入射させるだめの偏向を極１４゜１４’、
１５，１５’　と、質量分離絞り板１Ｂの開口１９を通
過したイオンビーム１１をイオン光軸９にもどすための
偏向電極１６．１７とから構成される。本実施例の質量
分離装置５の動作は以下のようなものである。磁極１２
．１２’で質量分離磁場を形成し、イオンビーム２を質
量分離磁場と垂直な方向に質量電荷比毎のイオンビーム
に分離し、電極１３．１３’で質量分離磁場と垂直な方
向の電場を形成し特定の質量電荷比のイオンのビームの
みをイオン光軸９にもどす、さらに偏向電極１４．Ｌ４
’、１５，１５’によってアライナ−を形成し、その偏
向電場により上記特定の質量電荷比のイオンビームをイ
オン光軸９と平行に質量分離磁場方向へずらし、質量分
離絞シ板１８の、イオン光軸９を通シ質量分離磁場と平
行な直線２１上の、質量分解能を決定する開口１９の一
つを通過するようにする。そして上記開口１９の一つを
通過したイオンビーム１１を偏向電極１６，１７でつく
るアライナ−によりイオン光軸にもどす。複数の開口１
９のそれぞれについて質量分離されたイオンビームを通
過させるために偏向電極１４．１４’、１５．１５’、
１６゜１７に印加すべき電圧はあらかじめ設定している
０″″′・本実施例に！Ａ″ｉ・質量分離装置０質量分
　　　　　　、１解能を電気的に容易に変えることがで
き、必要なイオン種の電流を最大限に得られるという効
果がある。

本実施例においては、偏向電極１４．１４’。

１５．１５’はアライナ−を形成してイオンビーム２を
質量分離絞シ板に垂直に入射させるために２段になって
いるが、１段にしても質量分離絞り板１８の開口１９を
選択する機能は変わらない。

また、偏向電極１６．１７は２段の４重極靜電偏向器を
形成しているが、質量分離絞シ板１８の開口１９の並ぶ
方向のｒ１度が良ければ、上記方向にのみ偏向電場を形
成する２段の２重極靜電偏向器におきかえても本発明の
効果は変わらない。また磁極１２．１２’を永久磁石に
よシ憫成する場合には、第５図の磁極２２．２２’、２
３．２３’ように偏向電極１４．１４’と１５．１５’
の少なくともどちらか一方を兼ねて全体を小型化するこ
ともできる。

実施例２ 本発明の第２の実施例は、第２図、第３図に示す第１の
実施例とほぼ同じ概略構成であるが、質量分離絞り板１
８の開口形状だけが異なる。本実施例の質量分離絞シ板
１８をイオン光軸方向に見た図が第４図である。本実施
例では開口１９′は、はぼ三角形をしており、質量分離
磁場に垂直な方向２０の開口１９′の大きさが質量分離
磁場と平行な方向２１に直線的に変化しているため、偏
向電極１４．１４’、１５．１５’によシイオンビーム
２が質量分離絞り板１８の開口１９′に入射する位置を
質量分離磁場と平行な方向２１に変えることにより、質
量分解能を連続的に変化させることが可能となり、必要
なイオン種の電流が最大限に得られるという効果がめっ
た。

実施例３ 本発明の第３の実施例を第６図に示すが、本実施例は、
第２図に示す第１の実施例とほぼ同じ概略構成ではある
が、質量分離装置５に磁場型のものを使用しているため
、質量分離装置内でイオン光軸が折れ曲っている。本実
施例では、第１の実施例における偏向電極１３．１３’
はなく、磁極１２．１２’によって形成される質量分離
磁場の強度を変化させ、質量分離絞シ板１８の開口１９
に入射する特定の質量電荷比のイオンを選択している。

他の構成は第１の実施例と変わらず、偏向電極１４．１
４’、１５．１５’によシアライナーを構成し、イオン
ビーム２ｒイオン光軸９よシ平行にずらし、質量分解能
を決定する開口１９を選択し、偏向゛成極１６，１７に
よシ開口１９を通過したイオンビーム１１をイオン光４
１］９にもどす。

本実流側では、′４Ｉ数の開口１９のそれぞれについて
質量分離されたイオンビームを通過させるために偏向電
極１４．１４’、１５．１５’、１６゜１７に印加すべ
き電圧はあらかじめ設定しであるので、質量分解能を電
気的に容易に変えることができ、必要なイオン徨の電流
を最大限に取シ出せる効果がある。

以上の実施例で、ビーム集束系は２段の静電レンズとそ
の中間にめる質量分離装置で構成されていたが、本発明
は質量分離装置を使用したビーム集束系を持っていれば
、どんなイオンマイクロビーム装置にも適用できる。

〔発明の効果〕 本発明によれば、イオンマイクロビーム装置において、
質量分離装置の質量分解能を電気的に瞬時に変える事が
できるるの、必要なイオン糧の電流を最大限に得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、質量分離絞シ板の開口の大きさを変え質量分
解能を変化させたときのイオン強度と電界強度あるいは
磁場強度との関係を示すグラフである。第２図は、本発
明の第１の実施例の概略構成図であシ、ビーム集束系に
おいて質量分離装置を２段のレンズ３および３′の中間
に置いたイオンマイクロビーム装置を示す。第３図は、
本発明の第１の実施例の質量分離器装置の拡大図である
。 第４図は、本発明の第２の実施例の質量分離絞シ板の拡
大図である。第５図は、本発明の第１の実施例の質量分
離装置の概略図である。第６図は、本発明の第３の実施
例の質量分離装置の概略図である。　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｊｌ・・・イ
オン源、２・・・イオンビーム、３．３’・・・静電レ
ンズ、４・・・試料、４′・・・試料台、５・・・質量
分離装置、６・・・偏向器、７．７’、８・・・絞り板
、９・・・イオン光軸、１０・・・質量分離によシ質量
分離絞シ板で除去されたイオンビーム、１１・・・質量
分離絞シ板の開口を通過したイオンビーム、１２゜１２
′・・・質量分離磁場を形成するための磁極、１３．１
３’、１４ｔ　　１４’、１５ｔ　　１５’・・・質量
分離絞シ板の開口を選択するための偏向電極、　−１６
，１７・・・質量分離器装置の開口を通過したイオンビ
ームをイオン光軸に入射させるための偏向電極、１８・
・・質量分離絞シ板、１９．１９’・・・開口、２０・
・・質量分離磁場と垂直な方向、２１・・・質量分離磁
場と平行な方向、２２，２２’、２３゜２３′・・・質
量分離磁場を形成するための磁極を兼茅５目 手　　続　　補　　正　　書　　（方式）昭和６へ５月
２４日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオン源と、上記イオン源からの放出イオンの加速
   、集束、質量分離、偏向を行うビーム集束系と、試料の
   微動を行う試料台とから構成されるイオンマイクロビー
   ム装置において、上記ビーム集束系に複数の大きさの異
   なる開口を持つ質量分離のための質量分離絞り板と、上
   記質量分離絞り板に入射するイオンビームを質量の異な
   るイオン毎のビームに分けるための上記質量分離絞り板
   前段の質量分離磁極と、上記質量分離絞り板の開口の一
   つを選択して上記質量分離磁極によつて分けられたイオ
   ンビームの一つを入射させるための上記質量分離絞り板
   前段の偏向電極と、上記質量分離絞り板の開口を通過し
   たイオンビームをイオン光軸に偏向させるための上記質
   量分離絞り板後段の偏向電極とからなる質量分離装置を
   用いたことを特徴とするイオンマイクロビーム装置。 ２、上記質量分離絞り板の複数の大きさの異なる開口を
   上記質量分離磁極によつて生じる磁場と平行な方向に直
   線上に設けたことを特徴とする質量分離装置を持つ特許
   請求の範囲第１項記載のイオンマイクロビーム装置。