JPH03176648A

JPH03176648A - 荷電粒子ビーム照射型分析装置

Info

Publication number: JPH03176648A
Application number: JP1317201A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Soejima; 啓義副島
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1989-12-05
Filing date: 1989-12-05
Publication date: 1991-07-31
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JP2730229B2

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〉本発明は試料に荷電粒子ビームを！！Ｇ射し、試料から
放射される多種の二次放射を検出する型の試料微小領域
分析装置に関する。

（従来の技術）試料面に電子線或はイオン線等の荷電粒子線を収束させ
て、試料を励起し、試料から放射される光、Ｘ線、２次
電子、散乱電子或はイオン、オージェ電子等の二次放射
を検出して試料面の分析を行う方法が広く用いられてい
る。このうち２次電子を用いる方法は空間分解能が高く
、走査型電子顕微鏡として用いられているが、この装置
により得られる情報は主として試料の表面形状に関する
もので、試料の元素組成とか試料成分の結合状態等に関
する情報は殆んど得られず、これらの情報は２次電子以
外の上述したような各種二次放射を検出することによっ
て得ている。しかしこれらの分析方法は２次電子を検出
する走査型電子顕微鏡に比し空間分解能が低く、その分
解能は試料を励起する照射線を幾ら細く収束させても向
上させることができない。その理由は次のようなもので
ある。

試料に入射した荷電粒子は加速されているので、試料面
に入射後直ちに停止するのではなく、第４図に示すよう
に試料を構成している原子との衝突を繰返しながら不規
則な軌道を画いて試料内を進行し、その間にエネルギー
を失って行って遂に停止するか、或はその前に試料表面
がら脱出する。試料を照射する荷電粒子は試料構成原子
を励起させてＸ線を放出させたりするのに必要なエネル
ギーよりかなり高いエネルギーまで加速されているので
、試料に入射した荷電粒子が停止する迄には多数の原子
を励起しており、第４図でＶで示す入射荷電粒子の拡散
領域が光とがＸ線或は散乱電子等の発生領域となり、こ
れらの二次放射を検出する場合、領域Ｖ内の平均分析ｔ
ｉｙａを与えることになるので、照射荷電粒子を幾ら細
く絞っても、空間分解能は向上しないのである。具体的
には上記領域Ｖは直径が１μｍの程度である。

（発明が解決しようとする課題〉本発明は試料面に荷電粒子ビームを照射したとき試料面
から放射される各種二次放射線を検出する型の分析装置
における空間分解能を向上させることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉試料の周囲に試料面に垂直にパルス磁界を形成する磁界
発生手段を配置し、このパルス磁界が存在している期間
中に試料からの二次放射線検出信号を採取するようにす
ると共に、試料照射ビーム光学系に補助走査手段および
或は補助対物レンズを設け、これらの補助手段を上記パ
ルス磁界の発生時に所定の偏向或は正規の合焦が行われ
るように作動させるようにした。

（作用）前述したように空間分解能を上げることができない原因
が、試料に入射した荷電粒子がエネルギーを失うまでに
試料内を拡散して行く所にあるのであれば、試料を励起
する荷電粒子のエネルギーを下げれば”よい筈だが、照
射荷電粒子のエネルギーを下げると、荷電粒子−個当り
のＸ線とか光等の二次放射線の発生確率が低下し、二次
放射線が弱くなって、検出信号のＳ　／、Ｎ比が悪くな
り、分析感度が低下する。このため照射荷電粒子の加速
エネルギーをさげないで、試料内での拡散領域、即ち第
４図のＶを小さくする必要がある。第５図に示すように
試料面に垂直に磁界Ｈを作用させると、磁界方向に進行
する荷電粒子は磁界の作用を受けず、そのま＼進行する
が、磁界と直交する速度成分を持っていると、その速度
成分と磁界とに直交する方向の力を受ける結果、荷電粒
子の試料面と平行な方向の運動は磁力線を取囲むような
軌道を画き、荷電粒子の試料面と平行な方向の広がりが
抑制される。このため試料内の二次放射発生領域は第５
図にＤで示すように第４図のＶよりも小さくなり、空間
分解能特に横方向の分解能が向上する。所で、このよう
な効果を得るための試料面における磁界の強さは強い方
が良いのはいうまでもないが空間分解能を１桁以上向上
するには１〜１０テスラ程度が必要で、そのような強力
な磁界をｍ統的に発生させるには相当大規模な装置を必
要とする。本発明では磁界をパルス磁界とすることによ
り、容易に強力磁界の発生が可能となり、このパルス磁
界が作用している間に二次放射検出信号を採取するので
、試料照射荷電粒子の試料内の拡散領域が圧縮された状
態での分析情報が得られることになる。

しかし、試料面に垂直に磁界を作用させると、試料照射
荷電粒子ビームもその磁界の影響を受ける。その影響は
試料面を走査するときの荷電粒子ビームの偏向量と、荷
電粒子ビームの試料面における合焦状態に表れる。この
影響を補助走査手段および補助対物レンズにより補正す
るのである。

〈実施例〉第１図に本発明の一実施例を示す。図で１は試料照射ビ
ームの光学系、Ｓは試料である。２は試料Ｓ−の外周に
置かれたコイルで、試料照射ビームの光学系１と同軸的
に配置されており、試料面に垂直に磁界を形成するよう
になっている。３はパルス電流発生源で、コイル２にパ
ルス状の励磁電流を供給する。４はＸ線検出器、５は光
検出器、６゛は電子検出器で夫々、試料から放射される
Ｘ線、光２反射電子を検出する。７はゲート回路で上記
各検出器毎のゲートを備え、同期制御回路８からのサン
プリングパルスにより開かれて、各検出器の検出出力を
データ処理回路９に送る。同期制御回路８からはまた、
パルス電流発生回路３を制御するトリガパルスがパルス
電流発生回路３に送られる。

１３は対物レンズＬと試料Ｓとの間に置かれた補助対物
レンズの静電レンズで、１４はこのレンズに印加する電
圧発生源で同期制御回路８により制御される。補助対物
レンズ１３は試料にパルス磁界が作用していない間は電
圧は印加されず、レンズ作用はなくて、対物レンズＬの
作用で荷電粒子ビームが試料面に収束せしめられ、パル
ス磁界が作用している間、補助レンズ１３に電圧が印加
されて、磁界による対物レンズＬの焦点の変化を補正し
、荷電粒子ゲームが試料表面に収束するようにしである
。第２図はこの装置の同期関係を示すタイムチャートで
ある。パルス電流発生回路は大容量コンデンサを高圧充
電し、トリガパルスによりコイル２を通して放電させる
構成であるから、トリガパルスＴにより放電回路開かれ
ると、励磁コイル２の励磁電流Ｅは急速に立上り、トリ
ガパルスＳより少しおくれて最大値に達する。ゲート回
路７に印加されるサンプリングパルスはこの励磁電流の
ピークを含む時間幅ｔのパルスで、このパルスの在る間
ゲート回路７が開いて検出信号がデータ処理回路に取込
まれる。Ｒは補助対物レンズ１３の動作を示し、この信
号のハイレベルの間補助対物レンズＬが作動せしめられ
る。

第３図は本発明の他の実施例を示す。この実施例は試料
照射ビームで試料面を走査しながら、−画素毎に試料に
パルス磁界を作用させて、Ｘ線による試料面の高分解能
の元素分布の分析画像等を得るようにしたものである。

第１回の各部と対応する部分には同じ符号がつけである
。１０は走査コイルで試料照射ビームをｘ、ｙ方向に偏
向させる。

１５は対物レンズＬと試料Ｓとの間に配置された補助走
査手段の荷電粒子ビーム偏向電極である。試料面に垂直
に磁界を作用されていないとき、走査コイル１０により
第６図のようにｐ点に偏向されていた荷電粒子ビームは
試料に垂直に磁界Ｈが作用すると、磁界Ｈが強い場合、
荷電粒子は磁力線に巻きつくように運動するから、磁力
線に平行に近い経路を走行するようになり、偏向量が減
少して試料面のｑ点を照射するようになる。

補助走査手段１５は偏向量の減少を補正して荷電粒子ビ
ームがｐ点を照射するようにするものである。この両正
信号はｐ点が荷電粒子ビーム光学系の光軸から離れてい
る程即ち走査コイル１０による偏向量が大きい程、大き
くする必要があるので、走査コイル１０に入力する電流
位号を補助走査手段駆動′Ｃ源１６で比例的な電圧信号
に変換して形成される。１３は補助対物レンズで前述し
た実施例と同様の動作を行う。

試料面の走査はｘ、ｙ各方向の走査コイル１０に階段状
の走査信号を与えてディジタルに行うようにしである。

１１はこのディジタル走査を行う走査コイル励磁電源で
、同期制御回路８からパルスが送られて来る度にＸ方向
励磁電流を１ステツプずつ変化させ、パルス数が所定数
になった所でＸ方向励磁電流をもとに戻し、ｙ方向励磁
電流を１ステツプ変化させる。このＸ方向励磁電流の変
化の様子を第２図Ｃに示す。このようにして試料照射ビ
ームが試料面の成る一つの点を照射している間にコイル
２にパルス電流が流れ、それと同期して補助走査電極に
第２図Ｋに示すタイミングで偏向信号が印加され、所定
のタイミングでゲートが開かれ、二次放射検出信号が映
像表示装置１２に入力されて試料面の分析結果が映像表
示される。この構成により、試料面の元素分布等の空間
分解能が大幅に向上し２次電子像に近い鮮鋭さで画像表
示される。

この実施例の場合、電子検出器６により試料面から放出
される２次電子を検出し、映像表示装置１７に２次電子
による走査型電子顕微鏡像を表示させるようになってい
る。この電子検出器６の出力をサンプリングするタイミ
ングはパルス磁界を作用させていない期間に合せてあっ
て、表示装置１２と１７とには試料面の同じ領域のＸ線
等による分析像と２次電子像とが表示される。

上述各実施例では補助対物レンズも補助走査手段もパル
スＷＩ界発生と同期させてパルス磁界のある間だけ作動
させるようにしているが、パルス磁界を作用させていな
い期間に検出される各種信号を利用する意図がない場合
は、これらの補助手段は連続的に作動させておいてもよ
い。

なお上述のような補助手段を用いないで、試料に磁界を
作用させたときの焦点とか走査量の補正信号をメインの
対物レンズとか走査コイルにｆｆｉ畳するようにしても
よいのであるが、メインの対物レンズとか走査コイルの
ように試料面から遠い場所で補正を行う場合の補正信号
は小さくても効くので、却って安定した精密な補正は困
難になる。

試料の近くに補助手段を置くことにより、安定した精密
な補正が可能となる。

〈発明の効果）本発明によれば、試料照射荷電粒子ビームの試料内での
拡散領域が圧縮されるので、荷電粒子の拡散領域から放
射される二次放射を検出する型の分析装置の空間分解能
が向上し、従来のＸ線マイクロアナライザの空間分解能
が１μｍ程度であったものが、本発明によれば、０．１
μｍ乃至０゜０５μｍに達する。

【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、第２図は本発
明装置の動作のタイムチャート、第３図は本発明の他の
実施例のブロック図、第４図は試料に入射した荷電粒子
の動きを示す図、第５図は本発明の詳細な説明する図、
第６図はパルス磁界の荷電粒子ビーム偏向に及ぼす影響
の説明図である。１・・・荷電粒子の光学系、Ｌ・・・対物レンズ、２・
・・コイル、３・・・パルス電流発生回路、４・・・Ｘ
線検出器、５・・・光検出器、６・・・電子検出器、７
・・・ゲート回路、８・・・同期制御回路、９・・・デ
ータ処理回路、１０・・・走査コイル、１１・・・走査
コイル励磁電源、１２．１７・・・映像表示装置、１３
・・・補助対物レンズ、１５・・・補助走査手段。

Claims

【特許請求の範囲】

試料を照射する荷電粒子ビーム照射系と、試料から放射
される二次放射検出手段と、試料周囲に配置され、試料
面に荷電粒子ビーム照射系の光軸と同軸的に磁界を形成
するパルス磁界発生手段と、同手段と同期して試料面に
パルス磁界が作用している期間中に二次放射検出信号を
サンプリングする手段とを備えるとともに、荷電粒子ビ
ーム照射系に補助走査手段および或は補助対物レンズを
設け、これらの補助手段を上記パルス磁界発生時に荷電
粒子ビームに所定の偏向量を与え、および正規の合焦が
行われるように作動させるようにしたことを特徴とする
荷電粒子ビーム照射型分析装置。