JPH0555832B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、例えば、計測分野特に高感度分析法
である二次イオン質量分析法と高分解能観察法と
しての電子顕微鏡との複合化に必須な手段である
試料分析装置に関する。

〔従来技術〕

従来特公昭52−22268号公報および田村他：真
空19（1976）PP280の論文に記載の如く荷電粒子
検出方法として第１図および第２図に示すような
方法が採用されていた。第１図は、シンチレータ
４と光電子増倍管６を組合せた検出系を示したも
のであり、動作原理は、先ず荷電粒子をシンチレ
ータで受けて光に変換し、その光出力を高電子増
倍管により増倍して検出することにある。この検
出器にイオンビーム１と電子ビーム２が同時に入
射するとシンチレータにおけるイオンと電子の発
光効率が異なるため実質上は、電子のみの検出器
として働らくことになる。すなわちイオンのみの
検出は困難である。たとえイオンと電子が同時に
検出できたとしても二次電子増倍管７を利用した
従来の技術では、両者を区別することができな
い。第２図は、検出器として二次電子増倍管７を
利用した従来例を示したものである。この場合
は、イオンおよび電子のいずれも検出可能である
が、両者の信号を独立に区別して検出することは
困難である。

このように従来の検出法では、電子とイオンを
同時に、かつ、区別して検出することが困難であ
るという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、イオン・電子重畳照射ビーム
の検出において、両者の強度変化を独立に且つ定
量的に検出できる試料分析装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明の要旨は、電子とイオンとが重畳した重
畳ビームを試料に照射するための第一の手段と、
前記重畳ビームの照射により前記試料から放出さ
れた二次電子の一部および二次イオンの一部を第
一の膜に入射させるためにその表面に前記第一の
膜を設けたシンチレータと、前記前記第一の膜に
入射しなかつた前記二次イオンを質量分離するた
めの、かつ、前記二次イオンの流れの下流側に設
けた第二の手段と、前記質量分離により抽出した
特定の質量を持つの前記二次イオンを経時的に検
出するための第三の手段と、前記シンチレータ表
面からの発光に基づいて前記二次電子の強度を経
時的に検出するための第四の手段とを有する試料
分析装置であつて、前記第一の膜は、前記第一の
膜に入射した前記二次イオンは前記第一の膜中に
実質的に留まつて前記シンチレータに到達するこ
とを実質的に阻止することが可能であり、かつ、
前記第一の膜に入射した前記二次電子は前記第一
の膜に通過して前記第一の膜の下にある前記シン
チレータに入射して前記シンチレータを発光させ
るような厚さに形成されていることを特徴とする
試料分析装置にある。

本発明では次の３つの現象を利用している。

１ 荷電粒子の物質内への透過性 ２ 発光効率の質量依存性 ３ 磁場偏向における質量依存性 すなわち検出器としてシンチレータを利用した
場合、１）の現象によりシンチレータ表面の導電
層の厚さを適当にすることにより、電子のみが透
過発光に寄与するようにする。たとえイオン励起
による発光があつても、２）の効果により電子の
発光に比較して極めて小さくできる。イオン検出
は３）の効果すなわち磁場偏向を利用してイオン
を電子と区別して検出する。このようにしてイオ
ン・電子重畳ビームにおける電子・イオン分離検
出を実現させる。

本発明を微小領域三次元解析法に適用した一実
施例を示す。第３図に実施例における構成を示
す。装置は、イオンマイクロアナライザと電子顕
微鏡機能を備えた複合構成をもつている。

この装置は、主として一次イオン照射系すなわ
ち荷電粒子源１０、集束偏向系１１、試料室１
２、試料１３、二次イオンおよび電子偏向用セク
タ電場１５、表面に金属膜を付着させたシンチレ
ータ１９、シールドメツシユ１７、光電子増倍管
１６、電子像観察用CRT２２、セクタ磁場１８、
イオン検出器２１およびイオン像観察用CRT２
３より構成されている。

動作原理は次の通りである。正・負両用荷電粒
子源１０としては、デユオプラズマトロンを採用
した。この荷電粒子源はプラズマ型であり、負イ
オンを引出すように引出電圧を印加すると負イオ
ンと電子１４が同一源より放出される。この状態
で試料に負の高圧を印加すると、スパツタ現象に
より試料より負の二次イオン１および二次電子２
が同時に放出される。これらのイオン１および電
子２はセクタ電場１５により図のような軌道を通
り、一部はシンチレータ１９をたたき、一部はシ
ンチレータ１９の中心穴を通過し、セクタ磁場１
８に導入される。シンチレータ１９をたたいたイ
オン１はシンチレータ表面の金属膜に吸収され、
シンチレータ１９を光らすことは困難である。一
方シンチレータ１９をたたく電子２は、その透過
性により、シンチレータ１９を光らせる。このよ
うにして発生した電子による光２０は、光電子増
倍管１６で受けられ、その出力が電子像観察用
CRT２２の輝度変調信号として利用される。

一方シンチレータ１９の中心穴を通過したイオ
ンビーム１は、セクタ磁場１８に導入し、質量分
離後、イオン検出器２１により特定イオンとして
検出される。この出力は、二次イオン像観察用
CRT２３の輝度変調信号として利用され、二次
イオン像として二次元元素像として利用される。

本実施例では、一次荷電粒子ビーム１４を
CRT２２，２３の偏向と同期させて走査させ、
走査型二次イオン像と二次電子像を独立画像とし
て観察することに成功した。この場合、一次電子
ビームとイオンビームは、磁場レンズと電場レン
ズ（省略）の組合せにより、それぞれ独立に集束
させ、試料上でのビーム径は、イオンおよび電子
でそれぞれ1μｍおよび0.05μｍ程度である。すな
わち電子利用により、試料表面の形状を0.05μｍ
以下の像分解能で観察でき、その形状変化にとも
なう質量スペクトル変化および特定二次イオン像
変化をダイナミツクに解析できた。

以上に述べたように、本発明によれば、試料の
三次元形態観察と同時に各表面状態に対応した元
素分布情報がダイナミツクに得られ、試料の多次
元評価（キヤラクタリゼーシヨン）が可能になつ
た。

〔発明の効果〕

本発明の効果は次の通りである。

１ 信号系にイオンおよび電子が重畳されている
場合においても両者を独立に検出することがで
きる。これによりより確かな情報が得られる。

２ 本発明を利用することにより、イオンビーム
の有するエツチング作用と微量分析能（二次イ
オン質量分析法）および電子ビームの微小部観
察能（電子顕微鏡法）を利用して三次元形態観
察と三次元元素濃度分布を同時に且つ連続的に
解析し、物質の多次元評価（キヤラクタリゼー
シヨン）が可能になつた。

【図面の簡単な説明】

第１および第２図は、従来の検出方法を示す原
理図であり、第３図は本発明の実施例を示す原理
図である。 符号の説明、１……イオンビーム、２……電子
ビーム、３……導電性薄膜、４……シンチレー
タ、５……光出力、６……光検出器、７……二次
電子増倍管、８……二次電子、９……フアラデー
カツプ、１０……荷電粒子源、１１……集束偏向
系、１２……試料室、１３……試料、１４……一
次荷電偏粒子ビーム、１５……セクタ電場、１６
……光電子増倍管、１７……シールドメツシユ、
１８……セクタ磁場、１９……シンチレータ、２
０……光出力、２１……イオン検知器、２２，２
３……CRT。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子とイオンとが重畳した重畳ビームを試料
   に照射するための第一の手段と、前記重畳ビーム
   の照射により前記試料から放出された二次電子の
   一部および二次イオンの一部を第一の膜に入射さ
   せるためにその表面に前記第一の膜を設けたシン
   チレータと、前記前記第一の膜に入射しなかつた
   前記二次イオンを質量分離するための、かつ、前
   記二次イオンの流れの下流側に設けた第二の手段
   と、前記質量分離により抽出した特定の質量を持
   つの前記二次イオンを経時的に検出するための第
   三の手段と、前記シンチレータ表面からの発光に
   基づいて前記二次電子の強度を経時的に検出する
   ための第四の手段とを有する試料分析装置であつ
   て、前記第一の膜は、前記第一の膜に入射した前
   記二次イオンは前記第一の膜中に実質的に留まつ
   て前記シンチレータに到達することを実質的に阻
   止することが可能であり、かつ、前記第一の膜に
   入射した前記二次電子は前記第一の膜に通過して
   前記第一の膜の下にある前記シンチレータに入射
   して前記シンチレータを発光させるような厚さに
   形成されていることを特徴とする試料分析装置。 ２ 前記第一の膜は導電膜または金属膜のいずれ
   か一方であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の試料分析装置。