JPS63266750A - 飛行時間型二次イオン顕微鏡 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルス一次イオンビームを試料に照射し試料
から発生する二次イオンを引き出しでイオン種毎の試料
の拡大像を得る飛行時間型二次イオン顕微鏡に関する。

〔従来の技術〕

試料表面の成分を分析するものとして、イオンビームを
試料表面に照射することによ、ってその試料表面から発
生する二次イオンを引き出して試料の元素像を得る二次
イオン顕微鏡がある。この二次イオン顕微鏡により元素
像を得る手法として、走査型と写像型の二種類が実用化
されている。

第４図は走査型の二次イオン分析装置を説明するための
図、第５図は写像型の二次イオン分析装置を説明するた
めの図、第６図はイオン種の検出例を示す図であり、２
１．２４は試料、２２．２６は質量分析系、２３．２７
は表示装置、２５は静電レンズ系、３１は磁場、３２は
検出器、３３は蛍光板を示す。

走査型のイオン分析装置は、第４図に示すように一部イ
オンビーム１０を細く絞って試料２１上を走査するもの
であり、その試料２１から発生する二次イオンを引き出
して質量分析系２２で分析対象のイオン種に固定した上
で試料像を得る。

また、写像型の二次イオン分析装置は、第５図に示すよ
うに一部イオンビーム１９を絞うスニ太いままで試料２
４に照射し、引き出された二次イオンは、静電レンズ系
２５で拡大像として結像するものであり、このレンズ系
に質量分析系２６を組み合わせることにより、特定元素
のイオン像を得る。

これらの二次イオン分析装置で使用される質量分析系で
は、第６図に示すようにイオン種を一定のエネルギーに
揃えて磁場３１の中を走らせる。

そうすると、イオン種は、磁場３１の中で質量の違いに
よって異なる半径の弧を描く、すなわち、重いイオン種
は大きな径を描き、軽いイオン種は小さな径を描くので
、第６図（ａ）に示すように１点に検出器３２を配置し
て磁場を掃引することによって任意の質量のイオン種を
検出することができ、また、第６図中）に示すように蛍
光板３３を配置することによって所定の質量数の範囲で
イオン種を検出することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の手法には種々の欠点がある０
例えば走査型は、細く絞ったイオンビームを照射して試
料表面を走査するため、長い公社時間を要し、装置の安
定度が厳しく要求される。

すなわち、長い公社時間のうちに変化を受けるような試
料では使用できないという問題がある。また、写像型に
も共通の問題であるが、いずれも大型の電磁石を有して
いるため、焼き出しが困難であり、このような装置に不
可欠な超高真空が得にくいことである。

本発明は、上記の問題点を解決するものであって、超高
真空に馴染み、高い精度でイオン照射により試料の分析
が可能な飛行時間型二次イオン顕微鏡を提供することを
目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の飛行時間型二次イオン顕微鏡は、パ
ルス一次イオンビームを試料に照射し試料から発生する
二次イオンを引き出して自由空間の飛行時間に対応して
イオン種毎の試料の拡大像を得る飛行時間型二次イオン
顕微鏡であって、試料から発生する二次イオンを引き出
すカソードレンズ系、静電型拡大レンズ系、ゲートパル
スにより像検出訪作する像検出手段を備え、ゲートパル
スのタイミングを制御することによりイオン種を選択す
ることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明の飛行時間型二次イオン顕微鏡では、カソードレ
ンズ系で試料から発生する二次イオンを引き出して加速
するので、像検出手段には、静電型拡大レンズ系を通し
て飛行時間に対応してイオン種毎の試料像が結像される
。従って、像検出手段でゲートパルスのタイミングを制
御することにより特定のイオン種の像を選択検出するこ
とができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る飛行時間型二次イオン顕微鏡の１
実施例構成を示す図、第２図は質量と飛行時間との関係
を説明するための図、第３図は検出ピークを説明するた
めの図である。

第１図において、１は試料、２．３はレンズ、４はチャ
ンネルプレート、５は蛍光板、６はビデオカメラを示す
、ここで、試料１には正の高電圧Ｈ，Ｖが印加されてい
て、一次イオンビームはパルスで照射される。試料１の
極く近傍には引き出し電極があり、試料ｌを含めていわ
ゆるカソードレンズ（レンズ２）系を形成している。そ
して、パルス一次イオンビームの照射によって試料から
二次イオンが発生すると、二次イオンがこのレンズ２か
ら引き出され静電レンズ３を経て拡大されチャンネルプ
レート４の入力面上に結像するように構成される。

チャンネルプレート４は、例えば二枚タンデム型になっ
ていて出力端には正電圧Ｖ！が印加されていると共に正
のゲート電圧Ｖ、がパルス的に加えられるようになって
いる。このチャンネルプレート４で増倍された像信号は
、その後段にある螢光板５を光らせ、そして、最終的な
像検出は、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）等を内蔵したビデオカメラ６あるい
はＣＰＵにて行われる。

なお、拡大像の結像の仕組みは、一般の電子放出顕微鏡
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓ
ｏｐｅ）と同様である。

次に、動作を詳述する。今、試料１がパルス状（一般的
に１ｎ′程度）の一次イオンビームｉ゛で照射されると
、その瞬間に各種の質量数をもつ二次イオンが発生する
。試料ｌに印加されている電圧をＶとすると、これら引
き出された二次イオンは、初期エネルギーを無視すれば
ｅＶなるエネルギーを持つことになる。そこで、イオン
の質量数をＭ１試料１とチャンネルプレート４の間の距
離をＬとすると、この二次イオンが発生してからチャン
ネルプレート４に到達するに要する飛行時間（Ｔ　ＯＦ
　ＨＴｉｍｅ　Ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）　ｔ　ｓはとなる
。ただし、ｋは定数である。この式から明らかなように
飛行時間ｔ工は、質量数Ｍの平方根に比例する。従って
、第２図に示すように質量数Ｍの小さいイオン種１３は
質量数Ｍの大きいイオン種１４より速い速度で自由空間
を走ってチャンネルプレート４に到達することになる。

すなわち、例えば試料にパルス一次イオンビームを照射
してから時間とともに第３図（ａｌに示すような二次イ
オンのピークがチャンネルプレート４に現れるとすると
、このピークと質ＩＭとの関係は第３図中）に示す関係
として観ることができる。そこで、パルスイオンビ・−
ム照射の後、ＬＨ待時間ゲートパルスＶＧ　　（〜１ｎ
秒）をチャンネルプレート４に与えれば、このパルス供
給時間内だけチャンネルプレート４は増幅作用を有する
から、螢光板５には質量数Ｍの一定イオン種から成る像
（試料の分析領域の拡大像）が現れることになる。つま
り、飛行時間ｔ０を所望の分析イオンに応じて選び直せ
ばそれぞれの場合に相応したイオン種の像が得られるこ
とになる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である０例えばレンズの数は拡大
率を考慮して適宜増やしても良いし、ゲートパルスはチ
ャンネルプレート前方に置かれた阻止メツシュに供給す
る方式でも良い、また、ビデオカメラは、ＣＯＤのよう
に同時取込型であればどんな像検出であっても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、単純
な静電レンズで構成し、質量分析系のような磁場を必要
としないので、製作が容易であり、超高真空にもなじむ
、また、画像分解能、質量分解能共に従来の走査型や写
像型と同等のものが得られ、正負イオンの切り替えも同
様に可能となる。

しかも、極端パルス（Ｉｎ秒程度）で全面のイオン像を
同時に採取することができるので、分析時間が早く４、
変化し易い試料の分析にも使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る飛行時間型二次イオン顕微鏡の１
実施例構成を示す図、第２図は質量と飛行時間との関係
を説明するための図、第３図は検出ピークを説明するた
めの図、第４図は走査型の二次イオン分析装置を説明す
るための図、第５図は写像型の二次イオン公社装置を説
明するための図、第６図はイオン種の検出例を示す図で
ある。 １・・・試料、２．３・・・レンズ、４・・・チャンネ
ルプレート、５・・・蛍光板、６・・・ビデオカメラ。 出　願　人　　日本電子株式会社 代理人　弁理士　阿　部　龍　吉（外２名）第１図 第３ｖ！Ｉ 第４図 第５図 み 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス一次イオンビームを試料に照射し試料から
   発生する二次イオンを引き出して自由空間の飛行時間に
   対応してイオン種毎の試料の拡大像を得る飛行時間型二
   次イオン顕微鏡であって、試料から発生する二次イオン
   を引き出すカソードレンズ系、静電型拡大レンズ系、ゲ
   ートパルスにより像検出動作する像検出手段を備え、ゲ
   ートパルスのタイミングを制御することによりイオン種
   を選択することを特徴とする飛行時間型二次イオン顕微
   鏡。