JPS61224254A - 荷電粒子線装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、荷電粒子を試料上に正確にフォーカスさせる
ことができるイオンマイクロアナライザ等の如き荷電粒
子線装置に関する。

［従来の技術］ イオンマイクロアナライザ等においては、イオン源から
のイオンを加速し、アインツエル型等の静電レンズによ
って該イオンビームを試料上に細く収束するようにして
いる。該静電レンズに印加される電圧はイオンビームの
加速電圧にリンクしており、該加速電圧を変化させた場
合にもイオンビームが正確に試料に収束されるように構
成している。該試料へのイオンビームの照射に基づいて
該試料から発生した２次イオンは質量分析計に導かれて
分析される。

［発明が解決しようとする問題点］ 通常、該質量分析計の前部には、イオン収集電極が配置
され、該試料からの２次イオンを該分析側内に導くよう
にしているが、該試料の電位は通常接地電位であり、該
試料表面から飛び出ず２次イオンのエネルギは比較的弱
く効率的に該分析計に導くことができない。このことは
イオンマイクロアナライザのみならず、走査電子顕微鏡
においても同様であり、試料への電子線の照射に基づい
て発生する２次電子を効率的に成る方向に収集すること
はなかなか困難である。

このため、該試料に電圧を印加し、該試料から発生する
２次イオン、２次電子等のエネルギを高くし、効率的に
イオ゛ン分析系、イオン検出器あるいは２次電子検出器
にイオン、電子を導くことが考えられる。しかしながら
、試料に電圧を印加するとビームポテンシャル（加速電
圧−試料電圧）が変動し、１次ビームはもはや正確に試
料上でフォーカスされなくなる。

このため、試料に印加する電圧と荷電粒子線の加速電圧
の差電圧に応じて荷電粒子線の収束レンズを制御し、試
料上に荷電粒子線をフォーカスさせることも行われてい
るが、その場合でも、接地電圧で加速された荷電粒子線
は試料に印加された高電圧によって減速されるため、レ
ンズアクションを受け、収束性が損われてしまう。

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、試料に電
圧を印加して試料からのイオン、電子のエネルギを高く
してイオン、電子等の収集効率を良くすることを基本と
し、試料に電圧を印加した際にも正確に試料上に１次ビ
ームを正確にフォーカスすることのできる荷電粒子線装
置を提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に基づく荷電粒子線装置は、荷電粒子源と、該荷
電粒子源から発生した荷電粒子を加速するための加速電
極と、該荷電粒子源と加速電極との間に高電圧を印加す
るだめの加速電源と、該加速された荷電粒子線を試料上
に細く収束するための収束レンズと、該試料に高電圧を
印加するための手段と、該収束レンズと該試料との間に
設けられ、該試料への高電圧の印加に基づく荷電粒子線
の収束の乱れを補正するための補正レンズとを備えたこ
とを特徴としている。

［作用］ 荷電粒子線が照射される試料には電圧が印加され、試料
からのイオンあるいは電子のエネルギは高くされてそれ
らの収集効率の向上がはかられる。

該荷電粒子線を収束する収束レンズと試料の間には、補
正レンズが設けられ、この補正レンズに該試料への印加
電圧より低い電圧が印加される。この結果、試料近傍の
電界が緩和され、荷電粒子線は徐々に減速され、試料の
極く近傍で急速に減速されることがないため、１次荷電
粒子線の収束性が高められる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を添附図面に基づいて詳述する。

添付図面は本発明に基づくイオンマイクロアナライザを
示しており、１はイオン発生エミッタ。

２はイオン引出し電極、３は引出されたイオンを加速す
るための接地電位の加速電極であり、該エミッタ１と加
速型ｔｔｉ３との間には、加速電源４から例えば、１０
０ｋＶの電圧が印加されている。該加速されたイオンは
収束レンズ５．最終段収束レンズ（対物レンズ）６によ
って、光軸に対し４５６傾けて配置された分析試料７上
に細く収束される。

該収束レンズ５．対物レンズ６は共にアインツエル型の
静電レンズであり、該収束レンズ６には収束レンズ電源
８から電圧が印加され、該対物レンズ６には対物レンズ
電＋１ｉ９から電圧が印加されている。該試料７へのイ
オンビームの照射に基づいて発生した２次イオンは、イ
オン収集電極１０によって質量分析計１１に導かれる。

該試料７には高圧電Ｉｔ！１２から、例えば３０ｋＶの
電圧が印加されており、該試料から発生した２次イオン
は高いエネルギを有することになり、質量分析計の方向
に勢い良く進行する。該加速電極４からの加速電圧に対
応した信号と、高圧電源１２からの試＃１電圧に対応し
た信号は演算回路１３に供給され、該演算回路１３によ
ってその差電圧が求められる。

該差電圧は制御回路１４に供給されるが、該制御回路１
４は供給される差電圧に応じて収束レンズ電８！８と対
物レンズ雷？１ｉｉｉ９を制御する。尚、試料７上のイ
オンビームの照射、位置は静電偏向板１５に印加される
偏向電源１６がらの電圧に応じて変えられる。

更に、該試料７の周囲には、補正レンズを構成する２枚
の電極１７．１８が設けられている。該電極１７には電
源１２から試料７への印加電圧と等しい電圧が印加され
、又、該電極１８には該電源１２からの電圧を抵抗１９
．２０によって分割された電圧、例えば、１５ｋＶが印
加されている。

該電極１７．１８は光軸Ｏに沿って荷電粒子線の通過口
１７ａ、１８ａを有しているが、該通過口１７ａの径は
、通過口１８ａの径に比べて小さくされている。更に、
該電極１７．１８は、質Ｍ分析計１１に向う２次イオン
の光路に沿って２次イオンの通過口１７ｂ、１８ｂを有
しているが、該通過口１７ｂの径は、通過口１８ｂの径
に比べて大きくされている。

上述した如き構成において、エミッタ１から発生し、加
速電圧１００ｋＶによって加速されたイオンビームは、
収束レンズ５と対物レンズ６によって収束される。該試
料７には３０ｋＶの高電圧が印加されており、該試料へ
のイオンビームの照射に基づいて該試料から発生した２
次イオンは、勢い良く質量分析計１１の方向に進行する
ことから、効率良く該分析計内にイオンを導くことがで
きる。

ここで、加速電源４からの加速電圧に応じた信号と電源
１２からの試料電圧に応じた信号とは、演算回路１３に
供給され、両信号の差信号が求められる。該差信号は制
御回路１４に供給されるが、該制御回路内には、加速電
圧と試料電圧との間の各差電圧に応じた最適な収束レン
ズ電圧、対物レンズ電圧がテーブルの形で記憶されてお
り、該制御回路は、該供給される差信号に基づいて該チ
ープルから両レンズの電圧信号を読み出し、この電圧信
号に基づいて収束レンズ電源８と対物レンズ電源９を制
ｔｉｌｌする。その結果、該収束レンズ５と対物レンズ
６には、イオンビームの加速電圧と試料７に印加される
高電圧の値に応じた、イオンビームを該試料上に正確に
フォーカスさせ得る最適な電圧が印加される。

さて、収束レンズ５と対物レンズ６に最適な電圧が印加
されても、荷電粒子線は高電圧が印加された試料に接近
する従って急速に減速され、この減速電場にＪ：るレン
ズアクションによって収束性が損われることは前に述べ
た。そのため、この実施例では、試料７の前面に補正レ
ンズを構成する２枚の電極１７．１８を設け、該電極に
試料電圧より低い電圧を印加することによって試料近傍
の電界を緩和し、イオンビームを徐々に減速して急激な
発散を防止し、減速電場によるイオンビームの収束性の
悪化を防止している。更に、該電極１７の１次イオンビ
ーム通過ロ１７ａの径は電極１８の１次イオンビーム通
過口１８ａの径に比べて小さくされており、この１次イ
オンビーム通過口の近傍には、図中点線で示す如きすり
ばち状の電界が形成される。この結果、該１次イオンビ
ームは、試料に印加された高電圧によってレンズアクシ
ョンを受けて発散する分、該すりばち状電界によって収
束され、該イオンビームは極めて細く試料上にフォーカ
スされる。更に、該２枚の電極１７．１８の２次イオン
通過口１７ｂ、１８ｂの近傍には、該通過口１７ｂの径
が通過口１８ｂの径より大きいために、図中点線で示す
すりばち状電界が形成されることから、試料７から発生
した２次イオンは該電界によって収束され、効率良く質
量分析計１１に導かれる。

尚、上述した補正レンズを構成する電極は２枚である必
要はなく、１枚あるいは３枚以上であっても良い。又、
各電極に印加する電圧値は、上述した値に限定されず、
加速電圧や試料との間の距離等に応じて任意に変えても
良く、むしろ、イオンビームを最適にフォーカスさせる
ために、該電圧値を調整し得るように構成することは望
ましい。

更に、補正レンズの形状は図示の形状に限定されない。

例えば、２次イオンの取出し方向に、２次イオン通過口
を有した電極１７．１８を設けることは必ずしも必要で
はなく、２次イオンは試料に印加した電圧のみ、あるい
は収集電極等の補助的手段とによって分析計あるいは検
出器に導くようにしても良い。

このように、上述した実施例では、試料への高電圧の印
加にもかかわらず、試料へ正確にイオンビームをフＡ−
カスさせることができ、試料の微細部分の分析を行うこ
とができる。尚、本発明は上述し実施例に限定されるこ
となく幾多の変形が可能である。例えば、イオンを質量
分析計に導く場合を例に本発明を説明したが、２次イオ
ンをマイクロチャンネルプレートによって検出すると共
に、試料上のイオンビームの照射位置を走査し、走査イ
オン像を表示する装置に本発明を適用することができる
。又、試料にイオンを照射し、試料からの２次電子を検
出して２次電子像を表示する装置にも本発明を適用する
ことができるが、その場合、試料へは負の高電圧が印加
される。更に、走査電子顕微鏡等の電子線を電磁レンズ
によって収束するタイプの荷電粒子線装置に本発明を適
用しても良い。更に又、本発明は、単に２次イオンや２
次電子の収集効率を向上させる目的で試料に電圧を印加
する場合にのみ適用されるものではなく、各種電圧を印
加させた状態での試料の観察。

分析を行うために試料に電圧を印加する場合にも本発明
を適用することができる。

［効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば、試料への高電圧の
印加にもかかわらず、正確に試料上に荷電粒子線をフォ
ーカスさせることができる。又、２次荷電粒子線を特定
の方向に導く事が出来る。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の一実施例であるイオンマイクロアナ
ライザを示す図である。 １・・・イオン発生エミッタ ２・・・イオン引出し電極 ３・・・加速電極　　　　４・・・加速電源５・・・収
束レンズ　　　６・・・対物レンズ７・・・試料 ８・・・収束レンズ電源 ９・・・対物レンズ電源 １０・・・イオン収集電極 １１・・・質量分析計　　１２・・・高電圧電源１３・
・・演算回路　　　１４・・・制御回路１５・・・静電
偏向板　　１６・・・偏向電源１７、’１８・・・電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷電粒子源と、該荷電粒子源から発生した荷電粒
   子を加速するための加速電極と、該荷電粒子源と加速電
   極との間に高電圧を印加するための加速電源と、該加速
   された荷電粒子線を試料上に細く収束するための収束レ
   ンズと、該試料に高電圧を印加するための手段と、該収
   束レンズと該試料との間に設けられ、該試料への高電圧
   の印加に基づく荷電粒子線の収束の乱れを補正するため
   の補正レンズとを備えた荷電粒子線装置。
2. （２）該補正レンズは、荷電粒子線通過口を有した少な
   くとも２枚の電極より成り、収束レンズ側の電極の荷電
   粒子線通過口の大きさは、試料側のそれに比べて大きく
   されている特許請求の範囲第１項記載の荷電粒子線装置
   。
3. （３）該補正レンズは、該試料から発生した２次荷電粒
   子線の収束作用も兼ねている特許請求の範囲第１〜２項
   記載の荷電粒子線装置。
4. （４）該補正レンズは、２次荷電粒子線通過口を有した
   少なくとも２枚の電極より成り、試料側の電極の２次荷
   電粒子線通過口の大きさは、その外側の電極の２次荷電
   粒子線通過口の大きさに比べて大きくされている特許請
   求の範囲第３項記載の荷電粒子線装置。