JPH02183150A - イオンの質量分析法および装置 - Google Patents

イオンの質量分析法および装置

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JPH02183150A
JPH02183150A JP1001318A JP131889A JPH02183150A JP H02183150 A JPH02183150 A JP H02183150A JP 1001318 A JP1001318 A JP 1001318A JP 131889 A JP131889 A JP 131889A JP H02183150 A JPH02183150 A JP H02183150A
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JP
Japan
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sample
secondary ions
primary beam
scanning
movement
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Application number
JP1001318A
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English (en)
Inventor
Eiichi Izumi
泉 栄一
Toshimichi Taya
田谷 俊陸
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/04Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/252Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
    • H01J37/256Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers using scanning beams

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

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〕 本発明はイオンの質量分析法および装置、特に試料をイ
オンまたは中性粒子で衝撃しそれによって試料から発生
する2次イオンを質量分析するのに適したイオンの質量
分析法および装置に関する。
〔従来の技術〕
試料をイオンビームまたは中性粒子ビーム(1次ビーム
)で衝撃しそれによって試料から発生する2次イオンを
質量分析する装置において試料の深さ方向の元素濃度分
布を高精度をもって測定する技法としてエレクトロニッ
クアパーチャ法が知られている(たとえば特許第925
,396号)、この技法では、第2図に示す如く、ビー
ム径dの一次ビームで試料をX方向にQx 、Y方向に
Jlyだけラスター走査する。このラスター走査により
、試料が第2図(b)に示す如く走査幅ρにの範囲内で
、均一にスパッタされる。このラスター走査範囲の中央
部QxとQyの領域から放出する二次イオンのみデータ
として収集される。この技法の採用により高精度の深さ
方向分析を実現することができる。
しかしながら、この技法で数100μm以上の比較的広
範囲の走査をする場合、走査中心部より離れた領域では
2次イオン収集効率が低下し感度的に限界があることが
分かった。第3図(a)に2次イオン質量分析装置の物
点スリットの形状を、第3図(b)にスリットのX方向
に1次ビームを走査したときの検出2次イオン強度変化
を、第3図(c)にY方向の検出2次イオン強度変化を
各各示す、これらのデータは試料がx、Y方向に濃度が
一定である場合のもので検出2次イオン強度の変化はX
方向において顕著であることがわかる。
特に高分解能測定のため物点スリット輻Soを狭くする
とこの傾向はよりいっそう顕著となる欠点がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上のように従来技術では一次イオンビームを走査した
場合の2次イオン収集効率については配慮がされておら
ず、感度的に不十分であった。また元素分布像において
は、中央部が明るく、周辺部では暗くなるという問題点
があった。
本発明の目的は2次元領域から得られる2次イオンの収
集効率を一様にするのに適したイオンの質量分析法およ
び装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、試料および該試料を衝撃すべき1次ビ
ームのうちの一方が他方に対して第1の方向に、他方が
一方に対して前記第1の方向に対して実質的に直角な第
2の方向にそれぞれ移動される。
〔作用〕
このような本発明によれば、2次イオンの収集効率の一
様性に乏しい方向における従来の試料の1次ビームによ
る走査を試料の移動で置き換えることができる。そうす
れば、その方向においては1次ビームを移動させる必要
がなくなるから、その方向においても2次イオンの収集
効率の一様性はそこなわれなくなり、したがって2次イ
オンが発生されるべき2次元領域全体にわたって2次イ
オンの収集効率が一様となる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図および第4図により説
明する。第1図に、本発明の基本動作原理図を示す。イ
オン源1で生成され、加速された1次イオンビーム2は
レンズ系3および偏向器4を介して試料5を衝撃する。
1次ビームは高速中性粒子ビームであってもよい。試料
5より放出した2次イオン7は、引出電極6により引出
され、レンズ8によって物点スリット9に収束される。
スリット9を出た2次イオンは質量分析計10に導入さ
れ、質量分析される。質量分析計10は質量分散用の磁
場を発生する磁石を含み、更に多くの場合、速度分散用
の電場を発生する電極を含む。
電場および磁場により二重収束された2次イオンは検出
器によって検出される。一方、1次イオンビーム偏向器
4と試料微動装置11には偏向走査装置12が接続され
、これは偏向制御信号13および試料移動制御信号14
を偏向器4および試料微動装置11に与える。一般に1
次イオンビームの偏向器4としては、平行平板形の静電
偏向器が用いられる。
加速電圧v1で加速された一次イオンビームを試料上で
dlの偏向をする時、静電偏向器の印加電圧V−と偏向
量d1の関係は次式となる。
d1=Kz−Va/Va        −(1)ここ
でに1は、偏向器の寸法によって決まる定数である。
一方、試料微動装置の駆動源としてパルスモータが用い
られる。この場合、試料の微動量d2とパルス数Npの
間には次の関係がある。
d2=:Kt・Np           ・・・(2
)ここでKzは、パルスモータ試料微動装置のパルス1
ヶ当りの微動量である。Kzとしては1〔μm/パルス
〕となるように設計している場合、パルス数が1μm単
位での微動量となる。
2次イオン質量分析法で深さ方向分析をする場合、(1
)式のda と(2)式のdzを変え得ることが望まし
い。dlは偏向器の印加電圧Vaによって、dzはパル
ス数Npによって変えられることになる。dlとdzを
等しくする場合、(1)式と(2)式より次式の如く、
NpはVmに比例させることが必要である。
Np=Kl−Vd/に2・Va= K3・Va  −(
3)一方、電気的走査時間は一般に数10〜数1000
〔!l5ecZフレーム〕である。X走査本数すなわち
試料の移動ステップ数を100とすると1ステップ当り
のY走査の時間は0.1〜数10 (msec)となる
。これに対しパルスモータの応答は250〜1000[
パルス/see]であるので、1パルス当り1〜4〔l
ll5ec〕 となる。
以上述べた如く、電気的走査すなわち試料の1次イオン
ビームによる走査と機械的走査すなわち試料の移動の各
特性を考慮した偏向走査装置12が必要である。
本発明の偏向走査装置12の一実施例を第4図に示す、
第4図の説明の前に、第5図に示す従来の電気的走査法
の一例について説明する。
走査開始停止設定器21より走査開始信号21Aが出る
と、X方向ゲート回路23は発振器22からのパルス2
2Aをアップダウンカウンタ24のアップカウント入力
端子に入力する。アップダウンカウンタ24の計数値2
4CはD/A変換器25でアナログ値に変換される。こ
のアナログ値は走査幅設定回路26で走査幅に応じた値
に設定される。この電圧を偏向電源27へ入力して偏向
電圧を出力し一次イオン偏向装置12のX方向偏向器2
8に印加する。
アップダウンカウンタ24の計数値が飽和値に達すると
カウンタ24はキャリー信号24A(単一走査終了信号
)を出力する。ゲート回路29はキャリー信号24Aを
受信すると状態信号29Aをゲート回路23へ送る。ゲ
ート回路23は、カウンタ24のダウンカウント入力端
子へパルス23Bを入力する。これによりカウンタ24
の飽和計数値は1カウントずつ減少する。このようにし
てカウンタ24の計数値が0になるとボロウ信号(単一
走査終了信号)24Bを出力しゲート回路29.ゲート
回路23はカウンタ24をアップカウント入力へ切替え
る。このようにしてX走査は三角波走査となる。
一方、ゲート回路29はキャリー信号24Aとボロウ信
号24Bを入力パルス信号としてY走査回路のゲート回
路30へ送る。ゲート回路30はアップダウンカウンタ
31のアップカウント入力端子へパルス30Aを送る。
カウンタ31はX走査の場合と同じように、計数値31
CをD/A変換器32でアナログ値に変換し、走査幅設
定回路33で走査幅に応じた値に設定する。この電圧を
偏向電源34へ入力し偏向電圧をY方向の偏向器35へ
印加する。
この偏向走査装置ではXおよびYの走査幅設定回路26
.33を連動させることにより容易に走査幅の設定が出
来る。また前述の走査時間に対して十分に応答出来る。
次に本発明の電気的走査と機械的走査の併用走査の偏向
走査装置の一実施例を第4図により説明する。
走査開始停止設定器21より走査開始信号21Aが出る
とX方向ゲート回路30は、発振器22からのパルス2
2Aをアップダウンカウンタ31のアップカウント入力
端子に入力する。アップダウンカウンタ31の計数値3
1CはD/A変換器32でアナログ値に変換される。こ
のアナログ値は走査幅設定回路33で走査幅に応じた値
に設定される。この電圧を偏向電源34へ入力し、出力
偏向電圧を一次イオン偏向装置12のY方向偏向電極3
5へ印加する。ここでX方向偏向電極は接地または取外
しして動作しなくする。
アップダウンカウンタ31の計数値が飽和値に達すると
カウンタ31はキャリー信号31A(単一走査終了信号
)を出力する。ゲート回路36はキャリー信号31Aを
受信すると状態信号36Aをゲート回路30へ送る。ゲ
ート回路30はカウンタ31のダウンカウント入力端子
へパルス22Aを入力する。これによりカウンタ31の
飽和計数値は1カウントずつ減少する。このようにして
カウンタ31の計数値がOになるとボロウ信号(単一走
査終了信号)31Bを出力しゲート回路36゜ゲート回
路30はカウンタ31をアップカウント入力へ切替える
。このようにしてY走査は三角波走査となる。
一方、ゲート回路44はキャリー信号31Aとボロウ信
号31Bを入力パルス36Aとして、パルスモータ電源
45の時計方向回転入力端子(または反時計方向入力端
子)へ入力する。パルスモータ電源45は試料微動装置
11のX方向駆動パルスモータ46ヘパルス45Aを入
力する。これによりパルスモータ46は所定の角度回転
し、試料台47を微動する。
また、カウンタ40は前記キャリー信号31Aとボロウ
信号31Bを計数する。この計数値をD/A変換器41
でアナログ信号に変換し、電圧設定器42で所定の電圧
にした後、比較器43へ入力する。比較器43は、Y走
査幅設定器33の出力電圧33Aと同じ電圧になるとパ
ルス43Aを出力し、ゲート回路44へ送る。ゲート回
路44はパルス43Aを受信するとパルスモータ電源4
5の反時計方向回転入力端子(または時計方向入力端子
)へパルス36Aを入力する。
これによりパルスモータ46は反転し試料台47は逆方
向に微動する。このように試料台47は所定の走査幅の
往復微動を繰返す。
以上の結果、電気的走査と機械的走査のマツチングがと
れ、高感度分析を実現できる。
本実施例による走査法を第6図(b)に示す。
ΩYの走査が電気的に行なわれ、QXの走査が機械的に
行なわれる。dは1次イオンビーム径である。また、第
6図(a)は第3図(a)と同様に物点スリットを示し
、第6図(c)、(d)は第3図(b)、(c)に対応
するものである。
第6図(Q)、(d)から明らかなように、QxXQv
の2次元領域内で得られる2次イオンの収集効率は実質
的に一様である。
なお、実施例では省略したが1以上の実施例に知られて
いるエレクトロニックアパーチャ法を適用し、深さ方向
分析の精度を向上させることができる。
(発明の効果〕 本発明によれば、2次元領域から得られる2次イオンの
収集効率を一様にするのに適したイオンの質量分析法お
よび装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の原理説明図、第2図は従来
の電気的走査法の原理説明図、第3図は従来の走査法に
よる検出電流特性図、第4図は本発明の要部の一実施例
のブロック図、第5図は従来例のブロック図、第6図は
本発明の一実施例による検出電流特性図である。 1・・・イオン源、5・・・試料、10・・・質量分析
計、第1図 ふフ m−l/ 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、試料を、該試料から2次的イオンを発生させるよう
    に1次ビームで衝撃すること、前記2次的イオンを質量
    分析すること、前記試料を前記1次ビームで第1の方向
    に走査すること、前記試料を前記第1の方向に対して実
    質的に直角な第2の方向に移動させることからなり、そ
    れによつて前記2次的イオンは前記試料の走査および移
    動により決定される前記試料の2次元領域から引出され
    ることを特徴とするイオンの質量分析法。 2、試料を、該試料から2次的イオンを発生させるよう
    に1次ビームで衝撃すること、前記2次イオンを質量分
    析すること、前記試料および1次ビームのうちの一方を
    他方に対して第1の方向に、他方を一方に対して前記第
    1の方向に対して実質的に直角な方向にそれぞれ移動さ
    せることからなり、それによつて前記試料は前記1次ビ
    ームで事実上2次元的に走査されることを特徴とするイ
    オンの質量分析法。 3、試料を、該試料から2次的イオンを発生させるよう
    に1次ビームで衝撃すること、前記2次的イオンを質量
    分析すること、前記試料を前記1次ビームで第1の方向
    にくり返し走査すること、その走査ごとに前記試料を前
    記第1の方向に対して実質的に直角な第2の方向に移動
    させることからなるイオンの質量分析法。 4、試料を、該試料から2次的イオンを発生させるよう
    に1次ビームで衝撃すること、前記2次的イオンを質量
    分散すること、その分散された2次的イオンを検出する
    こと、前記試料を前記質量分散の方向にステップ状に移
    動させること、その試料のステップ移動ごとにその試料
    をその試料の移動方向に対して実質的に直角な方向に前
    記1次ビームで走査することからなるイオンの質量分析
    法。 5、試料を、該試料から2次的イオンを発生させるよう
    に1次ビームで衝撃すること、前記2次イオンを物点ス
    リットにその幅方向において収束させること、その収束
    された2次的イオンを前記物点スリットの幅方向におい
    て質量分散すること、前記試料を前記物点スリットの幅
    方向にステップ状に移動させること、その試料のステッ
    プ移動ごとにその試料をその試料の移動方向に対して実
    質的に直角な方向に1次ビームで走査することからなる
    イオンの質量分析法。 6、試料を、該試料から2次的イオンを発生させるよう
    に1次ビームで衝撃する手段と、前記2次イオンを質量
    分析する手段と、前記試料および1次ビームのうちの一
    方を他方に対して第1の方向に、他方を一方に対して前
    記第1の方向に対して実質的に直角な第2の方向にそれ
    ぞれ移動させる手段とを備え、それによつて前記試料は
    前記1次ビームで事実上2次元的に走査されることを特
    徴とするイオンの質量分析装置。 7、試料を、該試料から2次的イオンを発生させるよう
    に1次ビームで衝撃する手段、前記2次的イオンを質量
    分散する手段と、その分散された2次的イオンを検出す
    る手段と、前記試料を前記質量分散の方向に移動させる
    手段と、その試料の移動に関連してその試料を前記1次
    ビームで前記試料の移動方向に対して実質的に直角な方
    向に走査する手段とを備えているイオンの質量分析装置
    。 8、前記試料移動手段は前記試料をステップ状に移動す
    るように構成され、前記試料走査手段は前記試料のステ
    ップ移動ごとにその試料を前記1次ビームで走査するよ
    うに構成されている特許請求の範囲第7項にもとづくイ
    オンの質量分析装置。 9、前記試料と前記質量分散手段との間に配置された物
    点スリットと、前記試料からの2次的イオンを前記物点
    スリットに前記質量分散方向において収束する手段とを
    備え、前記物点スリットはこれを通る2次的イオン量を
    前記質量分散方向において制限するのに十分な幅をもつ
    ている特許請求の範囲第8項にもとづくイオンの質量分
    析装置。 10、前記試料走査手段は前記走査ごとに走査終了信号
    を発生する手段を含み、前記試料移動手段は前記走査終
    了信号により前記試料をステップ移動させるように構成
    されている特許請求の範囲第9項にもとづくイオンの質
    量分析装置。 11、前記1次ビームによる前記試料の走査幅に対応す
    る信号を発生する手段と、前記試料の移動量に対応する
    信号を発生する手段と、前記両信号を比較して前記試料
    の走査幅と前記試料の移動量が実質的に等しくなつたと
    きに前記試料の移動を停止させる信号を発生する手段を
    備えている特許請求の範囲第10項にもとづくイオンの
    質量分析装置。 12、前記試料移動停止信号にもとづいて前記試料の移
    動を反転させる手段を含む特許請求の範囲。 第11項にもとづくイオンの質量分析装置。
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