JPS63266752A - 反射補正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て特定の質量のイオ
ン種による試料の拡大像を得る飛行時間型二次イオンＷ
ＪＩ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
オン顕微鏡があ石、この二次イオン顕Ｗ１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ｉ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ｉを絞らずに太いままで試料２４
に照射し、引き出された二次イオンは、静電レンズ系２
５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（旬に示すように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（ｂｌ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、長い分析時間を要し、装置の安
定度が厳しく要求される。

すなわち、長い分析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恒試料の分析
が可能な反射補正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反射補正飛行時間型二次イオンビー
ムは、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
次イオン顕微縦であって、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、静電型の拡大レンズ系か
らなる光学系、該光学系の背後に配置された静電型の反
射器、及び該反射器から反射して結像した二次イオンの
試料像をゲートパルスにより検出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
ン種を選択して像検出することを特徴とするものである
。

（作用〕 本発明の反射補正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。しかも、２反射器で二次イオンを反射させる
ので、イオン種毎にエネルギーのばらつきを補正した分
解能の高い試料像を得ることができる。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
イオン種毎の像を選択して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。

まず、本発明を説明する前に、本発明の基本となる飛行
時間型二次イオン顕微鏡を説明する。

第７図は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８図は質量と飛行時間との関係を説明するた
めの図、第９図は検出ピークを説明するための図である
。

第７図において、４１は試料、４２．４３はレンズ、４
４はチャンネルプレート、４５は蛍光板、４６はビデオ
カメラを示す。

第７図に示す飛行時間型二次イオン顕微鏡の動作を説明
する。今、試料４１がパルス状（一般的に１ｎ＃程度）
の一次イオンビーム１０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４１に印
加されている電圧を■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Ｍ
１試料４１とチャンネルプレート４４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４４に到達するに要する飛行時間（ＴＯＦ、Ｔｉ５
ｅ　Ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）　ｔ　Ｍ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
、Ｉは、質量数Ｍの平方根に比例する。従って、第８図
に示すように質量数Ｍの小さいイオン種５３は質量数Ｍ
の大きいイオン種５４より速い速度で自由空間を走って
チャンネルプレート４４に到達することになる。

例えば試料４１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９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４４に現れるとすると、こ
のピークと質量Ｍとの関係は第９図世）に示す関係とし
て観ることができる。そこで、パルス一次イオンビーム
照射の＆、ｔｘ時間ニケートハルスＶＧ　　（〜Ｉｎ秒
）をチャンネルプレート４４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４４は増幅作用を有す
るから、螢光板４５には質量数Ｍの一定イオン種から成
る像（試料の分Ｆｆｒ　ｆｉｎ域の拡大像）が現れるこ
とになる。つまり、飛行時間ｔ、４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。

チャンネルプレート４４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ｖ８が印加されていると共に
正のゲート電圧ｖ６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４４で増倍された像信
号は、その後段にある螢光板４５を光らせ、そして、最
終的な像検出は、例えばＣＯＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏ
ｕｐｌｅｄ　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、−ａの電子放出ａｍ鏡（ε１ｅｃｔｒｏＩＩ
Ｅａ４ｓｓ＊ｏｎ　Ｍｉｃｒａｓｏｐａ）と同様である
。

ところで、上記の飛行時間型二次イオン顕微鏡では、二
次イオンの初期エネルギーｅｌＪ、を無視したが、実際
には引き出されたイオンのエネルギーＥは Ｅよｅ　（Ｕ０＋Ｖ） であり、この分の影響で飛行時間にボケを生じるため質
量分解能の低下が起きる。この初期エネルギーの影響を
軽減する目的で上記の飛行時間型二次イオン顕微鏡に改
善を加えたのが本発明の反射補正飛行時間型二次イオン
顕微鏡である。

第１図は本発明に係る反射補正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図は反射器による時
間収束作用を説明するための図、第３図は二次イオンの
エネルギー分布を示す図である。

第１図において、１は試料、２〜４はレンズ、５は反射
器、６はチャンネルプレートを示す、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
ムがパルスで照射される。

試料１の掻く近傍には引き出し電極があり、試料１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１から二次イオンが発生すると、この二次イオンが
レンズ２から引き出されて静電レンズ３．４を経て反射
器５で反射された後、再び静電レンズ４で拡大されチャ
ンネルプレート４の入力面上に結像する。

反射器５では、第２図に示すようにエネルギーに幅をも
ったイオン種のグループに対して、速い速度の高エネル
ギーのイオンは奥の方まで入って反射するが、遅い速度
の低エネルギーのイオンは入口に近い領域で反射する。

従って、第３図に示すように同一イオン種でエネルギー
幅がある場合においても、スクリーン７上で時間収束さ
せることができる。

本発明の反射補正飛行時間型二次イオン顕微鏡は、上記
のように右端に静電型の反射器５を設け、この反射器５
で、エネルギーの大きいものは長い距離を、エネルギー
の小さいものは短い距離を飛行して、時間集束作用を得
るものである。つまり、二次イオンの初期エネルギー幅
の効果はこの反射器５によってキャンセルされる。この
方式において、チャンネルプレート等から成る像検出系
は、第１図から明らかなように中心軸上に小孔を有し、
且つイオン光学系の中間に設置されることになる・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
考慮して適宜槽やしても良いし、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、画像
機能を有する二次イオン分析装置の第三の新しい方式を
与えるものであり、単純な静電レンズや静電型の反射器
で構成されるため、製作が容易であり、超高真空になじ
む、また、画像分解能、質量分解能共に従来の二形式と
同等であり、正負イオンの切り替えも同様に可能である
。さらに、極端パルス（Ｉｎ秒程度）で全面のイオン像
を同時に採取するので、分解時間が早く、変化し易い試
料の分析にも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る反射補正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図は反射器による時
間収束作用を説明するための図、第３図は二次イオンの
エネルギー分布を示す図、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
オン分ｊｆｒ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、第７図は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８図は質量と飛行時間
との関係を説明するための図、第９図は検出ピークを説
明するための図である。 １・・・試料、２〜４・・・レンズ、５・・・反射器、
６・・・チャンネルプレート、７・・・スクリーン。 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４図 第５図 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、静電型の拡大レンズ系か
   らなる光学系、該光学系の背後に配置された静電型の反
   射器、及び該反射器から反射して結像した二次イオンの
   試料像をゲートパルスにより検出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
   ン種を選択して像検出することを特徴とする反射補正飛
   行時間型二次イオン顕微鏡。