JPH0528947A - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】低エネルギーイオンビーム照射装置の試料近傍
まで、イオンビームが散乱せず、したがって高電流密度
の低エネルギーイオンビームを試料に照射することがで
きるようにする。 【構成】引き出し電圧を加速電圧とは逆極性の値に設定
し、イオンビーム発生部から、トランスポートを介して
試料にイオンビームを照射するイオンビーム照射装置に
おいて、試料の近傍まで延びていてイオンビームを通過
させる高電圧チューブを設け、この高電圧チューブと所
定の間隔を保って、高電圧チューブをシールドするシー
ルドチューブを設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属材料、セラミック
ス、半導体材料、または他の材料で構成された試料にイ
オンビームを照射するイオンビーム照射装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】試料のイオン照射損傷を観察する場合、
イオン源で発生したイオンを加速管で加速し、必要なエ
ネルギーを付与し、レンズで集束し、マグネットで質量
分析した後、再びレンズで集束し、電子顕微鏡内に設け
られた静電プリズムで偏向し、電子顕微鏡の試料にその
イオンを照射して観察する。なお、イオン源と加速管と
でイオンビーム発生部を構成する。

【０００３】金属材料等の試料にイオンビームを照射す
る場合、一般には、イオンビーム発生部と試料との間
に、数１０ｋＶ以上の直流高電圧を印加し、これによっ
て充分に加速されたイオンが試料に照射される。しか
し、低加速のイオンビームを試料に照射したい場合もあ
り、この場合には、たとえば、最終的な加速電圧が１ｋ
Ｖ程度になるように、イオン加速部に３０ｋＶ程度の電
圧を印加し試料部に２９ｋＶを印加している。

【０００４】一方、試料が電子顕微鏡内に位置する場合
には、電気絶縁等の問題から、試料部の印加電圧をそれ
程高く設定することができないので、イオンビーム発生
部から大きなイオンビームの電流を引き出しつつ、試料
部の印加電圧を低く設定できるようにする必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】また、電子顕微鏡の筐
体内でイオンビームの集束性が低下しないようにするに
は、電子顕微鏡内の接地電位にある筐体内構造物がイオ
ンビームへ与える影響を少なくする必要があり、また、
電子顕微鏡の筐体内で電子ビームとイオンビームとの相
互干渉を小さくする必要があり、このためには、特開昭
６４ー８２４４６号に示してあるように、試料近傍に導
電性チューブを設け、この導電性チューブをアース電位
に維持し、イオンビームに対するアース電位の影響をビ
ームラインに対して対称に保ちつつ、上記導電性チュー
ブを通してイオンビームを試料に照射するようにしてい
る。

【０００６】このようにすれば、導電性チューブが筐体
内の電界、磁界からイオンビームをシールドし、電子ビ
ームとイオンビームとの相互干渉を小さくできるので、
イオンビームの望ましくない偏向によってイオンビーム
が低下することもなく、また、ずれによるイオンビーム
の均一化の乱れもなく、エネルギー密度の高いイオンビ
ームを試料に照射することができる。

【０００７】しかし、上記従来例においては、詳細に検
討すると、低いエネルギーのイオンビームにおいては、
試料近傍の導電性チューブ内で、イオンビーム同士が互
いに反発し、イオンビームが散乱するという問題があ
る。この問題は、イオンビーム照射装置における試料近
傍部分を電子顕微鏡の中に設置する場合に限らず、イオ
ンビーム照射装置における試料近傍部分を電子顕微鏡の
中に設置しない場合にも発生する問題である。

【０００８】本発明は、イオンビーム照射装置の試料近
傍で、低いエネルギーのイオンビームにおいてもイオン
ビームが散乱せず、したがってエネルギー密度が非常に
高いイオンビームを試料に照射することができるイオン
ビーム照射装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、引き出し電圧
を加速電圧とは逆極性の値に設定し、イオンビーム発生
部から、トランスポートを介して試料にイオンビームを
照射するイオンビーム照射装置において、試料の近傍ま
で延びていてイオンビームを通過させる高電圧チューブ
を設け、この高電圧チューブと所定の間隔を保って、高
電圧チューブをシールドするシールドチューブを設けた
ものである。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の説明図である。

【００１１】この実施例は、大別すると、イオンビーム
発生部１０と、トランスポートＴと、電子顕微鏡鏡筒部
４０と、各電源とで構成されている。

【００１２】イオンビーム発生部１０は、イオンを発生
するイオン源と、この発生したイオンを加速する加速管
とで構成され、調整弁Ｖと導入孔Ｇとを介してイオン化
用ガスがイオン源に導入される。イオンビーム発生部１
０は、具体的には、フィラメントＦと、イオン源マグネ
ットＩＭと、アーク部とを有し、加速電源２１から加速
電圧が印加されている。

【００１３】トランスポートＴの中には、上流レンズＬ
１と、補助偏向電極Ｄ１、Ｄ２と、下流レンズＬ２とが
設けられ、トランスポートＴと接地電位との間には、引
き出し電源２２から引き出し電圧が印加されている。こ
の引き出し電圧は、上記加速管とトランスポートＴの引
き出し電極２２ａとの間でイオンを引き出す作用を起こ
させるものであり、イオンビームの周囲の空間を一定の
電圧で保持するものである。上流レンズＬ１と下流レン
ズＬ２とは、イオン源で発生し加速管で加速されたイオ
ンビームの径がそのビーム走行距離とともに大きくなる
ので、イオンビームを集束させてその径を小さくし、イ
オンビームの発散を防止するためのものである。

【００１４】分析マグネットＡＭは、上記イオンビーム
に含まれている不要なイオンを除去するものであり、質
量分析用マグネットＡＭによって、イオンの持つエネル
ギーと質量とで分析し、必要なイオンのみを、トランス
ポートＴの下流に存在する試料Ｓに送り込むものであ
る。

【００１５】電子顕微鏡４１の鏡筒部４０の中には、接
地電位に接続されたシールドチューブＳＴの一部分と、
このシールドチューブＳＴ内の静電プリズムＰ１、Ｐ２
と、高電圧チューブ５０と、試料Ｓとが設けられてい
る。この静電プリズムＰ１、Ｐ２には、静電プリズム電
源２８、２９によって所定電圧（加速電圧と引き出し電
圧との差の電圧がたとえば１０ｋＶである場合には、静
電プリズム電圧はたとえば０．９ｋＶである）が印加さ
れている。なお、シールドチューブＳＴの上端部はトラ
ンスポートＴの下流側の端部を覆い、このトランスポー
トＴの下流側の端部は高電圧チューブ５０の下流、試料
Ｓの近傍まで延在する。

【００１６】加速電源２１は、イオン発生部１０と接地
電位との間に設けられ、正の電圧をイオン発生部１０に
印加し、引き出し電源２２は、トランスポートＴと接地
電位との間に設けられ、負の電圧をトランスポートＴに
印加している。

【００１７】この他に、上流レンズ電源２３、右用補助
偏向電源２４、左用補助偏向電源２５、分析マグネット
電源２６、下流レンズ電源２７、静電プリズム電源２
８、２９、フィラメント電源３１、アーク電源３２、イ
オン源マグネット電源３３が設けられている。

【００１８】図２は、本発明の要部を拡大して示す図で
ある。

【００１９】高電圧チューブ５０は、プリズムＰ１、Ｐ
２の下流近傍と試料Ｓの近傍との間に設けられ、イオン
ビームが通過するチューブであって、引き出し電圧が印
加されている。つまり、高電圧チューブ５０は、その上
流側のリング検出部材６０と一体に製作されている。こ
のリング検出部材６０にリード線５１の一端が接続さ
れ、このリード線５１の他端はトランスポートＴに接続
されている。また、高電圧チューブ５０は、その中を通
過するイオンビームに均等電界を与えるために、内壁の
断面が円形を有するチューブである。なお、リング検出
部材６０は、イオンビームが所定の経路を通過している
ことを検出するリング状の導電部材である。

【００２０】また、シールドチューブＳＴと高電圧チュ
ーブ５０との間は、所定の間隔が保たれ、この間隔に絶
縁物７０が設けられている。絶縁物７０は、ガラス・セ
ラミックス等で構成され、その沿面が長くなるように、
その表面に凹凸が設けられている。

【００２１】次に、上記実施例の動作について説明す
る。

【００２２】ここで、加速電圧と引き出し電圧との差電
圧を１０ｋＶに維持することとし、加速電源２１による
加速電圧を０．５ｋＶに設定したときに、引き出し電源
２２の出力電圧をｘｋＶとする。この場合、０．５ｋＶ
−ｘｋＶ＝１０ｋＶであり、ｘｋＶ＝０．５ｋＶ−１０
ｋＶ＝−９．５ｋＶであるので、したがって、引き出し
電源２２の出力電圧を−９．５ｋＶに設定する。このと
きに、加速電圧を０．６ｋＶに変更したい場合には、加
速電源２１を調整して、その出力電圧を０．６ｋＶに設
定するとともに、引き出し電源２２を調整して、その出
力電圧を−９．４ｋＶに設定する（つまり、０．６ｋＶ
−１０ｋＶ＝−９．４ｋＶである）。このような調整を
行えば、他の電源、つまり、上流レンズ電源２３、右用
補助偏向電源２４、左用補助偏向電源２５、分析マグネ
ット電源２６、下流レンズ電源２７、静電プリズム電源
２８、２９の出力電圧の調整を必要とせずに、イオンビ
ーム径、イオンビーム方向が適正に維持され、試料Ｓに
照射されるイオン密度が所定の値に保たれる。もちろ
ん、フィラメント電源３１、アーク電源３２、イオン源
マグネット電源３３の出力電圧の調整も必要としない。

【００２３】加速電圧を０．５ｋＶから、０．６ｋＶ以
外の電圧に変更する場合も、また、加速電圧を０．５ｋ
Ｖ以外の電圧から、他の電圧に変更する場合も、上記と
同様に、引き出し電源２２の出力電圧の調整を行うだけ
で、上流レンズ電源２３等の他の電源を一切調整する必
要がない。上記実施例においては、加速電圧を変更する
場合に、加速電源２１の出力電圧の調整と引き出し電源
２２の出力電圧の調整とを行うだけで充分であるので、
加速電圧の変更に伴う電源電圧の調整作業が容易であ
り、したがって、加速電圧を変化しながらイオンビーム
を照射した場合に試料Ｓの変化を実時間で観察すること
ができる。

【００２４】ところで、イオンビームがトランスポート
Ｔの中を通過している場合には、トランスポートＴで発
生している引き出し電圧によってイオンビームが加速さ
れ、この高い加速のために、イオンビームの散乱が少な
い。また、静電プリズムＰ１、Ｐ２が電子顕微鏡４１内
に設けられ、しかもその静電プリズムＰ１、Ｐ２にもプ
リズム用電圧以外に所定の電位が付与されているので、
その静電プリズムＰ１、Ｐ２内を通過するイオンビーム
の散乱が少ない。電子顕微鏡４１内には強い磁界が存在
するが、この磁界はシールドチューブＳＴで遮蔽される
ので、その磁界によってイオンビームが乱れることがな
く、静電プリズムＰ１、Ｐ２で発生する電界は、シール
ドチューブＳＴによって遮蔽されるので、その電界が顕
微鏡４１の動作に影響することも無い。

【００２５】また、イオンビームがプリズムＰ１、Ｐ２
の近傍と試料Ｓの近傍との間を通過した後も、高電圧チ
ューブ５０に引き出し電圧が印加されているので、イオ
ンビームは最初の加速電圧−引出し電圧の差電圧に対応
する速い速度で通過し、このプリズムＰ１、Ｐ２の近傍
と試料Ｓの近傍との間においても、イオンビームの散乱
が少ない。したがって、最終的には減速され、低エネル
ギーのイオンビームとはなるが、それまでの散乱が少な
いため、高電流密度の低エネルギーのイオンビームを試
料Ｓに照射することができる。なお、高電圧チューブ５
０の下流側端部と試料Ｓとの間において、イオンビーム
が急速に減速し、試料Ｓにイオンビームが到達するとき
にはイオンビームの速度は引出し電圧分を差し引いた加
速電圧のみで加速された速度になっている。さらに、電
子顕微鏡４１内に存在する強い磁界は、高電圧チューブ
５０を覆うシールドチューブＳＴで遮蔽されるので、そ
の磁界によってイオンビームが乱れることがなく、高電
圧チューブ５０で発生する電界は、シールドチューブＳ
Ｔによって遮蔽されるので、その電界が顕微鏡４１の動
作に影響することも無い。

【００２６】上記実施例において、リング検出部材６０
とトランスポートＴとはリード線５１で接続されている
が、実際には、リード線５１の途中に電流計が設けら
れ、リング検出部材６０の中央透孔部分をイオンビーム
が通過する場合には、その電流計が示す電流値はゼロで
あるが、リング検出部材６０にイオンビームが衝突する
と、その衝突したイオンビーム量に応じた電流値が電流
計に表示される。これによって、所望の経路から外れた
イオンビームの量を知ることができる。

【００２７】上記実施例において、高電圧チューブ５０
は、プリズムＰ１、Ｐ２と試料Ｓの近傍との間に設けら
れているが、顕微鏡４１とは別のターゲットチャンバー
等の中に試料Ｓをセットする場合には、特にプリズムＰ
１、Ｐ２を設ける必要がなく、この場合には、高電圧チ
ューブ５０は直接試料Ｓの近傍に設置する。たとえば、
普通に試料Ｓをターゲットチャンバーに収納した状態で
試料Ｓにイオンビームを照射し、その後、その試料Ｓを
顕微鏡で観察する。

【００２８】また、上記実施例においては、高電圧チュ
ーブ５０に引き出し電圧を印加しているが、イオンビー
ムを加速する電圧であれば、引き出し電圧以外の電圧を
高電圧チューブ５０に印加するようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、低いエネルギーのイオ
ンビームを照射するときにもイオンビーム照射装置の試
料近傍まで、イオンビームが散乱せず、高電流密度の低
エネルギーイオンビームを試料に照射することができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の説明図である。

【図２】上記実施例における要部の拡大図である。

【符号の説明】

１０…イオンビーム発生部、 ２１…加速電源、 ２２…引き出し電源、 ２３…上流レンズ電源、 ２４、２５…補助偏向電源、 ２６…分析マグネット電源、 ２７…下流レンズ電源、 ２８、２９…静電プリズム電源、 ４０…電子顕微鏡鏡筒部、 ５０…高電圧チューブ、 ５１…リード線、 ６０…リング検出部材、 Ｔ…トランスポート、 Ｌ１…上流レンズ、 ＡＭ…分析マグネット、 Ｌ２…下流レンズ、 Ｄ１、Ｄ２…補助偏向電極、 Ｐ１、Ｐ２…静電プリズム、 Ｓ…試料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本田 敏和 東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号 日本 電子株式会社内 (72)発明者 畑 喬雄 東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号 日本 電子株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 所定の試料をほぼ接地電位に保持すると
   ともに、トランスポートに印加する引き出し電圧を、加
   速電圧とは逆極性の値に設定し、イオンビーム発生部か
   ら、上記トランスポートを介して上記試料にイオンビー
   ムを照射するイオンビーム照射装置において、 上記試料の近傍まで延び、上記イオンビームを通過させ
   る高電圧チューブであって、上記イオンビームを加速す
   る電圧が印加された高電圧チューブと；この高電圧チュ
   ーブと所定の間隔を保って、上記高電圧チューブをシー
   ルドするシールドチューブと；を有することを特徴とす
   るイオンビーム照射装置。