JPH01309247A - 連続走査による飛行時間差型分析方法及び該方法の実施装置 - 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】 １１へ１１ 本発明は、固体試料から遊離した粒子の飛行時間差分離
に基づく固体試料の分析方法に係る０本発明はまた該方
法の実施装置に係る。飛行時間差分析は、質量分析法に
特に適しているが、同一質量をもつ粒子のエネルギ分析
にも使用できる。

スパッターされた粒子の飛行時間差分析方法は、一固体
試料の表面を一次粒子と指称される粒子のビームで走査
して所謂二次粒子を試料から遊離させ、 一遊離中及びまたは遊離後の二次粒子をイオンイヒしく
ある程度の二次粒子はスパッタリングプロセス中にイオ
ン化されている）、 一前記二次粒子を電界によって加速し、−二次粒子ビー
ムを形成し、異なる速度をもつ二次粒子が実質的に異な
る飛行時間をもつように十分な飛程にわたって二次粒子
ビームを移動させ、−夫々の飛行時間の差に基づいて二
次粒子を分離するステップを含む。

従」Ｕ支止− 試料は異なる複数の点で順次分析されるので、試料の所
与の点から遊離された最大速度の粒子はより早い時点に
試料の別の点から遊離された最小速度の粒子に追い付く
傾向がある。異なる出発点及び異なる飛行時間をもつ粒
子が時間の経過に伴ってオーバーラツプすることを阻止
するなめに、公知の方法では、一次粒子ビームまたは二
次粒子ビームをパルスによって断続させることによって
時間的選択を行なう、この公知方法の欠点は、分析時間
が延長され、またいずれか一方のビームを断続させるた
めに複雑な装置を要することである。

公知の別の方法では、一次粒子の連続ビームを使用し、
二次粒子の抽出及び加速に使用される電界をパルスとし
て断続させる。一次粒子の連続ビームを使用し二次粒子
流を連続的に測定しないすべての公知方法の欠点は、一
次粒子ビームが試料を連続的に侵食するにもかかわらず
不連続時点でしか測定値が得られないため情報の欠落が
生じることである。従ってこのような方法は連続測定方
法よりも分析感度が低い。

連続測定値が得られる質量分析またはエネルギ分析方法
もいくつか公知である。これらの方法では、試料の種々
の点から放出された二次粒子を分離するために時間的選
択に代替して幾何字形選択を使用することによって高分
解能を達成する。これらの方法では例えば、異なる質量
をもつ二次粒子を磁場によって分散させる。しかしなが
ら、これらの方法は概して、複雑で高価な装置を必要と
するので極めて高い分解能が要求される場合以外は採算
が合わない、また、四重極質量分析器のごときより簡単
な装置を使用して連続測定及び幾何学分離を行なう分析
方法も公知である。これらの装置は廉価であるため低い
分解能で十分な場合に使用されるが、感度が低いという
欠点をもつ０例えば、これらの装置は低エネルギ二次粒
子にしか作用できない、そのため、二次粒子の収集加速
電界が減る。その結果、収集効率が低く感度も低い。

更に、最新の分析装πでは、例えば鉱物学または冶金学
で１■粒を観察するため、あるいはマイクロエレクトロ
ニック素子で打ち込みを観察するために分析中の試料の
像を表示できることが要求されている。

従って本発明の目的は、廉価な装置で実施できまた分析
試料の像を表示するために使用できる連続的飛行時間差
型分析方法を提供することである。

１１匹１１ 本発明方法は、二次粒子の飛行時間選択と幾何学的選択
とを組み合わせた方法である。方法は簡単な装置によっ
て実施できしかも多数の用途に十分な分解能を与え得る
。方法は更に、分析試料の像を表示し得る０本発明方法
を従来の分散装置に付加すると、高分解能が要求される
用途において分解能の向上が得られる。また本発明方法
の変形によって、異なる飛行時間をもつ二次粒子に夫々
対応する複数の像を同時に表示し、また異なる飛行時間
をもつ二次粒子流を同時に測定することも可能である。

この変形の特にｍ著な利点は、分析時間が短縮され試料
の消費量が減ることである。

本発明によれば、 一分析すべき固体試料の表面を一次粒子と指称される粒
子のビームで周期的に走査して試料から所謂二次粒子を
遊離させ、 −すでにイオン化した粒子をある程度含む前記二次粒子
をイオン化し、 一前記二次粒子を電界によって加速し、−二次粒子ビー
ムを形成し、異なるエネルギレベルまたは異なる質量を
もつ二次粒子が実質的に異なる飛行時間をもつように十
分な飛程にわたって前記二次粒子ビームを移動させ、 一二次粒子の飛行時間の差に基づいて二次粒子を分前す
るステップを含む飛行時間差型分析方法が提供される０
本発明方法の特徴は、試料から二次粒子を遊離せしめる
一次粒子に予め与えた偏向に対して一定の位相差をもつ
周期的時点に、二次粒子の放出点に従って変動する角度
で二次粒子ビームを（腐肉させることにより、二次粒子
が放出された試料の場所にかかわりなく所与の飛行時間
をもつ二次粒子を所定方向に案内することによって前記
分離を行なうことである。

従って本発明方法によれば飛行時間に基づいてフィルタ
された試料の像を得ることが可能である。

１肘え 第１図は、二次粒子を出発点及び飛行時間に従って分離
するために使用され得る本発明方法の説明図である。一
次粒子ビーム１はソース２によって投射され試Ｆ１３の
表面を走査する４時点Ｌ０に固体試料３の表面の点への
みから二次粒子４が遊離されると想定する。これらの二
次粒子のある程度はイオン化されており電荷ｑをもつ、
イオン化された二次粒子は、試料３の表面に印加された
電界からエネルギＥｏを受容して加速される。二次粒子
の各々はその質量及びエネルギに応じた速度をもつ、こ
のエネルギは粒子の電荷ｑ及び加速電界に依存する０点
＾で３ａ離された粒子はビーム４を形成する。

考察中の空間の点は正規直交座標系ｏｘｙｚで指示され
る。０は試料３の表面の中心点であり、軸。２は該表面
に垂直であり軸ｏｙ及びＯＸは該表面に平行である。

単向性集束デバイス５がビーム４を偏向させ、試料の表
面上の点へに位置にかかわりなくビーム４を軸ｏｚ内の
定点Ｃに案内する。所与の点＾に関するビーム４はｏｚ
に対して角度θを泊成しながらＣに到達する。各二次粒
子が局）らＣに到達するまでの飛行時間はこれらの粒子
の速度に依存する。従って、総ての粒子が時点Ｌ０に八
から出発したにもかかわらず同時にＣには到着しない８
点Ｃに光学中心をもつ偏向デバイス６は、ビーム４を角
度αだけ偏向させる。αは時間の関数として変化する０
時点ｔｏ十ｔｖに点へに対応する角度αの値をθとする
と、該時点に点Ｃに到達した粒子は軸ｏｚに案内される
。

該時点以前または以後にＣにに’ｌ達した粒子は夫々、
θとは異なる角度θ°及びθ″だけ偏向される。θ″及
びθ”の夫々の値は走査方向に依存する０選択デバ・イ
ス７は軸ｏｚ内に点状人力りをもつ、従って軸ｏｚに案
内された粒子だけが選択デバイス７の開孔りを通過し、
検出デバイス８によって収集される。

検出デバイス８は収集された電荷に比例する電流を与え
る。従って収集された粒子は、時点ｔ、＋Ｌｖにおける
偏向角度がθに等しいような飛行時Ｉ′８′ＩＬｖをも
つ粒子である。

時点ｔ０に点へから放出され所与の飛行時間ｔｖをもつ
二次粒子をデテクタ８で収集するためには、デバイス６
が時点【。＋ｔｖにビーム４を角度θに等しい角度αだ
け偏向させる必要がある。角度θは試料の表面の点への
位置（ｘ、ｙ）の関数である。従ってこのデバイス６は
、デテクタ８によって収集される二次粒子の飛行時間及
び出発点を選択し得る。一次粒子のソース２はビーム１
の偏向によって試料３の表面を周期的に走査する。従っ
て、点への位置は時間に伴って変化し、偏向デバイス６
に入るときにビーム４が軸ｏｚに対して成す角度θは時
間の関数として変化する。

本発明方法では主として、 一一次粒子ビーム１の偏向周期と同じ周期をもつ周期的
時間の関数として可変な角度αだけ二次粒子ビーム４を
偏向させ、試料３から二次粒子を遊離せしめた一次粒子
の偏向時点に対して一定の位相差をもつ周期的時点に、
所与の飛行時間をもつ二次粒子を偏向し、偏向された二
次粒子を試料３における出発点にかかわりなく所定方向
ｏｚに案内し、−所定方向ｏｚに沿って移動する二次粒
子４を選択し、 一前記のごとく選択された二次粒子流４を測定するステ
ップから成り、この二次粒子流が分析試料３の表面にお
ける所与の飛行時間をもつ粒子の分布を示す。

第２図は、本発明方法を実施する分析装置の第１具体例
を示す、この第１具体例は、軸０２に対して傾斜した一
次粒子ビーム１を与えるソース２を含む、該ソース２は
、イオンソース２１と光学デバイス２２と偏向デバイス
２４とを含む、デバイス２２は買旦分析器から構成され
てもよい、デバイス２４は、偏向信号発生器１２の出力
に接続された２対の静電偏向板をもつ、単向性集束デバ
イス５は静電レンズから成る。選択デバイス７は開孔り
をもつダイヤフラムであり、該開孔の背後にデテクタ８
が配置されている０分析装置の出力端子！４はデテクタ
８の出力に接続され、デテクタ８は各時点に受信した二
次粒子流の測定信号を出力端子１４に与える。

偏向デバイス６は２対の静電偏向板から形成されている
。垂直な２方向ｏｘ及びｏｙに沿って試料３を走査でき
るように偏向板２４は２つずつ１組で互いに垂直に配置
されており、偏向板８も全＜１；１ａ！に２つずつ１組
で互いに垂直に配置されている。

偏向板６は偏向信号発生器１０の出力に接続されている
。この偏向信号発生器１０は信号発生器１２から受信し
た信号によって同期される。後者の信号は調整自在な遅
延をもつデバイス１１によって伝送サレる。試料３の像
を再生するためにブラウン管１３が使用される。管１３
の電子ビームの強度をＯ２方向に案内された二次粒子流
の測定値に基づいて変調するために、管１３のｆｌ；Ｉ
Ｉ　ｆｉｊゲートはデテクタ８の出力に接続されている
。管１３の画面を走査するために、管１３の偏向手段は
信号発生器１０の出力に接続されている。この走査は二
次粒子ビームに与えられた偏向とホモローグであり、デ
テクタ８によって与えられる測定信号と同期する。

リング状電極９は試料３の表面から遊離されたイオン化
二次粒子を抽出及び加速する電界を印加し得る。第２図
において、斜線領域は試料３の表面でセグメン１−ＪＫ
を走査するための一次ビーム１のシフトを示す。

第３図は１扁向デバイス６の構造の詳細図である。

このデバイスは、夫々が電位−ＶＳ、、＋ＶＳ、、−Ｖ
Ｓ、、＋ＶＳ２に印加される４つのプレート１１〜１４
をもつ。

プレー１−１１．１２はｏｙ力方向ｆａ向、プレート１
３Ｊ４はｏ×方向の偏向を生起する。これらのプレート
は偏向デバイス６の光学中心Ｃに関して対称配置されて
いる。第３図はまた、被分析試料の方形表面Ｆ（：ＩＩ
Ｉの各頂点に対応するビーム４を偏向させる電位ｖＳ２
の値と電位ｖＳ１の値とを示す２つのグラフを示す。

従って第３図は、所与の時点に二次粒子ビーム４を放出
した点への位ｔｘｙとプレートの電位との関係を示す、
平面ｚｏｘにおける偏向角度αは電位■Ｓ２の関数とし
て式、 〔式中、ｄはプレート１３と１４との間の距離、ｌはこ
れらのプレートのｏｚに沿った長さ〕 で示される。

平面ｙｏｚにおける偏向角度は電・位ｖＳ、の関数とし
て同様の式で示される。

第４図は、試料の表面のセグメンＩ−ＪＫの末端にで道
順された二次粒子の進路及び偏向デバイス６による偏向
の効果を示す、電極９は、試Ｆ１３（７）セクメントＪ
Ｋの虚像Ｊ’　Ｋ’を与える。この虚像Ｊ’に’ハ虚照
射ひとみＳＴによって照射される。レンズ５は像Ｊ’　
Ｋ’及び照射ひとみＳＴの実ｆｆ１Ｊ″Ｋ”及びＳ’　
Ｔ’を夫々与える。Ｗ向デバイス６は点に′から発した
ビームを選択ダイヤフラム７の開孔Ｄｉこ向がって偏向
する。

第４図は、走査デバイス６の光学中心Ｃを照射ひとみの
実像Ｓ’　Ｔ’に配置するのが有利であることを示す、
その理由は、−成粒子ビーム１がＪからＫまで走査中に
像Ｓ’　Ｔ’が一定に維持されているがらである。また
、選択ダイヤフラム７を試料の表面の実像Ｊ’　Ｋ’の
平面内に配置するのが有利であることを示す、その理由
は、点ｙの像の寸法が最小になるのでＲ３ｔｉの選択が
得られるからである。

時点１ｏに偏向デバイス２４の光学中心Ｃに案内された
一次粒子は、点ＪとＫとの間のビーム１の衝突点にかか
わりなく実質的に等しい飛行時間ｔｐで時点ｔ゛。＋ｔ
ｐに試料３の表面に到達する。これらの−成粒子によっ
て遊離された二次粒子は、試料３の表面から偏向デバイ
ス６の光学中心Ｃまで飛行時間ｔｖで到達する。従って
これらの二次粒子は、時点Ｌ°。＋ｔｐ＋Ｌｖに点Ｃに
到達する。飛行時間Ｌｖは点ＪとＫとの間のビーム１の
衝突点にかかわりなく実質的に等しいや該飛行時間は、
試料３から遊離された二次粒子のエネルギ及び質量にの
み依存する。

これらの二次粒子がデバイス６によって軸ｏｚに戻され
るためには、時点ｔ′。＋ｔｐ＋　ｔｖにデバイス６が
時点ｔ゛。＋ｔｐにおけるビーム１の衝突点の位置に対
応する角度だけ二次粒子を偏向させる必要がある。試料
３の表面は、偏向プレート２４に印加された電位差によ
って制御されるビーム１によって所定軌跡で走査される
。偏向信号発生器１２は２対のプレート２４に周期的電
位±ｖＰｌ及び±ｖＰ２を夫々与える。該電位は時間の
関数であり、この具体例においてはフレーム走査及び線
走査を行なうために三角形である。信号発生器１０は偏
向デバイス６の２対のプレートに電位±ｖＳｌ及び士Ｖ
Ｓ２を夫々与える。

電位上ＶＳ＋と±ｖＰ、及び±ｖＳ２と±ｖＰ２は夫々
同じ周波数をも延時間ｔｐ＋ｔｖに対応する位相差をも
つ・第５図は軸ｏｙに沿った偏向に対応する電位ｖＰ１
及びｖＳｌのグラフを示す、軸ｏｘに沿った偏向に対応
する電位Ｖｌ’を及びＶＳｚも同様のグラフを示すが異
なる周波数をもつ、後者のグラフは図示しない。

電位■Ｐ１及びｖＳｌのグラフは、同じ周期をもつが一
定の遅延だけシフトシている。３！！延を値Ｌｐ＋ｔｖ
にｔＪ！２Ｅすることによって所与の飛行時間ｔｖをも
つ二次粒子を選択することが可能である。

偏向信号発生器１０及び１２の構造は当業者の知識の範
囲であるから詳細には説明しない。

第６図は本発明方法を実施する分析装置の第２具体例の
概略図である。この具体例においては一次粒子ビームの
偏向と二次粒子ビームの偏向とが共通手段で行なわれる
。しかしながら、−成粒子と二次粒子とが同時に偏向手
段を通過しないので、−成粒子に与えられた偏向と該−
成粒子によって遊離された二次粒子に与えられた偏向と
の間に位相差が存在する。

この具体例は一次粒子と二次粒子とが反対電荷をもつと
きに限って使用できる。この具体例の一次ビームソース
２°は、イオンソース３１と、質量分析器から成り得る
光学デバイス３２と、二次粒子の偏向にも使用される偏
向デバイス６゛とから形成されている。この具体例は更
に、例えば電子レンズから形成される単向性集束デバイ
ス５”と、試料３゜から遊離されたイオン化二次粒子を
抽出及び加速すべく電界を印加するリング状電極９°と
を３む。

粒子選択デバイス７′は、点状開孔Ｔ′をもつダイヤフ
ラムから形成されている。デテクタ８°はダイヤフラム
７°を通過した粒子を収集し分析装置の出力端子１４′
に測定信号を与える。

これらの素子の位置は正月直交座標系ｏｘｙｚで指示さ
れる０点Ｏは試料３″の表面の中心に位置し、軸０２は
この表面に垂直であり、軸。×及びＯｙはこの表面に平
行である。イオンソース３１及び光学デバイス３２の光
学軸は、軸ｏｚに対して角度θ１を形成し偏向デバイス
６′の光学中心Ｃ゛と位置合わせされる。ダイヤフラム
７′の開孔Ｄ°の光学軸とデテクタ８゛の光学軸とは、
軸ｏｚに対して角度θ２を形成しつつ点Ｃ′を通る。レ
ンズ５′の光学軸は軸ＯＺと一致しやはり中心Ｃ′を通
る。

調整自在な周波数をもつ偏向信号発生器１０′は、フレ
ーム走査及び線走査を夫々行なうために偏向デバイス６
゛に電位±ｖｌ及び±ｖ２を夫々与える。デバイス６″
は例えば、直交する２対のプレートから形成される。所
与の時点ｔ０”に点Ｃ′に到達する一次粒子ビーム１′
は、デバイス６°によってソース３１及び光学デバイス
３２の光学軸に対して角度θｐだけ偏向される。該ビー
ムは次に、レンズ５°によって軸ｏｚに接近する方向に
案内される。同じ時点ｔ０“に二次粒子はデバイス６゛
によってＣ’　Ｄ’の方向に偏向される。従って該二次
粒子はダイヤフラム１°を通過しデテクタ８°によって
検出される。

角度θ１とθ２とが等しい値になるようにデバイスが構
成されているとき、デバイス６゛を離れる一次粒子の方
向と軸ｏｚに関して対称な方向から到着し一次粒子と反
対の電荷をもつ二次粒子をデテクタ８′で受信すること
が可能である。

時点Ｌ０”に中心Ｃ°を通る一次粒子は、もつと後の時
点ｔ０”十ｔｐに試料３′の表面の点しに衝突する。

ｔｐは点Ｃ゛とＬとの間の一次粒子の飛行時間である。

時点Ｌ０”に中心Ｃ°に到達する二次粒子はもつと早い
時点ｔ０”−ｔｓに試料３°の表面の点Ｈから遊離され
た粒子である。　ｔｓは点りとＣ′との間の二次粒子の
飛行時間である。従って、一次粒子が点Ｃ°を通過する
時点と該一次粒子によって遊離された二次粒子が同じ点
Ｃ′を通過する時点との間に周期Ｔ＝　ｔｓ＋ｔｐが経
過する。その結果、所与の飛行時間ｔｖをもち時点ｔＩ
ｌｌ″に点Ｃ′を通過した一次粒子によって点りから遊
離された二次粒子を検出するための必要十分条件は、こ
の具体例でθ、と０２とが等しいので、時点ｔ。”十丁
における電位±Ｖ、及び士■２を時点ｔ。”と同じ値に
し二次粒子を開孔Ｄ′に向かって偏向するだけでよい。

この具体例において、角度θ、とθ２とは平面ｘｏｚ内
に存在し線走査はｏｘ力方向行なわれる。従って信号発
生器１０′は、検出すべき二次粒子の飛行時間の関数と
して選択された周期Ｔをもつ線偏向信号を与える必要が
ある。この周期に対応する飛行時間をもたない二次粒子
は、もっと早い時期またはもっと遅い時期に点Ｃ′に到
達し、開孔Ｄ゛に案内される正確な角度の偏向を与えら
れないので検出されない、従って実際に飛行時間差に基
づいて選択が行なわれる。線濁向信号±ｖ２の振幅が試
ｆ１３゜の分析表面の幅礼を規定する。これらの信号の
平均値は角度θ１及びθ２の値に対応する。信号発生器
１０′のｔ１造は当業者の知識の範囲であるから詳細に
説明しない。

デテクタ８゛によって供給された測定信号をブラウン管
１３′の制御グリッドに与えることによって、所与の飛
行時間に関する試料の表面の像が得られる。ブラウン管
１３′の偏向手段は、信号発生器１０’の出力によって
与えられた電位±ｖＩ及び±ｖ２によって制御される（
図示しない）偏向信号発生器をもつ。

この第２具体例の構造は第１具体例の構造より　　゛も
複雑である。その理由は、レンズ５°がビーム１′及び
４′の双方に対して同時に最適化される必要があるので
、ビーム４だけに最適化されるレンズ５よりも複雑な設
３４になるからである。

逆に、第２１休例においては、一次粒子ビームのために
傾斜通路を維持する必要がないので、レンズ５゛を試料
により接近させることが可能である。

このため、より短い焦点■離をもち従ってより収工の少
ないレンズ５を使用でき、より小さいプローブの作成が
可能である。

但しこの第２具体例では、一次粒子と二次粒子とが反対
の電荷をもつという条件を充足させる必要がある。

上記の２つの具体例は高い分解能をもつ・尚・いくつか
の用途では、エネルギまたは質量の濾過デバイスあるい
は集束デバイスを付加することによって分解能を更に向
上させることが可能である。

何故なら、二次粒子の質量分析の場合、エネルギの分配
はデバイスのａｍ分解能に対してマイナスの影響を与え
るからである。

この影響を抑制するために、上記具体例を変形すること
も可能である。第１の変形によれば、試料とデテクタと
の間にエネルギ濾過デバイスを挿入し、質量に関する所
望の分解能と適合し得るバンド幅の範囲内のエネルギレ
ベルをもつ二次粒子を選択する。しかしながらこのタイ
プのＦＡデバイスの欠点は、二次粒子の一部分が除去さ
れ従って分析装置の感度が低下することである。第１具
体例に対しては、エネルギ濾過デバイスが試料と二次粒
子偏向デバイスとの間または該偏向デバイスとデテクタ
との間のいずれに配置されてもよいが、第２具体例に対
しては、エネルギ濾過デバイスが二次粒子偏向デバイス
とデテクタとの間に配置される必要がある。このタイプ
の濾過デバイスのｔＭ造は公知であり、例えば、エネル
ギ選択スリットをもつ静電セクタから成ってもよい。

第２の変形によれば、質量差に起因する飛行時間の差を
補償することなくエネルギ差に起因する飛行時間の差を
補償するために二次粒子の進路に時間的集束デバイスを
挿入する。これにより質量に関する分解能が向上し同時
に広いエネルギバンドがｔ１ｉ持される。従って、感度
を低下させることなく改良が得られる。この集束デバイ
スは第１具体例の場合に限って使用でき、試料と二次粒
子１ｉ向デバイスとの間に挿入され得る。該集束デバイ
スの構造は公知であり、例えば最大エネルギをもつ粒子
が最も長い飛程をもつような静電デバイスから成る。

質量に関してより高い分解能が要求されるいくつかの用
途に対しては、前記２つの具体例の選択ダイヤフラムと
デテクタとの間に公知タイプの質量分析器を配備しても
よい。

また、試料の表面の種々の点から放出された異なる飛行
時間をらつ複数の粒子を選択するように上記２つの具体
例を変形してもよい、この変形を使用すると、異なる飛
行時間に対応する複数の像を１つの試料から同時に得る
ことが可能である。

この変形の利点は、分析所要時間が短縮され且つ試料中
の種々の物質の像が与えられることである。

第７図は第１具体倒に上記変形を適用した装置の構造を
示す、一次粒子ビームによって走査を行なう手段及び抽
出７ｒｉ極は図示しない、第２具体例に同様の変応を適
用することも可能である。

所与の時点ｔｏ＋ｔ、ｓに二次粒子が点Ｃにエリ達する
。

該二次粒子は時点ｔ０に点Ｈがら放出された粒子で　−
あり点ＨからＣまで飛行時間ｔｓをもつ、これらの粒子
は点りに向かって偏向され、時点り、＋ｔｓ＋ｔ’ｓに
点りに到達する。ｔ’ｓはＣがらＤまでのこれらの粒子
の飛行時間である。

時点り、＋ｔｓに試料の表面の種々の点８′１Ｍ”８１
．。

から出発し種々の飛行時間ｔｓ＋Δｔｓ、、ｔｓ＋Δｔ
ｓ２　、　。

１１分もつ二次粒子が点Ｃに到達する。これらの粒子は
同じ角度θ。たけ偏向され、従って時点り、＋ｔｓ４−
　ｔ　’　Ｓ　１　＋　ｔ　ｏ　＋　ｔ　Ｓ　＋　Ｌ　
”Ｊ　２　＋　−−−に異なる点り、　、［１２，、、
、にエリ達する。　Ｌ’ｓ、、Ｌ’ｓｚ＋−、、はＣが
らり、、Ｄ２．、、、までの二次粒子の飛行時間である
。

まず：見開を簡単にするために、試料の走査を一次元、
即ちｏｘに平行に行なうと想定する。

点Ｈ’、Ｍ、Ｍ”はＯＸに平行な１つの線の走査中に一
次粒子によって順次走査される０点Ｈ′から放出された
最も遅い二次粒子と点Ｈ”から放出された最も速い二次
粒子とは同じ時点に点Ｃに到達し、従って偏向デバイス
６を通るときに同じ角度θＱだけ偏向される。進路ＭＣ
の長さが試料３の被分析表面の寸法よりはるかに大きい
ので、１つの走査線上の点Ｍ、Ｍ’　、Ｈ”の位置にか
かわりなく一定の飛行時間差±Δｔｓに対しては点Ｄ１
及びＤｚの位置が一定であることが理解されよう、また
、点り、とＤｚとが０に関して対称でありＯｘに平行で
Ｄを通る直線上に位置することにも注目されたい。

更に、ｔｓを上回る飛行時間は第１半直線に存在しｔｓ
を下回る飛行時間はＤに関して第１半直線と対称な第２
半直線に存在することに注口されたい。

走査方向を反転すると２つの半直線が互換する。

走査が一次元走査のときは、ダイヤフラム７の点り。

Ｄ、　、Ｄ、に開孔を設けこれらの開孔の背後に独立の
３つのデテクタを配備することによって、飛行時間ｔｓ
、ｔｓ−Δｔｓ、ｔｓ＋Δｔｓをもつずべての二次粒子
を検出することが可能である。

実際には二次元走査を行なうので複数の飛行時間の同時
分析は複雑である。飛行時間ｔｓ±Δｔｓはダイヤフラ
ム７の表面の２つの位置Ｄ１及びＤｚにもはや対応しな
い、その理由は、点りに対応する飛行時間とは異なる飛
行時間をもつ二次粒子の衝突点の二次元シフトが生じる
からである。

第８図は、線偏向信号が上向き及び下向きの両方向に等
しい勾配をもつ三角形であり、フレーム偏向信号が幅Ｐ
ｑの余白に対応する附設状であるときに一次ビームによ
って走査された試料３の軌跡を示す。

第９図は、ダイヤフラム７の平面に対する飛行時間ＬＳ
±Δｔｓをもつ二次粒子の衝突点を示す、二次粒子は、
軸０×の方向の線走査中は点Ｄ１（ｘ）に到達し、軸ｏ
ｘの方向の反対方向の線走査中は点Ｄ２（−Ｘ）に到達
する０点り、（ｘ）とり、（−ｘ）とはＤに関して対称
でｏｘに平行な直線上に位置する２つの点である。

逆に、飛行時間ｔｓ−Δｔｓをもつ粒子は軸Ｏｘの方向
の線走査中は点Ｄ２（ｘ）に到達し、軸。×の方向の反
対方向の線走査中は点Ｄ＋（ｘ）にｆｆｌｌ３！！する
。

連続する２つの線の走査量の短い時間間隔、例えば第８
図のセグメン１−ＰＱに対応する時間間隔中に、飛行時
間ｔｓ±Δｔｓをもつ粒子は、Ｄｌ（ｘ）　：！、た４
１Ｌ（ｘ）Ｇ：ｌ：Ｗ’ｌ達シナイ”Ｃ’３ツ（７）点
Ｄ＋　（ｘ）Ｄ’　１．Ｄ’　ＩＯ’　ｚ。

Ｄ’　２Ｄ２（−Ｘ）を結ぶセグメン１−にり１１達す
る６点り°１及びｐ１２は菱形Ｄｔ（ｘ）、Ｄｚ（−ｙ
）、Ｄｚ（−ｘ）、Ｄ＋（ｙ）の辺上に存在する。Ｄｚ
（ｙ）及びＤｚ（ｙ）は、ｏｙに平行な一次元走査を行
なうときの飛行時間ｔｓ＋Δｔｓをもつ二次粒子の衝突
点である。

線変換時間（ＰＱ）が線走査の時間に比較して無視でき
るので、粒子がセグメンｌ−Ｄ、（ｘ）Ｄ’、、Ｄ’、
Ｄ’２゜Ｄ’　２０２（−Ｘ）に到達する時間は、該粒
子が点り、　（ｘ）及び０２（Ｘ）に到達する時間に比
較して無視できる。従って、多くの場合、点り、　（ｘ
）及びＤｚ（ｘ）の粒子を検出するだけで十分である。

従って、Ｄ、ＤＩ（Ｘ）及びＤｚ（−ｘ）に存在する３
つの選択開化と３つのデテクタとを用い、走査方向の転
換を考慮して走査タイミングでデテクタを切換えること
によって、３つの分析を同時に実行し、飛行時間ｔｓ、
ｔｓ＋Δｔｓ　、　ｔｓ−Δｔｓの粒子に対応する試料
表面の３つの画像を得ることが可能である。

第７図においては、点りに配置されたデテクタ８に加え
て点Ｄ＋　（ｘ）及び点Ｄ２（−Ｘ）の開花の背後に夫
々各１つの２つのデテクタ８ａ及び８ｂが配置されてい
る。これらのデテクタは切換デバイス１７によって分析
装置の２つの出力端子１５．１６に接続されている。こ
の切換デバイス１７は、線走査と同期した制御信号を受
信すべく偏向信号発生器１０の出力に接続された制御入
力をもつ、飛行時間ｔｓ、ｔｓ−Δｔｓ、ｔｓ十Δｔｓ
に対応する試料表面の３つの像は、（図示しない）３つ
のブラウン管によって再生される。

これらのブラウン管の制御グリッドは３つのデテクタ８
．８ａ、８ｂの出力に夫々接続され、夫々の（ｑ向手段
は信号発生器１０の出力に接続されている。当然、多数
の飛行時間に基づいた同時分析を行なうために、より多
数のデテクタを使用しこれらを直線Ｌ（ｘ）Ｌ（ｘ）に
位置合わせすることは勿論可能である。

本発明は多くのタイプの分析装置に使用され得る。また
一次位子は光子（第２の変形の場合に限る）、電子、陽
イオンまたは陰イオンのいずれでもよい、二次粒子は電
子、陽イオンまたは陰イオンでよい。

本発明は記載の具体例に限定されない、特に、偏向デバ
イスは静電型でもよくまたは磁気型でもよくまたは両者
を組み合わせたものでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の説明図、第２図は本発明方法を実
施する分析装置の第１具体例の概略説明図、第３図、第
４図及び第５図は第１具体例の動作の説明図、第６図は
本発明方法を実施する分析装置の第２具体例の概略説明
図、第７図は本発明方法を実施する分析装置の変形例の
概略３５♂明図、第８図及び第９図は第２具体例の動作
を示す説明図である。 １・・・・・・一次位子ビーム、２・・・・・・一次位
子ソース、３・・・・・・試料、４・・・・・・二次粒
子ビーム、５・・曲・集束デバイス、６・・・・・・（
σ向デバイス、７・旧・・ダイヤフラム、８・・・・・
・デテクタ、９・・・・・・電極、１０．１２・・・可
信号発生器、１３・・・・・・ブラウン管。 イ膿人弁塊士　船　　山　　　　武

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）−分析すべき固体試料の表面を一次粒子と指称さ
   れる粒子のビームで周期的に走査して試料から所謂二次
   粒子を遊離させ、 −すでにイオン化した粒子をある程度含む前記二次粒子
   をイオン化し、 −前記二次粒子を電界によって加速し、 −二次粒子ビームを形成し、異なるエネルギレベルまた
   は異なる質量をもつ二次粒子が実質的に異なる飛行時間
   をもつように十分な飛程にわたって前記二次粒子ビーム
   を移動させ、 −二次粒子の飛行時間の差に基づいて二次粒子を分離す
   るステップを含む飛行時間差型分析方法であって、試料
   から二次粒子を遊離せしめる一次粒子に予め与えた偏向
   に対して一定の位相差をもつ周期的時点に、二次粒子の
   放出点に従って変動する角度で二次粒子ビームを偏向さ
   せることにより、二次粒子が放出された試料の場所にか
   かわりなく所与の飛行時間をもつ二次粒子を所定方向に
   案内することによつて前記分離を行なうことを特徴とす
   る方法。
2. （２）一次粒子ビーム及び二次粒子ビームの夫々の偏向
   が異なる偏向手段によって生起され、これらの偏向手段
   は同じ一定偏向周期をもち、位相差の値は、一次粒子ビ
   ームの偏向手段に対して二次粒子ビームの偏向手段を遅
   延させることによって所与の飛行時間の関数として調整
   されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. （３）一次粒子と二次粒子とが反対電荷をもつ場合に適
   しており、一次粒子ビーム及び二次粒子ビームの夫々の
   偏向が共通の偏向手段によつて生起され、共通偏向時間
   を変更することによつて所与の飛行時間が選択されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. （４）更に、二次粒子ビームに与えられる偏向とホモロ
   ーグな走査によってブラウン管の電子ビームを偏向させ
   且つ所定方向に案内された二次粒子の測定値の関数とし
   て前記電子ビームの強度を変更することによって分析す
   べき試料の像を再生することを特徴とする請求項１に記
   載の方法。
5. （５）飛行時間ｔｓをもつ二次粒子と飛行時間ｔｓ＋Δ
   ｔｓをもつ二次粒子とを同時に分離するために、−所与
   の飛行時間ｔｓに対応する所定方向に案内された二次粒
   子を選択してこの二次粒子流を測定し、−線走査方向に
   平行な平面内の所定方向に関して対称な２つの方向に夫
   々偏向された二次粒子を選択し、前記のごとく選択され
   た２つの二次粒子流を線走査速度で交互に測定すること
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
6. （６）連続走査による粒子の飛行時間差型分析装置であ
   って、 −分析すべき固体試料の表面を一次粒子と指称される粒
   子のビームで周期的に走査して試料から所謂二次粒子を
   遊離しイオン化する手段と、 −二次粒子を電界によって加速して二次粒子ビームを形
   成し、異なるエネルギレベルまたは異なる質量をもつ二
   次粒子が実質的に異なる飛行時間をもつために十分な飛
   程にわたって二次粒子ビームを移動させる手段と、 −飛行時間差に基づいて二次粒子を分離する手段とを含
   み、該分離手段が、二次粒子を遊離せしめる一次粒子ビ
   ームに走査手段が予め与えた偏向に対して一定の位相差
   をもつ周期的時点に、二次粒子ビームの放出点の関数と
   して可変な角度で二次粒子ビームを偏向させる手段と、 −所定方向に案内された二次粒子流を選択及び測定する
   手段とを含むことを特徴とする装置。
7. （７）二次粒子ビームの偏向手段が一次粒子ビームの偏
   向手段とは異なる手段であり、二次粒子ビームは、一次
   粒子ビームの偏向に対して調整自在な一定遅延を伴って
   前記一次粒子ビームの偏向と同じ周期で偏向され、装置
   が更に、所与の飛行時間の関数として調整自在な遅延デ
   バイスを含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. （８）一次粒子と二次粒子とが反対の電荷をもつ場合に
   適しており、二次粒子ビームの偏向手段が一次粒子ビー
   ムの偏向手段と同一であり、所与の飛行時間の関数とし
   て調整自在な周期をもつことを特徴とする請求項６に記
   載の装置。
9. （９）更に、試料の像を表示するブラウン管を含み、該
   ブラウン管の制御グリッドは、所定方向に案内された二
   次粒子流の測定手段によって与えられた測定信号によっ
   て制御され、該ブラウン管の偏向手段は二次粒子ビーム
   偏向手段によって与えられた偏向信号によって制御され
   ることを特徴とする請求項６に記載の装置。
10. （１０）更に、 −第１飛行時間ｔｓ＋Δｔｓに対応する２つの二次粒子
    流を選択及び測定する手段と、 −これらの２つの二次粒子流の１つを線走査速度で選択
    する切換スイッチとを含み、 前記選択測定手段は、線走査方向に平行な直線上の第２
    飛行時間ｔｓに対応する二次粒子流の選択測定手段に関
    して対称配置されていることを特徴とする請求項６に記
    載の装置。