JP2000338069A - 複合表面分析装置 - Google Patents
複合表面分析装置Info
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- JP2000338069A JP2000338069A JP11144320A JP14432099A JP2000338069A JP 2000338069 A JP2000338069 A JP 2000338069A JP 11144320 A JP11144320 A JP 11144320A JP 14432099 A JP14432099 A JP 14432099A JP 2000338069 A JP2000338069 A JP 2000338069A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 走査形オージェ分析装置などの表面分析装置
に容易に質量分析機能をもたせることができるようにし
た複合表面分析装置を提供する。 【解決手段】 電子線の照射された試料１から放出され
る二次電子は、シンチレータ部に正電圧が印加された本
来の二次電子検出器４により検出されるようにし、低エ
ネルギーの電子線の照射された試料１から励起脱離した
イオンは、シンチレータ部に負電極が切り換えて印加さ
れ、飛行時間形質量分析器として機能する二次電子検出
器により検出分析されるようにして、小形の複合表面分
析装置を構成する。
に容易に質量分析機能をもたせることができるようにし
た複合表面分析装置を提供する。 【解決手段】 電子線の照射された試料１から放出され
る二次電子は、シンチレータ部に正電圧が印加された本
来の二次電子検出器４により検出されるようにし、低エ
ネルギーの電子線の照射された試料１から励起脱離した
イオンは、シンチレータ部に負電極が切り換えて印加さ
れ、飛行時間形質量分析器として機能する二次電子検出
器により検出分析されるようにして、小形の複合表面分
析装置を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、オージェ分析装
置などの表面分析装置において二次電子検出器を質量分
析器としても機能させることができるようにした複合表
面分析装置に関する。
置などの表面分析装置において二次電子検出器を質量分
析器としても機能させることができるようにした複合表
面分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、複合表面分析装置としては多くの
組み合わせが提案され実用化されている。本発明におい
て対象の一つとしているオージェ分析装置に対する二次
イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）の組み合わせについて
は、走査形オージェ分析装置（ＳＡＭ）に四重極型質量
分析装置（ＭＡＳＳ）を付属させて分析する例が多い。
組み合わせが提案され実用化されている。本発明におい
て対象の一つとしているオージェ分析装置に対する二次
イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）の組み合わせについて
は、走査形オージェ分析装置（ＳＡＭ）に四重極型質量
分析装置（ＭＡＳＳ）を付属させて分析する例が多い。
【０００３】二次イオン質量分析装置の場合、二次イオ
ンの励起法により装置の種類が異なるために、装置の名
称が異なる。例えば、励起源として走査形オージェ分析
装置に付属のアルゴンイオン銃を用い、二次イオンを発
生させてイオンの質量分析を行う場合は、その時のイオ
ンドーズ量によりスタテック二次イオン質量分析装置、
又はダイナミック二次イオン質量分析装置に分類され
る。更に、その目的に対応して質量分析装置のタイプが
異なる。すなわち、スタテック二次イオン質量分析装置
では飛行時間形質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＡＳＳ）を用
い、ダイナミック二次イオン質量分析装置では四重極質
量分析装置（Ｑ−ＭＡＳＳ）を利用している。
ンの励起法により装置の種類が異なるために、装置の名
称が異なる。例えば、励起源として走査形オージェ分析
装置に付属のアルゴンイオン銃を用い、二次イオンを発
生させてイオンの質量分析を行う場合は、その時のイオ
ンドーズ量によりスタテック二次イオン質量分析装置、
又はダイナミック二次イオン質量分析装置に分類され
る。更に、その目的に対応して質量分析装置のタイプが
異なる。すなわち、スタテック二次イオン質量分析装置
では飛行時間形質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＡＳＳ）を用
い、ダイナミック二次イオン質量分析装置では四重極質
量分析装置（Ｑ−ＭＡＳＳ）を利用している。
【０００４】また、イオン質量分析装置としては、試料
表面吸着元素を電子ビームで励起して表面から離脱させ
る電子線励起離脱法（ＥＤＳ）により、表面吸着元素を
検出するものがあり、この場合も質量分析装置としては
飛行時間形質量分析装置を利用している。
表面吸着元素を電子ビームで励起して表面から離脱させ
る電子線励起離脱法（ＥＤＳ）により、表面吸着元素を
検出するものがあり、この場合も質量分析装置としては
飛行時間形質量分析装置を利用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、走査形オー
ジェ分析装置に対して二次イオン質量分析装置又は電子
線励起離脱法を用いたイオン質量分析装置を付属させて
複合化する場合は、それらの付属される質量分析装置は
小形であることが走査形オージェ分析装置への組み込み
上必要である。しかしながら、従来の走査形オージェ分
析装置に付属される上記質量分析装置は大形であり、そ
のため組み込みが困難であり、走査形オージェ分析装置
の超高真空を保持するための排気に問題が生じる。また
大形であるため装置の荷重バランスがくずれて、振動特
性が変化するなどの問題がある。
ジェ分析装置に対して二次イオン質量分析装置又は電子
線励起離脱法を用いたイオン質量分析装置を付属させて
複合化する場合は、それらの付属される質量分析装置は
小形であることが走査形オージェ分析装置への組み込み
上必要である。しかしながら、従来の走査形オージェ分
析装置に付属される上記質量分析装置は大形であり、そ
のため組み込みが困難であり、走査形オージェ分析装置
の超高真空を保持するための排気に問題が生じる。また
大形であるため装置の荷重バランスがくずれて、振動特
性が変化するなどの問題がある。
【０００６】本発明は、走査型オージェ分析装置に対し
て質量分析装置を組み込み複合化する場合における上記
問題点を解消するためになされたもので、走査型オージ
ェ分析装置などの表面分析装置に容易に質量分析機能を
もたせることができるようにした複合表面分析装置を提
供することを目的とする。
て質量分析装置を組み込み複合化する場合における上記
問題点を解消するためになされたもので、走査型オージ
ェ分析装置などの表面分析装置に容易に質量分析機能を
もたせることができるようにした複合表面分析装置を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明は、二次電子検出器を備えた表面分析装置に
おいて、前記二次電子検出器を構成するシンチレータ部
への印加電圧の極性を切り換え可能に構成し、試料から
放出される二次電子の検出と質量分析とを切り換えて行
えるようにして複合表面分析装置を構成するものであ
る。
め、本発明は、二次電子検出器を備えた表面分析装置に
おいて、前記二次電子検出器を構成するシンチレータ部
への印加電圧の極性を切り換え可能に構成し、試料から
放出される二次電子の検出と質量分析とを切り換えて行
えるようにして複合表面分析装置を構成するものであ
る。
【０００８】このように表面分析装置に付属されている
二次電子検出器への印加電圧の極性を切り換えて、質量
分析を行えるようにしているので、簡単な構成で質量分
析機能を備えた複合表面分析装置を実現することができ
る。
二次電子検出器への印加電圧の極性を切り換えて、質量
分析を行えるようにしているので、簡単な構成で質量分
析機能を備えた複合表面分析装置を実現することができ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は、本発明に係る複合表面分析装置の実施の形
態を示す概略構成図である。図１において、１は光軸上
に配置された試料で、該試料１は図示していない試料ホ
ルダ上に載置されていて、バイアス電源２によりバイア
ス電位が与えられている。試料１に対向して光軸上に電
子銃３が配置されており、該電子銃３には図示しない電
子線発生源、パルスビーム発生用電極、集束レンズ、ビ
ーム走査電極等を備えている。また試料１に対向して二
次電子検出器４が配置されており、切り換え手段５によ
り極性の異なる電圧が印加されるようになっており、試
料１より放出される二次電子あるいは試料表面より離脱
するイオンを検出するようになっている。そして、試料
１が配置されている分析室６は、図示しない排気装置に
より約10-10Torr の超高真空に排気されている。７は電
子銃３の電子線発生源を駆動する電子銃電源、８はビー
ム走査電極駆動用のビーム走査部、９はパルスビーム発
生用電極を制御するパルサー、10は二次電子検出器４の
検出信号を処理する信号検出系、11は信号検出系10の出
力信号を入力とするマルチチャンネルアナライザ、12は
マルチチャンネルアナライザ11の出力を表示する像観察
装置である。
る。図１は、本発明に係る複合表面分析装置の実施の形
態を示す概略構成図である。図１において、１は光軸上
に配置された試料で、該試料１は図示していない試料ホ
ルダ上に載置されていて、バイアス電源２によりバイア
ス電位が与えられている。試料１に対向して光軸上に電
子銃３が配置されており、該電子銃３には図示しない電
子線発生源、パルスビーム発生用電極、集束レンズ、ビ
ーム走査電極等を備えている。また試料１に対向して二
次電子検出器４が配置されており、切り換え手段５によ
り極性の異なる電圧が印加されるようになっており、試
料１より放出される二次電子あるいは試料表面より離脱
するイオンを検出するようになっている。そして、試料
１が配置されている分析室６は、図示しない排気装置に
より約10-10Torr の超高真空に排気されている。７は電
子銃３の電子線発生源を駆動する電子銃電源、８はビー
ム走査電極駆動用のビーム走査部、９はパルスビーム発
生用電極を制御するパルサー、10は二次電子検出器４の
検出信号を処理する信号検出系、11は信号検出系10の出
力信号を入力とするマルチチャンネルアナライザ、12は
マルチチャンネルアナライザ11の出力を表示する像観察
装置である。
【００１０】次に、このように構成されている複合表面
分析装置の動作について説明する。まず、上記実施の形
態において備えている二次電子検出器４の本来の動作、
すなわち試料から発生した二次電子の検出動作について
説明する。この本来の動作をさせる場合は、二次電子検
出器４のシンチレータ部には切り換え手段５を介して＋
10ｋＶの電圧を印加し、試料から発生した二次電子を加
速してシンチレータ部に入射させる。シンチレータ部へ
の二次電子の入射によりシンチレータ面が発光し、その
光はライトガイドを通してホトマルチプライヤで検出さ
れる。このようにして、この二次電子検出器４は本来の
二次電子線の検出動作を行う。
分析装置の動作について説明する。まず、上記実施の形
態において備えている二次電子検出器４の本来の動作、
すなわち試料から発生した二次電子の検出動作について
説明する。この本来の動作をさせる場合は、二次電子検
出器４のシンチレータ部には切り換え手段５を介して＋
10ｋＶの電圧を印加し、試料から発生した二次電子を加
速してシンチレータ部に入射させる。シンチレータ部へ
の二次電子の入射によりシンチレータ面が発光し、その
光はライトガイドを通してホトマルチプライヤで検出さ
れる。このようにして、この二次電子検出器４は本来の
二次電子線の検出動作を行う。
【００１１】本発明においては、この基本的に同じ構成
の二次電子検出器４を用いて、電気系を変更するだけで
質量分析装置として機能させるようにしている。そし
て、この場合の質量分析装置は、飛行時間形の質量分析
装置として機能させるようにしている。すなわち、二次
電子検出器４のシンチレータ部には−10ｋＶを印加し、
本来の二次電子検出器として動作させる場合とは、極性
を反転した高電圧を印加するようにしている。
の二次電子検出器４を用いて、電気系を変更するだけで
質量分析装置として機能させるようにしている。そし
て、この場合の質量分析装置は、飛行時間形の質量分析
装置として機能させるようにしている。すなわち、二次
電子検出器４のシンチレータ部には−10ｋＶを印加し、
本来の二次電子検出器として動作させる場合とは、極性
を反転した高電圧を印加するようにしている。
【００１２】イオン検出において、微小なイオン検出の
場合は、微弱なパルス信号を検出しなければならなくな
るが、図２に示すように二次電子検出器４を構成するシ
ンチレータ部の前段に、マイクロチャンネルプレート
（ＭＣＰ）21を設置して、マイクロチャンネルプレート
21に入射した信号を増幅したのちシンチレータ部に入射
させ、微小量のイオンを検出できるように構成する。な
お、図２において、21はマルチチャンネルプレート、22
は蛍光材、23はシンチレータ電極、24はライトガイド、
25は分析室窓、26はフォトマルチプライヤであり、この
マルチチャンネルプレート21を前段に配置した構成は、
二次電子検出器４を本来の二次電子検出に用いる場合
も、そのまま使用することができる。また、電子検出及
びイオン検出時は、マルチチャンネルプレートの高電圧
の極性を切り換えて用いるようにする。
場合は、微弱なパルス信号を検出しなければならなくな
るが、図２に示すように二次電子検出器４を構成するシ
ンチレータ部の前段に、マイクロチャンネルプレート
（ＭＣＰ）21を設置して、マイクロチャンネルプレート
21に入射した信号を増幅したのちシンチレータ部に入射
させ、微小量のイオンを検出できるように構成する。な
お、図２において、21はマルチチャンネルプレート、22
は蛍光材、23はシンチレータ電極、24はライトガイド、
25は分析室窓、26はフォトマルチプライヤであり、この
マルチチャンネルプレート21を前段に配置した構成は、
二次電子検出器４を本来の二次電子検出に用いる場合
も、そのまま使用することができる。また、電子検出及
びイオン検出時は、マルチチャンネルプレートの高電圧
の極性を切り換えて用いるようにする。
【００１３】次に、二次電子検出器を質量分析装置とし
て利用する場合の動作について説明する。パルサー９の
制御により電子銃３よりパルス化した低エネルギー（数
百ｅＶ，数ｎＡ）の電子ビームの１パルスを試料１に照
射すると、電子線との相互作用により試料表面の結合原
子同士が反結合状態に励起され、クーロン反発力により
原子がイオンとして試料から脱離する。このイオンを飛
行時間形の質量分析装置として機能させている二次電子
検出器４で質量分析することにより、試料表面の結合原
子を測定することができる。
て利用する場合の動作について説明する。パルサー９の
制御により電子銃３よりパルス化した低エネルギー（数
百ｅＶ，数ｎＡ）の電子ビームの１パルスを試料１に照
射すると、電子線との相互作用により試料表面の結合原
子同士が反結合状態に励起され、クーロン反発力により
原子がイオンとして試料から脱離する。このイオンを飛
行時間形の質量分析装置として機能させている二次電子
検出器４で質量分析することにより、試料表面の結合原
子を測定することができる。
【００１４】次に、上記飛行時間形の質量分析動作につ
いて更に詳細に説明する。上記のように、パルス化した
電子ビームの１パルスを試料１に照射すると、励起の瞬
間からイオンが放出されるが、質量分析装置として機能
する二次電子検出器４までのイオンの飛行時間ｔは、次
式（１）で表される。 ｔ＝Ｌ〔ｍ／｛２ｑ（Ｅk ＋Ｖs ）｝〕1/2 ・・・・・・・・・・（１） ここで、Ｌは試料面から二次電子検出器４までの飛行距
離、ｑはイオンの電荷、ｍはイオンの質量、Ｅk はイオ
ンの運動エネルギー、Ｖs は試料バイアスである。そし
て、飛行時間ｔを計測しながら二次電子検出器の出力を
検出することにより、試料から放出されるイオンの質量
を求めることができる。
いて更に詳細に説明する。上記のように、パルス化した
電子ビームの１パルスを試料１に照射すると、励起の瞬
間からイオンが放出されるが、質量分析装置として機能
する二次電子検出器４までのイオンの飛行時間ｔは、次
式（１）で表される。 ｔ＝Ｌ〔ｍ／｛２ｑ（Ｅk ＋Ｖs ）｝〕1/2 ・・・・・・・・・・（１） ここで、Ｌは試料面から二次電子検出器４までの飛行距
離、ｑはイオンの電荷、ｍはイオンの質量、Ｅk はイオ
ンの運動エネルギー、Ｖs は試料バイアスである。そし
て、飛行時間ｔを計測しながら二次電子検出器の出力を
検出することにより、試料から放出されるイオンの質量
を求めることができる。
【００１５】また、電子励起イオン離脱法を用いた飛行
時間形質量分析装置は、質量数の小さい水素（プロト
ン）から軽元素までの観察を目的としているので、飛行
距離Ｌは小さくてよく、したがって装置を小形にでき
る。すなわち、試料から検出器までの距離（Ｌ）は 150
〜200mm 程度で、この質量分析目的が達成できる。した
がって、本来の二次電子検出器と同じ配置位置にして、
これを質量分析装置として利用することができる。
時間形質量分析装置は、質量数の小さい水素（プロト
ン）から軽元素までの観察を目的としているので、飛行
距離Ｌは小さくてよく、したがって装置を小形にでき
る。すなわち、試料から検出器までの距離（Ｌ）は 150
〜200mm 程度で、この質量分析目的が達成できる。した
がって、本来の二次電子検出器と同じ配置位置にして、
これを質量分析装置として利用することができる。
【００１６】上記のように、二次電子検出器を飛行時間
形検出方法を用いたイオン質量分析装置として機能させ
ることにより、１パルスの電子ビームの照射によって１
スペクトルが測定できるため、非常に高速で測定が可能
であり、したがって信号強度が弱い場合には、数百パル
スによるスペクトルの積算を行えば感度を向上させるこ
とができる。例えば、１パルスとして 100nsecならば、
100回の積算でも測定時間はせいぜい10μｓ程度であ
り、短時間で測定を行うことができる。
形検出方法を用いたイオン質量分析装置として機能させ
ることにより、１パルスの電子ビームの照射によって１
スペクトルが測定できるため、非常に高速で測定が可能
であり、したがって信号強度が弱い場合には、数百パル
スによるスペクトルの積算を行えば感度を向上させるこ
とができる。例えば、１パルスとして 100nsecならば、
100回の積算でも測定時間はせいぜい10μｓ程度であ
り、短時間で測定を行うことができる。
【００１７】このようにして、水素（プロトン）を検出
することができるため、次に電子ビームを試料表面上を
走査させることにより、各点でのイオンスペクトルが高
速で測定することができる。また、水素に対応する飛行
時間のイオンの強度を電子ビームの走査に同期させて信
号化することにより、プロトン像を観察することができ
る。例えば、 200×200 画素のプロトン像の場合、各点
において 100回の積算を用いるとして、１画像の測定時
間は0.4s程度と非常に高速で画像の観察が出来るため、
試料からプロトンが脱離又は拡散していく状況を動的に
観察することも可能である。
することができるため、次に電子ビームを試料表面上を
走査させることにより、各点でのイオンスペクトルが高
速で測定することができる。また、水素に対応する飛行
時間のイオンの強度を電子ビームの走査に同期させて信
号化することにより、プロトン像を観察することができ
る。例えば、 200×200 画素のプロトン像の場合、各点
において 100回の積算を用いるとして、１画像の測定時
間は0.4s程度と非常に高速で画像の観察が出来るため、
試料からプロトンが脱離又は拡散していく状況を動的に
観察することも可能である。
【００１８】
【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、電子線を利用した表面分析装置に
用いられている二次電子検出器の印加電圧の極性を切り
換えて、飛行時間形質量分析装置としての機能をもたせ
るように構成しているので、別個に飛行時間形二次イオ
ン質量分析装置や四重極質量分析装置などを追加配置せ
ずに、二次電子検出機能とイオン質量検出機能を合わせ
もつ小形の複合表面分析装置を実現することができる。
に、本発明によれば、電子線を利用した表面分析装置に
用いられている二次電子検出器の印加電圧の極性を切り
換えて、飛行時間形質量分析装置としての機能をもたせ
るように構成しているので、別個に飛行時間形二次イオ
ン質量分析装置や四重極質量分析装置などを追加配置せ
ずに、二次電子検出機能とイオン質量検出機能を合わせ
もつ小形の複合表面分析装置を実現することができる。
【図１】本発明に係る複合表面分析装置の実施の形態を
示す概略構成図である。
示す概略構成図である。
【図２】図１に示した実施の形態におけるマイクロチャ
ンネルプレートを備えた二次電子検出器の構成を示す概
略図である。
ンネルプレートを備えた二次電子検出器の構成を示す概
略図である。
１ 試料 ２ バイアス電源 ３ 電子銃 ４ 二次電子検出器 ５ 印加電圧切り換え手段 ６ 分析室 ７ 電子銃電源 ８ ビーム走査部 ９ パルサー 10 信号検出系 11 マルチチャンネルアナライザ 12 像観察装置 21 マルチチャンネルプレート 22 蛍光材 23 シンチレータ電極 24 ライドガイド 25 分析室窓 26 フォトマルチプライヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 49/40 Ｈ０１Ｊ 49/40
Claims (1)
- 【請求項１】 二次電子検出器を備えた表面分析装置に
おいて、前記二次電子検出器を構成するシンチレータ部
への印加電圧の極性を切り換え可能に構成し、試料から
放出される二次電子の検出と質量分析とを切り換えて行
えるようにしたことを特徴とする複合表面分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144320A JP2000338069A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 複合表面分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11144320A JP2000338069A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 複合表面分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000338069A true JP2000338069A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15359361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11144320A Withdrawn JP2000338069A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 複合表面分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000338069A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005340224A (ja) * | 2004-05-17 | 2005-12-08 | Burle Technologies Inc | 同軸バイポーラ飛行時間型質量分析計用検知器 |
| JP2005351887A (ja) * | 2004-04-29 | 2005-12-22 | Burle Technologies Inc | バイポーラ型飛行時間質量分析計用のディテクター |
-
1999
- 1999-05-25 JP JP11144320A patent/JP2000338069A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005351887A (ja) * | 2004-04-29 | 2005-12-22 | Burle Technologies Inc | バイポーラ型飛行時間質量分析計用のディテクター |
| JP2005340224A (ja) * | 2004-05-17 | 2005-12-08 | Burle Technologies Inc | 同軸バイポーラ飛行時間型質量分析計用検知器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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