JP2007242513A - Element detecting method and element detecting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an element detecting method and device in which a highly accurate and uniform measurement is possible and a measuring method is easy as well. <P>SOLUTION: The element detecting device 1 which measures an element position and flying time after detecting a separated element for a test piece is provided with a chamber 10 whose air pressure can be adjusted and in which a test piece is placed, an element detecting means which is placed in the chamber to face the test piece and detects a separated element from the test piece, and irradiating means 23 to irradiate an energy beam on the test piece. The element detecting means is provided with a hole 19 through which the energy beam can pass and the irradiating means is placed on an opposite side of the test piece with the element detecting means in-between, and the energy beam passes through the hole and irradiates the test piece. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、試料の構成元素を検出する元素検出方法及び元素検出装置に関し、特に、試料への電界印加によって生じる元素の離脱現象を利用して、試料の構成元素を微細に検出することが可能な元素検出方法及び元素検出装置に関する。   The present invention relates to an element detection method and an element detection apparatus for detecting a constituent element of a sample, and in particular, it is possible to detect a constituent element of a sample finely by utilizing an element separation phenomenon caused by application of an electric field to the sample. The present invention relates to an element detection method and an element detection apparatus.

従来より、電界印加により試料から元素を離脱させ、離脱した元素の位置及び飛行時間を位置敏感型検出器（position sensitive detector）で検出することにより、当該試料の元素分布３次元的に検出する、いわゆる３次元アトムプローブ（Three Dimensional Atom Probe：以下、３ＤＡＰと略称する。）が開発されている。なお、位置敏感型検出器は、離脱元素の２次元的な位置を検出するため、２次元位置検出器とも呼ばれる。   Conventionally, by removing an element from a sample by applying an electric field and detecting the position and time of flight of the separated element with a position sensitive detector, the element distribution of the sample is detected three-dimensionally. A so-called three-dimensional atom probe (hereinafter abbreviated as 3DAP) has been developed. The position sensitive detector is also called a two-dimensional position detector because it detects the two-dimensional position of the separation element.

この３ＤＡＰは、試料表面の全構成元素を、原子レベルの空間分解能で２次元マップとして表示することができ、さらに深さ方向に拡張していくと、原子分布を３次元的に構成することができる。   This 3DAP can display all the constituent elements on the sample surface as a two-dimensional map with a spatial resolution at the atomic level, and if further expanded in the depth direction, the atomic distribution can be three-dimensionally configured. it can.

一般的な３ＤＡＰの例を図５に示す。図に示すように、３ＤＡＰでは、先端を針状に加工した構造体（針状構造体）からなる試料１１が使用される。この試料１１に高電界を印加し、その表面から元素を電界蒸発させる。そして、この電界蒸発により離脱した元素（離脱イオン２１）の位置及び飛行時間を、上述した位置敏感型検出器１３およびタイマー１７で測定する。なお、元素の種類はこの飛行時間により同定される。   An example of general 3DAP is shown in FIG. As shown in the figure, in 3DAP, a sample 11 made of a structure (needle-like structure) whose tip is processed into a needle shape is used. A high electric field is applied to the sample 11, and the element is evaporated from the surface. Then, the position and flight time of the element (detached ions 21) separated by this field evaporation are measured by the position sensitive detector 13 and the timer 17 described above. The type of element is identified by this flight time.

しかしながら、このような試料に高電界を印加するタイプの元素測定装置では、試料を構成する元素が非導電体の場合に、精度の良い測定が出来ないという欠点がある。この欠点を補うものとして、試料に高エネルギーのビームを照射する方法が提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１によれば、図６に示すように、検出効率を高める目的で、エキシマレーザ光を試料先端の側方から照射する。
特開平５−６２６３９号公報 However, such a type of element measuring apparatus that applies a high electric field to a sample has a drawback that accurate measurement cannot be performed when the element constituting the sample is a non-conductor. In order to compensate for this drawback, a method of irradiating a sample with a high-energy beam has been proposed (see Patent Document 1). According to Patent Document 1, as shown in FIG. 6, excimer laser light is irradiated from the side of the tip of the sample for the purpose of increasing detection efficiency.
JP-A-5-62639

しかしながら、特許文献１のように、レーザ光を試料の側方から照射する方式では、試料の裏側に（すなわち、レーザ光が照射される面と反対側の面に）レーザ光が十分に届かないため、均質な測定が出来ないという問題がある。また、レーザ光が試料中を屈折しながら透過し、余分な外乱光として作用する場合もあり、測定を難しくするという問題もあった。   However, in the method of irradiating the laser beam from the side of the sample as in Patent Document 1, the laser beam does not reach the back side of the sample (that is, the surface opposite to the surface irradiated with the laser beam) sufficiently. Therefore, there is a problem that homogeneous measurement cannot be performed. In addition, the laser beam may be transmitted while being refracted through the sample, which may act as extraneous disturbance light, which makes measurement difficult.

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、高精度の均質な測定が可能であり、且つ、測定が容易な元素検出方法及び元素検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an element detection method and an element detection apparatus that are capable of highly accurate and uniform measurement and that can be easily measured. .

上記の課題について、本発明者は、高エネルギービームを、試料の正面から、すなわち位置敏感型検出器が配置されている方向から照射することにより、解決可能であることを見出し、本発明をなすに至った。   The present inventor has found that the above problem can be solved by irradiating a high energy beam from the front of the sample, that is, from the direction in which the position sensitive detector is disposed, and forms the present invention. It came to.

本発明の一観点によれば、本発明の元素検出方法は、試料から電界離脱した元素を元素検出手段により検出し、当該元素の位置及び飛行時間を測定する元素検出方法であって、内部に前記試料が配置されるチャンバー内の気圧を調整するステップと、前記元素検出手段に設けられた孔を通過したエネルギービームを前記試料に照射し、前記試料から元素を離脱させるステップと、前記離脱した元素を前記元素検出手段により検出し、前記元素の位置及び飛行時間を測定するステップとを含むことを特徴とする。   According to one aspect of the present invention, an element detection method of the present invention is an element detection method for detecting an element that has been separated from an electric field by an element detection means and measuring the position and time of flight of the element. Adjusting the atmospheric pressure in the chamber in which the sample is disposed, irradiating the sample with an energy beam that has passed through a hole provided in the element detection means, and detaching the element from the sample; Detecting the element by the element detecting means, and measuring the position and time of flight of the element.

また、本発明の他の観点によれば、本発明の元素検出装置は、試料から離脱した元素を検出し、前記元素の位置及び飛行時間を測定する元素検出装置であって、気圧調整が可能であり、内部に前記試料が配置されるチャンバーと、前記チャンバー内で前記試料と対向するように設置されており、前記試料から離脱した元素を検出する元素検出手段と、前記試料にエネルギービームを照射する照射手段とを備え、前記元素検出手段が、前記エネルギービームが通過可能な孔を有するとともに、前記照射手段が前記元素検出手段を挟んで前記試料の反対側に設置され、前記孔を通過したエネルギービームが前記試料に照射されることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, the element detection device of the present invention is an element detection device that detects an element detached from a sample and measures the position and time of flight of the element, and can adjust the atmospheric pressure. A chamber in which the sample is disposed, an element detection means for detecting an element separated from the sample, and an energy beam applied to the sample. Irradiating means for irradiating, the element detecting means has a hole through which the energy beam can pass, and the irradiating means is disposed on the opposite side of the sample across the element detecting means, and passes through the hole. The energy beam is irradiated onto the sample.

また、本発明の他の観点によれば、試料から離脱した元素を検出し、前記元素の位置及び飛行時間を測定する元素測定装置であって、気圧調整が可能であり、内部に前記試料が配置されるチャンバーと、前記チャンバー内で前記試料と対向するように設置されており、前記試料から離脱した元素を検出する元素検出手段と、前記試料にエネルギービームを照射する照射手段と、前記エネルギービームが通過可能なレンズとを備え、前記レンズ及び前記照射手段が、前記元素検出手段を挟んで前記試料の反対側に、且つ、前記元素検出手段に近い方から前記レンズ，前記照射手段の順に設置され、前記レンズを通過したエネルギービームが、前記元素検出手段の外側から前記試料に向けて照射されることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided an element measuring device for detecting an element detached from a sample and measuring the position and time of flight of the element, wherein the atmospheric pressure can be adjusted, and the sample is contained inside. A chamber to be disposed; an element detecting means for detecting an element detached from the sample; an irradiation means for irradiating the sample with an energy beam; and the energy. A lens through which the beam can pass, and the lens and the irradiation means are arranged on the opposite side of the sample across the element detection means and in the order of the lens and the irradiation means from the side closer to the element detection means. The energy beam installed and passed through the lens is irradiated from the outside of the element detection unit toward the sample.

本発明によれば、高エネルギービームを、試料の正面から、すなわち位置敏感型検出器が配置されている方向から照射することにより、高精度の均質な測定が可能で、測定が容易な元素検出方法及び元素検出装置を提供することが可能となる。   According to the present invention, a high-energy beam can be irradiated from the front of the sample, that is, from the direction in which the position-sensitive detector is disposed, so that high-precision homogeneous measurement is possible and element detection is easy. It becomes possible to provide a method and an element detection device.

以下に、本発明の実施形態に係る詳細を、図面を参照しながら説明する。   Below, the detail which concerns on embodiment of this invention is demonstrated, referring drawings.

図１は、実施例１による元素検出装置（３ＤＡＰ）の概略構成を示す模式図である。この元素検出装置１は、図に示すように、内部に試料１１が配置されるチャンバー１０と、試料１１に所定の電界を印加するための電源１２ａと、試料１１から離脱した元素（離脱イオン２１）を検出する元素検出手段である位置敏感型検出器１３と、試料１１との間で高い直流バイアス電圧が印加される引出電極１４とを備えている。なお、位置敏感型検出器１３は、図に示すように、チャンバー１０内で試料１１と対向するように設置される。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an element detection apparatus (3DAP) according to the first embodiment. As shown in the figure, the element detection apparatus 1 includes a chamber 10 in which a sample 11 is disposed, a power source 12a for applying a predetermined electric field to the sample 11, and an element (detached ions 21) detached from the sample 11. ), And a lead electrode 14 to which a high DC bias voltage is applied between the sample 11 and the sample 11. The position sensitive detector 13 is installed in the chamber 10 so as to face the sample 11 as shown in the figure.

また、上記の他に、元素検出装置１は、チャンバー１０内を所望の真空状態とするための真空ポンプ等を含む気圧調節部１５を備えている。   In addition to the above, the element detection device 1 includes an atmospheric pressure adjustment unit 15 including a vacuum pump or the like for bringing the inside of the chamber 10 into a desired vacuum state.

元素検出装置１には更に、試料１１にエネルギービーム２４を照射するための照射手段２３と、照射手段２３にパルス電界を印加するための電源１２ｂと、電源１２ｂおよび位置敏感型検出器１３が接続されたタイマー１７とが備えられている。   Further connected to the element detector 1 are an irradiation means 23 for irradiating the sample 11 with the energy beam 24, a power source 12 b for applying a pulse electric field to the irradiation means 23, a power source 12 b and a position sensitive detector 13. Timer 17 is provided.

ここでは、試料１１として、被測定部材２０上に形成された形態の試料を使用する。被測定部材２０は、図に示すように、先端部分或いは全体が試料１１であるような複数の針状構造体を備えた部材である。なお、試料１１として、図５に示されるような針状構造体からなる単体の試料１１を使用しても構わない。   Here, a sample formed on the member to be measured 20 is used as the sample 11. The member to be measured 20 is a member provided with a plurality of needle-like structures whose tip portion or the whole is the sample 11 as shown in the figure. As the sample 11, a single sample 11 made of a needle-like structure as shown in FIG. 5 may be used.

タイマー１７は、電源１２ｂから照射手段２３へ印加するパルス電圧を起動する機能を有している。タイマー１７は更に、パルス電圧の印加をトリガとして、離脱した元素（離脱イオン２１）の飛行時間を測定する機能も有している。   The timer 17 has a function of starting a pulse voltage applied from the power source 12b to the irradiation unit 23. The timer 17 further has a function of measuring the time of flight of the detached element (detached ions 21) with the application of a pulse voltage as a trigger.

位置敏感型検出器１３は、平面状の元素検知面を備えており、上記離脱イオン２１の存在する位置を２次元マップとして表示する機能を有している。   The position sensitive detector 13 has a planar element detection surface, and has a function of displaying the position where the above-mentioned detached ions 21 exist as a two-dimensional map.

電源１２ａは、試料１１と引出電極１４との間に直流バイアス電圧を印加し、試料１１の表面からイオンが離脱しやすくするものである。一方、電源１２bは、図に示すように、照射手段２３にパルス電圧を印加し、試料１１の先端に向けてエネルギービーム２４を照射させる。   The power source 12 a applies a DC bias voltage between the sample 11 and the extraction electrode 14 to make it easier for ions to be detached from the surface of the sample 11. On the other hand, the power supply 12b applies a pulse voltage to the irradiation means 23 and irradiates the energy beam 24 toward the tip of the sample 11, as shown in the figure.

引出電極１４は、図に示すように、前記離脱イオン２４が通過可能な空洞を（例えば、中央部に）有する、いわゆる円環形状の電極であり、試料１１と位置敏感型検出器１３との間、試料１１の近傍に位置する。   As shown in the figure, the extraction electrode 14 is a so-called annular electrode having a cavity (for example, in the center) through which the desorption ions 24 can pass, and the extraction electrode 14 is provided between the sample 11 and the position sensitive detector 13. In the meantime, it is located in the vicinity of the sample 11.

エネルギービーム２４の照射により、試料１１から電界蒸発した原子は、イオンの状態で引出電極１４の空洞部分を通過し、位置敏感型検出器１３へ向かって飛行する。   Atoms evaporated from the sample 11 by irradiation with the energy beam 24 pass through the cavity of the extraction electrode 14 in the form of ions and fly toward the position sensitive detector 13.

照射手段２３は、図に示すように、位置敏感型検出器１３を挟んで、試料１１と反対側に設置される。位置敏感型検出器１３には、中央付近にエネルギービームが通過可能な孔１９が設けられており、エネルギービーム２４が、この孔１９を通過して試料１１側に照射される。このとき、エネルギービーム２４は引出電極１４の空洞部分を通過するようにしてよい。   The irradiation means 23 is installed on the opposite side of the sample 11 with the position sensitive detector 13 interposed therebetween, as shown in the figure. The position sensitive detector 13 is provided with a hole 19 through which the energy beam can pass in the vicinity of the center, and the energy beam 24 is irradiated to the sample 11 side through the hole 19. At this time, the energy beam 24 may pass through the hollow portion of the extraction electrode 14.

孔１９の大きさは、例えば、直径が１００μｍ程度であればよい。なお、孔１９が存在する範囲については位置敏感型検出器１３における検出ができなくなるため、孔１９の大きさは、エネルギービーム２４が通過できる最小の孔径であることが望ましい。   The size of the hole 19 may be, for example, about 100 μm in diameter. In addition, since the position sensitive detector 13 cannot detect the range in which the hole 19 exists, the size of the hole 19 is desirably a minimum hole diameter through which the energy beam 24 can pass.

また、照射手段２３は、例えばフェムトパルスの半導体励起チタンサファイヤレーザ等を有し、試料１１への電界の印加に同期して、当該試料１１の表面に（例えばレーザ光等の）エネルギービーム２４を照射する。なお、照射手段２３として電子線照射機構を使用し、試料１１に電子線を照射するようにしても良い。   The irradiation unit 23 includes, for example, a femto-pulse semiconductor-excited titanium sapphire laser, and the energy beam 24 (for example, laser light) is applied to the surface of the sample 11 in synchronization with the application of an electric field to the sample 11. Irradiate. Note that an electron beam irradiation mechanism may be used as the irradiation unit 23 to irradiate the sample 11 with an electron beam.

このように、レーザ光等のエネルギービーム２４を、試料１１に対して、その正面から、すなわち位置敏感型検出器１３が配置されている方向から照射することにより、試料１１の先端部分の表面全体にエネルギービーム２４が均一に照射される。このため、試料１１先端から元素離脱が偏り無く行なわれ、高精度の均質な測定が可能となる。   In this manner, the entire surface of the tip portion of the sample 11 is irradiated by irradiating the sample 11 with the energy beam 24 such as a laser beam from the front thereof, that is, from the direction in which the position sensitive detector 13 is disposed. The energy beam 24 is uniformly irradiated. For this reason, element detachment from the tip of the sample 11 is performed without deviation, and high-precision and uniform measurement is possible.

また、エネルギービーム２４の入射角度の関係で、試料１１内部を透過するエネルギービーム２４の量が少なくなり、透過したエネルギービーム２４が余分な外乱光として悪影響を与えるという問題も解消される。   Further, the amount of the energy beam 24 that passes through the inside of the sample 11 is reduced due to the incident angle of the energy beam 24, and the problem that the transmitted energy beam 24 has an adverse effect as extraneous disturbance light is also solved.

−３ＤＡＰを使用した元素検出フロー−
以下に、３ＤＡＰを使用して元素を検出する工程の例を、図を用いて説明する。ここでの説明には、図２と図３を使用する。図２は、実施例１による元素検出方法を示したフローチャートである。 -Element detection flow using DAP-
Hereinafter, an example of a process for detecting an element using 3DAP will be described with reference to the drawings. For the description here, FIG. 2 and FIG. 3 are used. FIG. 2 is a flowchart showing the element detection method according to the first embodiment.

先ず、チャンバー１０内において、位置敏感型検出器１３の元素検知面１３ａと試料１１の先端が対向するように、被測定部材２０を設置する。この状態で、気圧調節部１５の作動により、チャンバー１０を所定の真空度に調節する（ステップＳ１）。ここでは、例えば、いわゆる超高真空状態となる２×１０−８Ｐａ程度の圧力に設定する。 First, the member to be measured 20 is installed in the chamber 10 so that the element detection surface 13a of the position sensitive detector 13 and the tip of the sample 11 face each other. In this state, the operation of the atmospheric pressure adjusting unit 15 adjusts the chamber 10 to a predetermined degree of vacuum (step S1). Here, for example, the pressure is set to about 2 × 10 −8 Pa, which is a so-called ultrahigh vacuum state.

なお、この気圧調整後、電界蒸発を促進させる目的で、試料１１の元素に吸着し易い（吸着率の高い）ガスをチャンバー１０内に導入するようにしても良い。この試料１１の元素に吸着し易いガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）ガスが挙げられる。 Note that a gas that is easily adsorbed by the element of the sample 11 (having a high adsorption rate) may be introduced into the chamber 10 for the purpose of promoting electric field evaporation after the pressure adjustment. Examples of the gas that is easily adsorbed by the element of the sample 11 include nitrogen (N 2 ) gas.

続いて、タイマー１７を起動させるとともに、被測定部材２０に電源１２ａの直流バイアス電圧に加える。そして、この状態で、電源１２ｂに例えば５ｋＶのパルス電圧を発生させ、照射手段２３に印加する。（ステップＳ２）。   Subsequently, the timer 17 is started, and the member to be measured 20 is applied to the DC bias voltage of the power source 12a. In this state, a pulse voltage of, for example, 5 kV is generated in the power supply 12 b and applied to the irradiation unit 23. (Step S2).

このパルス電圧の印加により、照射手段２３からエネルギービーム２４が試料１１の先端部に照射される。   By applying the pulse voltage, the energy beam 24 is irradiated from the irradiation unit 23 to the tip of the sample 11.

具体的には、この電界蒸発現象を利用して、試料１１の表面から順に、１原子層づつ電界蒸発していく。このとき、１回のエネルギービーム２４照射（すなわち１回のパルス電圧の印加）により、１原子のイオンを離脱させるのが理想的であるが、１回のパルス電圧の印加により同時に複数の原子が電界蒸発するという事態を避けるために、例えば、１０回から１００回程度のエネルギービーム２４の印加によって、１原子の電界蒸発が生じるようにパルス電圧を調節しても良い。   Specifically, using this electric field evaporation phenomenon, electric field evaporation is performed one atomic layer at a time from the surface of the sample 11. At this time, it is ideal that one atom ion is released by one irradiation of the energy beam 24 (that is, one pulse voltage application), but a plurality of atoms are simultaneously formed by one pulse voltage application. In order to avoid the situation of field evaporation, for example, the pulse voltage may be adjusted so that one atom of field evaporation occurs by applying the energy beam 24 about 10 to 100 times.

続いて、電界蒸発した離脱イオン２１が位置敏感型検出器１３に到達した際の位置、すなわち、位置敏感型検出器１３の元素検出面１３ａにおける座標を測定する。なお、この位置の測定を行なうとともに、タイマー７により離脱イオン２１の飛行時間を測定する（ステップＳ３）。   Subsequently, the position when the detached ions 21 evaporated in the field reach the position sensitive detector 13, that is, the coordinates on the element detection surface 13a of the position sensitive detector 13 are measured. In addition, while measuring this position, the flight time of the leaving ions 21 is measured by the timer 7 (step S3).

そして、この離脱イオン２１の位置及び飛行時間の測定結果を、図示しない記憶手段（不図示）に蓄積する。次に、ステップＳ３及びＳ４からなる一連の工程を繰り返し実行し（ステップＳ４）、試料１１を構成する各層の元素のうち、分析を希望する分を全て電界蒸発させる。   Then, the measurement result of the position of the leaving ions 21 and the flight time is accumulated in a storage means (not shown). Next, a series of steps consisting of steps S3 and S4 are repeatedly executed (step S4), and among the elements of each layer constituting the sample 11, all of the elements desired to be analyzed are field evaporated.

次に、蓄積した測定結果のデータを使用し、先ず、試料１１の各層について２次元的なマップを作成する（ステップＳ５）。このとき、所定の座標について深さ方向に拡張させたマップを作成しても良い。   Next, using the accumulated measurement result data, first, a two-dimensional map is created for each layer of the sample 11 (step S5). At this time, a map in which predetermined coordinates are expanded in the depth direction may be created.

このようにして得られた２次元マップのデータを、コンピュータ等の計算手段（不図示）を用いて所定の計算処理を行うことにより、試料１１の原子分布を３次元的に再構成する（ステップＳ６）。   The atomic distribution of the sample 11 is three-dimensionally reconstructed by performing predetermined calculation processing on the data of the two-dimensional map obtained in this way using a calculation means (not shown) such as a computer (step) S6).


次に、実施例１における変形例を、図３を参照しながら説明する。図３は、実施例２による元素検出装置（３ＤＡＰ）の概略構成を示す模式図である。
Next, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an element detection apparatus (3DAP) according to the second embodiment.

本実施例は、実施例１で説明した形態について、試料１１（被測定部材２０）に照射されるエネルギービーム２４が、照射手段２３に接続された光ファイバー２５の先端から出射されるようにした例である。   In this embodiment, the energy beam 24 irradiated to the sample 11 (member to be measured 20) is emitted from the tip of the optical fiber 25 connected to the irradiation means 23 in the form described in the first embodiment. It is.

光ファイバー２５と照射手段２３とが接続される箇所には、例えば、照射手段２３からのエネルギービーム２４（例えば、レーザ光）を光ファイバー２５に導くための光コネクタ２６が設けられる。光コネクタ２６は、例えば、図示しない集光レンズを使用して、照射手段２３からのエネルギービーム２４を光ファイバー２５の中心部（コアの部分）に集光する。   For example, an optical connector 26 for guiding an energy beam 24 (for example, laser light) from the irradiation unit 23 to the optical fiber 25 is provided at a location where the optical fiber 25 and the irradiation unit 23 are connected. The optical connector 26 condenses the energy beam 24 from the irradiation unit 23 on the center portion (core portion) of the optical fiber 25 using, for example, a condensing lens (not shown).

その他の形態については、実施例１と同様であるため説明を省略する。   Other aspects are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

このように、光ファイバー２５を使用することにより、エネルギービーム２４を試料１１の近くまで導くことになり、自由度の高いルートで、確実にエネルギービーム２４を試料１１へ照射することが可能となる。   Thus, by using the optical fiber 25, the energy beam 24 is guided to the vicinity of the sample 11, and the energy beam 24 can be reliably irradiated to the sample 11 through a route having a high degree of freedom.


本実施例は、位置敏感型検出器１３に孔１９を設けずに、光を集光するレンズを使用した例である。本実施例を、図４を使用して説明する。図４は、実施例３による元素検出装置（３ＤＡＰ）の概略構成を示す模式図である。
In this embodiment, the position sensitive detector 13 is not provided with a hole 19 but a lens for condensing light is used. This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an element detection apparatus (3DAP) according to the third embodiment.

レンズ２７はエネルギービーム２４が通過可能な材質からなり、図に示されるように、位置敏感型検出器１３を挟んで被測定部材２０の反対側に（具体的には、位置敏感型検出器１３と照射手段２３との間に）設置される。すなわち、位置敏感型検出器１３から近い方からレンズ１３，照射手段２３の順に設置される。   The lens 27 is made of a material through which the energy beam 24 can pass, and as shown in the drawing, on the opposite side of the member to be measured 20 with the position sensitive detector 13 interposed therebetween (specifically, the position sensitive detector 13). And between the irradiation means 23). That is, the lens 13 and the irradiation unit 23 are installed in this order from the side closer to the position sensitive detector 13.

照射手段２３とレンズ２７との間には、図に示すように、例えば、複数の光ファイバー２８が設けられ、この光ファイバー２８により、照射手段２３から出射されたエネルギービーム２４がレンズ２７の所定の面まで導かれる。そして、位置敏感型検出器１３の外側から、被測定部材２０に形成された試料１１の先端部に向けてエネルギービーム２４が照射される。なお、エネルギービーム２４の出力が十分であれば、光ファイバー２８は１本でも構わない。   As shown in the figure, for example, a plurality of optical fibers 28 are provided between the irradiation unit 23 and the lens 27, and the energy beam 24 emitted from the irradiation unit 23 is transmitted to the predetermined surface of the lens 27 by the optical fiber 28. Led up to. Then, the energy beam 24 is irradiated from the outside of the position sensitive detector 13 toward the tip of the sample 11 formed on the member 20 to be measured. If the output of the energy beam 24 is sufficient, one optical fiber 28 may be used.

本実施例のように、光を集光するレンズ２７を使用することにより、位置敏感型検出器１３に孔を開けないでも済むというメリットがある。   By using the lens 27 that collects light as in this embodiment, there is an advantage that it is not necessary to make a hole in the position sensitive detector 13.

以上、本発明の特徴を詳述した。本発明の好ましい諸形態を付記すると、以下の通りである。
（付記１）
試料から電界離脱した元素を元素検出手段により検出し、当該元素の位置及び飛行時間を測定する元素検出方法であって、
内部に前記試料が配置されるチャンバー内の気圧を調整するステップと、
前記元素検出手段に設けられた孔を通過したエネルギービームを前記試料に照射し、前記試料から元素を離脱させるステップと、
前記離脱した元素を前記元素検出手段により検出し、前記元素の位置及び飛行時間を測定するステップとを含む
ことを特徴とする元素検出方法。
（付記２）
前記試料に前記エネルギービームを照射する前に、空洞を有する引出電極にバイアス電圧を印加するステップを更に備え、
前記エネルギービームが前記空洞内を通過して前記試料に照射される
ことを特徴とする付記１に記載の元素検出方法。
（付記３）
前記試料に照射される前記エネルギービームが光ファイバーの先端から出射される
ことを特徴とする付記１または２に記載の元素検出方法。
（付記４）
試料から離脱した元素を検出し、前記元素の位置及び飛行時間を測定する元素検出装置であって、
気圧調整が可能であり、内部に前記試料が配置されるチャンバーと、
前記チャンバー内で前記試料と対向するように設置されており、前記試料から離脱した元素を検出する元素検出手段と、
前記試料にエネルギービームを照射する照射手段とを備え、
前記元素検出手段が、前記エネルギービームが通過可能な孔を有するとともに、前記照射手段が前記元素検出手段を挟んで前記試料の反対側に設置され、前記孔を通過したエネルギービームが前記試料に照射される
ことを特徴とする元素検出装置。
（付記５）
前記試料と元素検出手段との間に配置されてバイアス電圧が印加され、前記離脱した元素が通過可能な空洞を有する引出電極を更に備える
ことを特徴とする付記４に記載の元素検出装置。
（付記６）
前記エネルギービームが、前記照射手段に接続された光ファイバーの先端から出射される。
ことを特徴とする付記６または７に記載の元素検出装置。
（付記７）
試料から離脱した元素を検出し、前記元素の位置及び飛行時間を測定する元素測定装置であって、
気圧調整が可能であり、内部に前記試料が配置されるチャンバーと、
前記チャンバー内で前記試料と対向するように設置されており、前記試料から離脱した元素を検出する元素検出手段と、
前記試料にエネルギービームを照射する照射手段と、
前記エネルギービームが通過可能なレンズとを備え、
前記レンズ及び前記照射手段が、前記元素検出手段を挟んで前記試料の反対側に、且つ、前記元素検出手段に近い方から前記レンズ，前記照射手段の順に設置され、
前記レンズを通過したエネルギービームが、前記元素検出手段の外側から前記試料に向けて照射される
ことを特徴とする元素検出装置。
（付記８）
前記レンズを通過した複数のエネルギービームが集光して、前記試料に照射される
ことを特徴とする付記７に記載の元素検出装置。 The characteristics of the present invention have been described in detail above. The preferred embodiments of the present invention are as follows.
(Appendix 1)
An element detection method for detecting an element separated from an electric field by an element detection means and measuring the position and time of flight of the element,
Adjusting the atmospheric pressure in a chamber in which the sample is disposed;
Irradiating the sample with an energy beam that has passed through a hole provided in the element detection means, and detaching the element from the sample;
Detecting the separated element by the element detecting means and measuring the position and time of flight of the element.
(Appendix 2)
Applying a bias voltage to an extraction electrode having a cavity before irradiating the sample with the energy beam;
The element detection method according to appendix 1, wherein the energy beam passes through the cavity and is irradiated onto the sample.
(Appendix 3)
The element detection method according to appendix 1 or 2, wherein the energy beam applied to the sample is emitted from a tip of an optical fiber.
(Appendix 4)
An element detection device that detects an element detached from a sample and measures the position and time of flight of the element,
A chamber capable of adjusting the atmospheric pressure and in which the sample is disposed;
An element detecting means that is disposed so as to face the sample in the chamber and detects an element detached from the sample;
Irradiation means for irradiating the sample with an energy beam,
The element detection means has a hole through which the energy beam can pass, and the irradiation means is installed on the opposite side of the sample with the element detection means interposed therebetween, and the energy beam that has passed through the hole is irradiated to the sample. Element detecting device characterized by being made.
(Appendix 5)
The element detection apparatus according to appendix 4, further comprising an extraction electrode disposed between the sample and the element detection means, to which a bias voltage is applied and which has a cavity through which the detached element can pass.
(Appendix 6)
The energy beam is emitted from the tip of an optical fiber connected to the irradiation means.
The element detection apparatus according to appendix 6 or 7, characterized by the above.
(Appendix 7)
An element measuring device that detects an element detached from a sample and measures the position and time of flight of the element,
A chamber capable of adjusting the atmospheric pressure and in which the sample is disposed;
An element detecting means that is disposed so as to face the sample in the chamber and detects an element detached from the sample;
Irradiating means for irradiating the sample with an energy beam;
A lens through which the energy beam can pass,
The lens and the irradiation means are installed on the opposite side of the sample across the element detection means, and in the order of the lens and the irradiation means from the side closer to the element detection means,
The element detection apparatus, wherein the energy beam that has passed through the lens is irradiated toward the sample from the outside of the element detection means.
(Appendix 8)
The element detection apparatus according to appendix 7, wherein a plurality of energy beams that have passed through the lens are condensed and applied to the sample.

本発明の活用例としては、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等についての不純物濃度の組成分析が典型的であるが、その他、ハード・ディスク装置（ＨＤＤ）等に使用されるＧＭＲ素子についての多層薄膜積層構造等の３次元構造解析にも利用可能である。   As an application example of the present invention, for example, composition analysis of impurity concentration for gallium arsenide (GaAs) or the like is typical, but in addition, a multilayer thin film for a GMR element used in a hard disk drive (HDD) or the like. It can also be used for three-dimensional structural analysis of laminated structures and the like.

は、本発明の実施例１に係る元素検出装置（３ＤＡＰ）の概略構成を示す模式図である。These are the schematic diagrams which show schematic structure of the element detection apparatus (3DAP) based on Example 1 of this invention. は、本発明の実施例１に係る元素検出方法を示すフローチャートである。These are the flowcharts which show the element detection method which concerns on Example 1 of this invention. は、本発明の実施例２に係る元素検出装置（３ＤＡＰ）の概略構成を示す模式図である。These are the schematic diagrams which show schematic structure of the element detection apparatus (3DAP) which concerns on Example 2 of this invention. は、本発明の実施例３に係る元素検出装置（３ＤＡＰ）の概略構成を示す模式図である。These are the schematic diagrams which show schematic structure of the element detection apparatus (3DAP) which concerns on Example 3 of this invention. は、従来の一般的な３ＤＡＰの例である。Is an example of conventional general 3DAP. は、従来のレーザ光を使用した３ＤＡＰの例である。Is an example of 3DAP using conventional laser light.

符号の説明Explanation of symbols

１…元素検出装置
１０…チャンバー
１１…試料
１２ａ、１２ｂ…電源
１３…位置敏感型検出器
１３ａ…元素検知面
１４…引出電極
１５…気圧調節部
１７…タイマー
１９…孔
２０…被測定部材
２１…離脱イオン
２３…照射手段
２４…エネルギービーム
２５、２８…光ファイバー
２６…光コネクタ
２７…レンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Element detection apparatus 10 ... Chamber 11 ... Sample 12a, 12b ... Power supply 13 ... Position sensitive detector 13a ... Element detection surface 14 ... Extraction electrode 15 ... Barometric pressure control part 17 ... Timer 19 ... Hole 20 ... Member to be measured 21 ... Separation ions 23 ... irradiation means 24 ... energy beam 25, 28 ... optical fiber 26 ... optical connector 27 ... lens

Claims (5)

試料から電界離脱した元素を元素検出手段により検出し、当該元素の位置及び飛行時間を測定する元素検出方法であって、
内部に前記試料が配置されるチャンバー内の気圧を調整するステップと、
前記元素検出手段に設けられた孔を通過したエネルギービームを前記試料に照射し、前記試料から元素を離脱させるステップと、
前記離脱した元素を前記元素検出手段により検出し、前記元素の位置及び飛行時間を測定するステップとを含む
ことを特徴とする元素検出方法。 An element detection method for detecting an element separated from an electric field by an element detection means and measuring the position and time of flight of the element,
Adjusting the atmospheric pressure in a chamber in which the sample is disposed;
Irradiating the sample with an energy beam that has passed through a hole provided in the element detection means, and detaching the element from the sample;
Detecting the separated element by the element detecting means and measuring the position and time of flight of the element. 前記試料に前記エネルギービームを照射する前に、空洞を有する引出電極にバイアス電圧を印加するステップを更に備え、
前記エネルギービームが前記空洞内を通過して前記試料に照射される
ことを特徴とする請求項１に記載の元素検出方法。 Applying a bias voltage to an extraction electrode having a cavity before irradiating the sample with the energy beam;
The element detection method according to claim 1, wherein the sample is irradiated with the energy beam through the cavity. 前記試料に照射される前記エネルギービームが光ファイバーの先端から出射される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の元素検出方法。 The element detection method according to claim 1, wherein the energy beam applied to the sample is emitted from a tip of an optical fiber. 試料から離脱した元素を検出し、前記元素の位置及び飛行時間を測定する元素検出装置であって、
気圧調整が可能であり、内部に前記試料が配置されるチャンバーと、
前記チャンバー内で前記試料と対向するように設置されており、前記試料から離脱した元素を検出する元素検出手段と、
前記試料にエネルギービームを照射する照射手段とを備え、
前記元素検出手段が、前記エネルギービームが通過可能な孔を有するとともに、前記照射手段が前記元素検出手段を挟んで前記試料の反対側に設置され、前記孔を通過したエネルギービームが前記試料に照射される
ことを特徴とする元素検出装置。 An element detection device that detects an element detached from a sample and measures the position and time of flight of the element,
A chamber capable of adjusting the atmospheric pressure and in which the sample is disposed;
An element detecting means that is disposed so as to face the sample in the chamber and detects an element detached from the sample;
Irradiation means for irradiating the sample with an energy beam,
The element detection means has a hole through which the energy beam can pass, and the irradiation means is installed on the opposite side of the sample with the element detection means interposed therebetween, and the energy beam that has passed through the hole is irradiated to the sample. Element detecting device characterized by being made. 試料から離脱した元素を検出し、前記元素の位置及び飛行時間を測定する元素測定装置であって、
気圧調整が可能であり、内部に前記試料が配置されるチャンバーと、
前記チャンバー内で前記試料と対向するように設置されており、前記試料から離脱した元素を検出する元素検出手段と、
前記試料にエネルギービームを照射する照射手段と、
前記エネルギービームが通過可能なレンズとを備え、
前記レンズ及び前記照射手段が、前記元素検出手段を挟んで前記試料の反対側に、且つ、前記元素検出手段に近い方から前記レンズ，前記照射手段の順に設置され、
前記レンズを通過したエネルギービームが、前記元素検出手段の外側から前記試料に向けて照射される
ことを特徴とする元素検出装置。 An element measuring device that detects an element detached from a sample and measures the position and time of flight of the element,
A chamber capable of adjusting the atmospheric pressure and in which the sample is disposed;
An element detecting means that is disposed so as to face the sample in the chamber and detects an element detached from the sample;
Irradiating means for irradiating the sample with an energy beam;
A lens through which the energy beam can pass,
The lens and the irradiation means are installed on the opposite side of the sample across the element detection means, and in the order of the lens and the irradiation means from the side closer to the element detection means,
The element detection apparatus, wherein the energy beam that has passed through the lens is irradiated toward the sample from the outside of the element detection means.
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