JPH0286036A

JPH0286036A - イオンマイクロアナライザ

Info

Publication number: JPH0286036A
Application number: JP63236351A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Toida; 問田　博; Hifumi Tamura; 田村　一二三; Kazumasa Hida; 飛田　一政; Hiroshi Iwamoto; 寛岩本
Original assignee: Hitachi Instruments Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Instruments Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1990-03-27
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPH071686B2; US5008537A

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、イオンビームを利用したイオンマイクロアナ
ライザ（以下、ＩＭＡと略する）に係り、特に、サブミ
クロンの局所分析を可能とする液体金属イオン源、およ
び分析場所と同一局所の高分解能観察を可能とする走査
電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと略する）を備えたＩＭＡに
関する。

（従来の技術）ＩＭＡでは、試料に照射する一次線としてイオン源から
照射されるイオンビームが用いられ、ＳＥＭでは電子ビ
ームが用いられている。

従来のＩＭＡのイオン源としては、プラズマを利用した
デュオプラズマトロン形イオン源や表面電離機構を利用
した表面電離形イオン源が広く用いられている。

しかし、これらのイオン源のソース径は０．　２〜ｌｌ
ｌ１ａｌφ程度と大きく、サブミクロンでの極微小部局
所分析には適さない。

そこで、近年になって、高輝度でかつ微小点源（数１０
０λ以下）を有するイオン源として液体金属イオン源が
開発され、実用化されるに至っている。これは、μｍ程
度の直径を有する針状チップの先端に溶融状態の金属を
供給し、そこに強電界を加えて針状チップの先端に溶融
金属のシャープなコーンを形成し、電界放出機構による
イオン放出を行わせるものである。

ところが、これらのイオン源を同一装置内に有し、切換
操作等の簡単な操作によって、該イオン源を適宜に選択
することができるような装置はこれまでなかった。

一方、これらのイオン源を利用するＩＭＡと、電子ビー
ムを利用するＳＥＭとを備えた複合電子線装置に関して
は、たとえば特開昭５９−６８１５９号公報に記載され
ているが、これらの複合電子線装置のＩＭＡで用いられ
るイオン源はデュオプラズマトロン形イオン源または表
面電離形イオン源であり、液体金属イオン源をも備えた
ＩＭＡはなかった。

（発明が解決しようとする課題）上記したように、従来技術では液体金属イオン源とその
他のイオン源とを備えたＩＭＡ、あるいは液体金属イオ
ン源と電子ビーム源とを備えたＩＭＡがなく、以下のよ
うな問題があった。

（１）デュオプラズマトロン形イオン源や表面電離形イ
オン源では分析することができないサブミクロンでの微
小部局所分析を行おうとする場合には、イオン源を液体
金属イオン源に交換しなければならず、イオン源交換、
排気、ビームの軸：Ａ整等に長時間を要した。

（２）イオン源を用いた局所分析と、同一局所の高分解
能観察とを行おうとする場合には、ＳＥＭとＩＭＡとの
２台の装置を用いることになり、試料交換、排気、ビー
ムの軸調整などに長時間を要した。

（３）一般的に、デュオプラズマトロン形イオン源や表
面電離形イオン源をイオン源とするＩＭＡでは、イオン
ビームに含まれる不純物イオンビームや中性粒子ビーム
を除去するための一次イオン分離装置が備えられている
ために、従来の複合電子線装置に液体金属イオン源を装
着しただけでは、液体金属イオン源から照射されるイオ
ンビームが、一次イオン分離装置内の質量分離磁場から
の偏向磁界を受け、その結果、偏向収差が増大し、イオ
ンビームの非点が大きくなって、液体金属イオン源の特
徴であるサブミクロンでの微小部局所分析ができなくな
ってしまう。

（４）液体金属イオン源を用いてサブミクロンでの微小
部局所分析を行う場合、測定対象元素の電気的陰性度に
応じて検出感度を上げるため、イオン＋、＋種をＧａ　　、Ｌ＊　　、Ａｕ＋などに切換える必要が
あるが、従来のＩＭＡでは、各イオン種用液体金属イオ
ン源をその都度交換することになり、イオン源交換、排
気、ビームの軸調整などに長時間を要した。

（課題を解決するための手段）上記した問題点を解決するために、本発明は、液体金属
イオン源とその他のイオン源とを、それぞれのイオン源
から照射されるイオンビームを一次ビーム軸上で一致さ
せられるように同一装置内に設置すると共に、前記液体
金属イオン源は、前記その他のイオン源から照射される
イオンビームを質量分離する一次イオン分離装置の後段
に設置するようにした点に特徴がある。

さらに、本発明は電子銃をも同一装置内に設置し、該電
子銃から照射される電子ビームも前記イオンビームと同
一軸上で一致させるようにした点に特徴がある。

（作用）上記した構成によれば、デュオプラズマトロン形イオン
源あるいは表面電離形イオン源等の、液体金属イオン源
以外のイオン源からのイオンビームを利用した微量分析
と、液体金属イオン源からのイオンビームを利用したサ
ブミクロンでの極微量分析とが一台の装置で可能となる
ので、試料交換、排気、ビーム軸調整等の操作時間を大
幅に短縮することができる。

また、液体金属イオン源が、一次イオン分離装置および
質量分離磁場の後段に設置されるので、液体金属イオン
源から照射されるイオンビームは質量分離磁場の影響を
受けずに、偏向収差のないサブミクロン領域のイオンビ
ームとなる。

さらに、電子銃を組み込み、そこから照射される電子ビ
ームを一次ビーム軸と一致させるようにすれば、イオン
ビームによる分析場所と同一局所の高分解能観察とが一
台の装置で行うことができるようになる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例である電子線装置のブロック
図であり、電子ビームを発生する電子銃と、イオンビー
ムを発生するイオン源とを備えた構造となっている。

デュオプラズマトロン形イオン源１はプラズマを利用し
たイオン源であり、表面電離形イオン源２は表面電離機
構を利用したイオン源である。

これらのイオンビームは、試料の微量分析時の一次ビー
ムとして用いられる。

前記イオン源から出力された一次イオンビーム３は、ウ
ィンフィルタ一方式を含む一次イオン分離装置４によっ
て質量分離され、さらに質量分離磁場５の極性切換えに
よってデュオプラズマトロン形イオン［１と表面電離形
イオン［２との選択が行われ、それぞれのビーム軸は一
次ビーム軸と一致させられる。

質量分離された一次イオンビームは、質量分離アパーチ
ャ６により目的とする質量数のイオンのみが選び出され
る。

一方、サブミクロンの極微量分析時に一次ビームの発生
源として用いられる液体金属イオン源１２、および分析
場所と同一局所の高分解能観察時に一次ビームの発生源
として用いられる電界放射形電子銃１３は、液体金属イ
オン源・電界放射形電子銃切換え機構１０に組み込まれ
ている。

この切換え機構１０は、図中横方向に移動することが可
能で、液体金属イオン源１２から照射されるイオンビー
ムを一次ビームとして用いる場合には、同図に示したよ
うに該液体金属イオン源１２を、そのイオンビームが一
次ビーム軸に一致する位置まで移動する。

同様に、電界放射形電子銃１３から照射される電子ビー
ムを一次ビームとして用いる場合には、該電子銃１３を
、その電子ビームが一次ビーム軸に一致する位置まで移
動する。

さらに、前記したデュオプラズマトロン形イオン源１ま
たは表面電離形イオン源２を一部ビームとして用いる場
合には、ビームバスアパーチャ１１を一部ビーム軸中心
部に移動して、該一次ビームをそのまま通過させる。

このような構成によれば、デュオプラズマトロン形イオ
ン源１および表面電離形イオン源２からのイオンビーム
を利用した微量分析と、液体金属イオン［１２からのイ
オンビームを利用したサブミクロンの極微量分析と、そ
れらの分析場所と同一局所の高分解能観察とが一台の装
置で可能となるので、試料交換、排気、ビーム軸調整等
の操作時間を大幅に短縮することができる。

しかも、液体金属イオン源が、一次イオン分離装置４お
よび質量分離磁場５の後段に設置されるので、液体金属
イオン源１２から照射されるイオンビームは磁場による
影響を受けずに、偏向収差のないサブミクロン領域のイ
オンビームとなる。

なお、本実施例においては、切換え機構１０に組み込ま
れる液体金属イオン源が１種類であるが、数種類の液体
金属イオン源を組み込み、それらを同様に一部ビーム軸
中心部に移動できるようにすれば、イオン源交換、排気
、ビーム軸調整等の操作時間を大幅に短縮することがで
きる。

また、電子ビームを照射するための電子銃は電界放射形
の電子銃とは限らず、熱電子放射形の電子銃、あるいは
その他の電子銃であっても良い。

さらに、本実施例においては、通常の微量分析を行うた
めのイオン源としてデュオプラズマトロン形イオンＦＡ
Ｉと表面電離形イオン源２とを備えたＩＭＡを例にあげ
て説明したが、本発明はこれのみに限定されるものでは
なく、液体金属イオン源とその他のイオン源とを備えた
ＩＭＡであれば、どのようなものにも適用することがで
きる。

対物レンズアパーチャアは一部ビームのビーム径を規制
し、偏向電極２６は画像表示を行うために一部ビームを
試料上でラスター走査する。

静電・磁場レンズ８は静電レンズと磁場レンズとが組み
合わされたものであり、通常の分析においてイオンビー
ムおよび電子ビームを収束させる場合には静電レンズと
して用いられ、球面収差の少ない高分解能観察時の電子
ビーム収束時には磁場レンズとして用いられる。

一方、一次ビームが試料９に照射されることによって該
試料９より放出された二次イオン１４の一部は、入射ス
リット１５を経てセクター電場１６でエネルギー分離さ
れた後、セクター磁場１７によって質量分離され、その
後二次イオン検出器１８によって検出される。

検出された二次イオン信号はデータ処理装置２１によっ
てデータ処理され、その結果である質量スペクトルがデ
ータ表示装置２２に表示される。

又、セクター電場１６を通過した二次イオン１４は、イ
オン・電子コンバーター１９により電子に変換され、全
イオン検出器２０により検出される。

このような構成によれば、試料９から同一方向に放出さ
れた全イオンと特定物質の二次イオンとを同時に検知す
ることができるので、二次イオン検出器１８で検出され
た情報と全イオン検出器２０で検出された情報とを、図
示していない比較手段で比較し、その結果に基づいて分
析を行うようにすれば、一次イオン電流の変動が分析結
果に及ぼす影響等を補正することができるのでさらに正
確な分析が可能となる。

なお、上記した比較・分析は既知の方法によって行われ
るものであり、その説明は省略する。

試料９より放出された二次電子２３は、試料９の電位を
イオン・電子コンバーター１９よりマイナス電位にすれ
ば二次イオンを同一の経路を通るので、全イオン検出器
２０によって検出される。

又、二次電子２３は、二次電子偏向磁場２４により偏向
することで二次電子検出器２５によっても検出できる。

像観察ＣＲＴ２７への信号は、像選択回路２８によって
選択される二次イオン検出器１８、全イオン検出器２０
、あるいは二次電子検出器２４のいずれかから出力され
る。

なお、上記した実施例においては、本発明をイオンビー
ムを利用した極微量分析と、それらの分析場所と同一局
所の高分解能観察とが一台の装置で可能となるＩＭＡを
例に説明したが、電子ビームを照射する電子銃が設置さ
れないＩＭＡにも適用できることは明らかであろう。

また、上記した実施例においては、液体金属イオン源１
２および電子銃１３のみを切換え機構ｌＯに組み込むも
のとして説明したが、液体金属イオン源以外のイオン源
であるデュオプラズマトロン形イオン源１あるいは表面
電離形イオン源２等をも切換え機構１０に組み込み、必
要に応じてこれらを適宜選択するようにしても良い。

ただし、液体金属イオン源以外のイオン源を選択する場
合には、その後段に一部イオン分離装置が設置されるよ
うにする必要がある。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば次のよ
うな効果が達成される。

（１）デュオプラズマトロン形イオン源および表面電離
形イオン源からのイオンビームを利用した極微量分析と
、液体金属イオン源からのイオンビームを利用したサブ
ミクロンの微量分析とが一台の装置で可能となるので、
試料交換、排気、ビーム軸調整等の操作時間を大幅に短
縮することができる。

（２）液体金属イオン源が、一次イオン分離装置および
質量分離磁場の後段に設置されるので、液体金属イオン
源から照射されるイオンビームは磁場による影響を受け
ずに、偏向収差のないサブミクロン領域のイオンビーム
となる。

（３）複数種の液体金属イオン源が、一次ビーム軸中心
部に移動できるようにしたので、イオン源交換、排気、
ビーム軸調整等の操作時間を大幅に短縮することができ
る。

（４）さらに、電子銃を組み込み、そこから照射される
電子ビームが一部ビームと同一軸上に重ねられるように
すれば、イオンビームによる分析場所と同一局所の高分
解能観察が可能となる。

（５）収束レンズを静電レンズと磁場レンズとの複合レ
ンズにしたので、イオンビームを収束する場合にはイオ
ンの質量数に焦点距離が無関係な静電レンズに切換え、
電子ビームを用いた高分解能観察時には球面収差の少な
い磁場レンズに切換えることができる。すなわち、一次
ビームが電子ビームまたはイオンビームであるかに応じ
て最適なレンズが容易に選択できる。

（６）像観察用の検知器をセクター電場とセクター磁場
との間に備えたので、試料から同一方向に放出された質
量分離されていない全イオンと、質量分離された特定二
次イオンと、二次電子とを同時に検知できるようになる
。

したがって、一次イオン電流の変動が分析結果に及ぼす
悪影響等を補正することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のブロック図である。１・・・デュオプラズマトロン形イオン源、２・・・表
面電離形イオン源、３・・・一次イオンビーム、４・・
一次イオン分離装置、５・・・質量分離磁場、６・・・
質量分離アパーチャ　、７・・・対物レンズアパーチャ
、８・・・静電・磁場レンズ、９・・・試料、１０・・
・液体金属イオン源・電界放射形電子銃切換え機構、１
１・・・ビームバスアパーチャ、１２・・・液体金属イ
オン源、１３・・・電界放射形電子銃、１４・・・二次
イオン、１５・・・入射スリット、１６・・・セクター
電場、１７・・・セクター磁場、１８・・・二次イオン
検出器、１９・・・イオン・電子コンバーター、２０・
・・全イオン検出器、２１・・・データ処理装置、２２
・・・データ表示装置、２３・・・二次電子、２４・・
・二次電子偏向磁場、２５・・・二次電子検出器、２６
・・・偏向電極、２７・・・像観察ＣＲＴ、２８・・・
像選択回路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも一種類の液体金属イオン源と、液体金
属イオン源以外のイオン源と、前記液体金属イオン源以外のイオン源から照射されるイ
オンビームを質量分離する一次イオン分離装置と、前記液体金属イオン源以外のイオン源から照射されるイ
オンビームを一次ビーム軸と一致させる偏向手段と、液体金属イオン源から照射されるイオンビームが前記一
次ビーム軸と一致するように、前記液体金属イオン源の
設置位置を移動する手段と、イオンビームを収束して試
料に照射する手段と、試料から放出される二次電子およ
び二次イオンを検出する手段と、前記検出手段からの信号に基づいて試料の分析を行う手
段とを具備したイオンマイクロアナライザであって、前記液体金属イオン源は、一次イオン分離装置と試料と
の間に設置されることを特徴とするイオンマイクロアナ
ライザ。
（２）電子ビームを照射する電子銃と、電子銃から照射される電子ビームが前記一次ビーム軸と
一致するように、該電子銃の設置位置を移動する手段と
をさらに具備し、前記電子銃は一次イオン分離装置と試
料との間に設置されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のイオンマイクロアナライザ。
（３）前記液体金属イオン源および電子銃は、同一の移
動手段によって移動されることを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載のイオンマイクロアナライ
ザ。
（４）前記移動手段は、前記液体金属イオン源以外のイ
オン源から照射されるイオンビームを通過させるアパー
チャを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項な
いし第３項のいずれかに記載のイオンマイクロアナライ
ザ。
（５）前記収束手段は、電場レンズとしての機能と磁場
レンズとしての機能とを備えた電磁場併用レンズである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の
いずれかに記載のイオンマイクロアナライザ。
（６）前記二次イオン検出手段は、セクター電場、該セ
クター電場の後段に設置されたセクター磁場、該セクタ
ー電場とセクター磁場との間に設置された全イオン検出
器、およびセクター磁場の後段に設置された二次イオン
検出器からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
ないし第５項のいずれかに記載のイオンマイクロアナラ
イザ。
（７）前記液体金属イオン源以外のイオン源は、デュオ
プラズマトロン形イオン源および表面電離形イオン源の
少なくとも一方であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項ないし第６項のいずれかに記載のイオンマイクロ
アナライザ。