JPH071686B2

JPH071686B2 - イオンマイクロアナライザ

Info

Publication number: JPH071686B2
Application number: JP63236351A
Authority: JP
Inventors: 博問田; 一二三田村; 一政飛田; 寛岩本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1995-01-11
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPH0286036A; US5008537A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、イオンビームを利用したイオンマイクロアナ
ライザ（以下、IMAと略する）に係り、特に、サブミク
ロンの局所分析を可能とする液体金属イオン源、および
分析場所と同一局所の高分解能観察を可能とする走査電
子顕微鏡（以下、SEMと略する）を備えたIMAに関する。

（従来の技術） IMAでは、試料に照射する一次線としてイオン源から照
射されるイオンビームが用いられ、SEMでは電子ビーム
が用いられている。

従来のIMAのイオン源としては、プラズマを利用したデ
ュオプラズマトロン形イオン源や表面電離機構を利用し
た表面電離形イオン源が広く用いられている。

しかし、これらのイオン源のソース径は0.2〜1mmφ程度
と大きく、サブミクロンでの極微小部局所分析には適さ
ない。

そこで、近年になって、高輝度でかつ微小点源（数100
Å以下）を有するイオン源として液体金属イオン源が開
発され、実用化されるに至っている。これは、μｍ程度
の直径を有する針状チップの先端に溶融状態の金属を供
給し、そこに強電界を加えて針状チップの先端に溶融金
属のシャープなコーンを形成し、電界放出機構によるイ
オン放出を行わせるものである。

ところが、これらのイオン源を同一装置内に有し、切換
操作等の簡単な操作によって、該イオン源を適宜に選択
することができるような装置はこれまでなかった。

一方、これらのイオン源を利用するIMAと、電子ビーム
を利用するSEMとを備えた複合電子線装置に関しては、
たとえば特開昭59-68159号公報に記載されているが、こ
れらの複合電子線装置のIMAで用いられるイオン源はデ
ュオプラズマトロン形イオン源または表面電離形イオン
源であり、液体金属イオン源をも備えたIMAはなかっ
た。

（発明が解決しようとする課題）上記したように、従来技術では液体金属イオン源とその
他のイオン源とを備えたIMA、あるいは液体金属イオン
源と電子ビームとを備えたIMAがなく、以下のような問
題があった。

（１）デュオプラズマトロン形イオン源や表面電離形イ
オン源では分析することができないサブミクロンでの微
小部局所分析を行おうとする場合には、イオン源を液体
金属イオン源に交換しなければならず、イオン源交換、
排気、ビームの軸調整等に長時間を要した。

（２）イオン源を用いた局所分析と、同一局所の高分解
能観察とを行おうとする場合には、SEMとIMAとの２台の
装置を用いることになり、試料交換、排気、ビームの軸
調整などに長時間を要した。

（３）一般的に、デュオプラズマトロン形イオン源や表
面電離形イオン源をイオン源とするIMAでは、イオンビ
ームに含まれる不純物イオンビームや中性粒子ビームを
除去するための一次イオン分離装置が備えられているた
めに、複合イオン線線装置に液体金属イオン源を装着し
ただけでは、液体金属イオン源から照射されるイオンビ
ームが、一次イオン分離装置内の質量分離磁場からの偏
向磁界を受け、その結果、偏向収差が増大し、イオンビ
ームの非点が大きくなって、液体金属イオン源の特徴で
あるサブミクロンでの微小部局所分析ができなくなって
しまう。

（４）液体金属イオン源を用いてサブミクロンでの微小
部局所分析を行う場合、測定対象元素の電気的陰性度に
応じて検出感度を上げるため、イオン種をGa⁺、Li⁺、Au⁺
などに切換える必要があるが、従来のIMAでは、各イオ
ン種用液体金属イオン源をその都度交換することにな
り、イオン源交換、排気、ビームの軸調整などに長時間
を要した。

（課題を解決するための手段）上記した問題点を解決するために、本発明は、液体金属
イオン源とその他のイオン源とを、それぞれのイオン源
から照射されるイオンビームを一次ビーム軸上で一致さ
せられるように同一装置内に設置すると共に、前記液体
金属イオン源は、前記その他のイオン源から照射される
イオンビームを質量分離する一次イオン分離装置の後段
に設置するようにした点に特徴がある。

さらに、本発明は電子銃をも同一装置内に設置し、該電
子銃から照射される電子ビームも前記イオンビームと同
一軸上で一致させるようにした点に特徴がある。

（作用）上記した構成によれば、デュオプラズマトロン形イオン
源あるいは表面電離形イオン源等の、液体金属イオン源
以外のイオン源からのイオンビームを利用した微量分析
と、液体金属イオン源からのイオンビームを利用したサ
ブミクロンでの極微量分析とが一台の装置で可能となる
ので、試料交換、排気、ビーム軸調整等の操作時間を大
幅に短縮することができる。

また、液体金属イオン源が、一次イオン分離装置および
質量分離磁場の後段に設置されるので、液体金属イオン
源から照射されるイオンビームは質量分離磁場の影響を
受けずに、偏向収差のないサブミクロン領域のイオンビ
ームとなる。

さらに、電子銃を組み込み、そこから照射される電子ビ
ームを一次ビーム軸と一致させるようにすれば、イオン
ビームによる分析場所と同一局所の高分解能観察とが一
台の装置で行うことができるようになる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例である電子線装置のブロック
図であり、電子ビームを発生する電子銃と、イオンビー
ムを発生するイオン源とを備えた構造となっている。

デュオプラズマトロン形イオン源１はプラズマを利用し
たイオン源であり、表面電離形イオン源２は表面電離機
構を利用したイオン源である。

これらのイオンビームは、試料の微量分析時の一次ビー
ムとして用いられる。

前記イオン源から出力された一次イオンビーム３は、ウ
ィンフィルター方式を含む一次イオン分離装置４によっ
て質量分離され、さらに質量分離磁場５の極性切換えに
よってデュオプラズマトロン形イオン源１と表面電離形
イオン源２との選択が行われ、それぞれのビーム軸は一
次ビーム軸と一致させられる。

質量分離された一次イオンビームは、質量分離アパーチ
ャ６により目的とする質量数のイオンのみが選び出され
る。

一方、サブミクロンの極微量分析時に一次ビームの発生
源として用いられる液体金属イオン源12、および分析場
所と同一局所の高分解能観察時に一次ビームの発生源と
して用いられる電界放射形電子銃13は、液体金属イオン
源・電界放射形電子銃切換え機構10に組み込まれてい
る。

この切換え機構10は、図中横方向に移動することが可能
で、液体金属イオン源12から照射されるイオンビームを
一次ビームとして用いる場合には、同図に示したように
該液体金属イオン源12を、そのイオンビームが一次ビー
ム軸に一致する位置まで移動する。

同様に、電界放射形電子銃13から照射される電子ビーム
を一次ビームとして用いる場合には、該電子銃13を、そ
の電子ビームが一次ビーム軸に一致する位置まで移動す
る。

さらに、前記したデュオプラズマトロン形イオン源１ま
たは表面電離形イオン源２を一次ビームとして用いる場
合には、ビームパスアパーチャ11を一次ビーム軸中心部
に移動して、該一次ビームをそのまま通過させる。

このような構成によれば、デュオプラズマトロン形イオ
ン源１および表面電離形イオン源２からのイオンビーム
を利用した微量分析と、液体金属イオン源12からのイオ
ンビームを利用したサブミクロンの極微量分析と、それ
らの分析場所と同一局所の高分解能観察とが一台の装置
で可能となるので、試料交換、排気、ビーム軸調整等の
操作時間を大幅に短縮することができる。

しかも、液体金属イオン源が、一次イオン分離装置４お
よび質量分離磁場５の後段に設置されるので、液体金属
イオン源12から照射されるイオンビームは磁場による影
響を受けずに、偏向収差のないサブミクロン領域のイオ
ンビームとなる。

なお、本実施例においては、切換え機構10に組み込まれ
る液体金属イオン源が１種類であるが、数種類の液体金
属イオン源を組み込み、それらを同様に一次ビーム軸中
心部に移動できるようにすれば、イオン源交換、排気、
ビーム軸調整等の操作時間を大幅に短縮することができ
る。

また、電子ビームを照射するための電子銃は電界放射形
の電子銃とは限らず、熱電子放射形の電子銃、あるいは
その他の電子銃であっても良い。

さらに、本実施例においては、通常の微量分析を行うた
めのイオン源としてデュオプラズマトロン形イオン源１
と表面電離形イオン源２とを備えたIMAを例にあげて説
明したが、本発明はこれのみに限定されるものではな
く、液体金属イオン源とその他のイオン源とを備えたIM
Aであれば、どのようなものにも適用することができ
る。

対物レンズアパーチャ７は一次ビームのビーム径を規制
し、偏向電極26は画像表示を行うために一次ビームを試
料上でラスター走査する。

静電・磁場レンズ８は静電レンズと磁場レンズとが組み
合わされたものであり、通常の分析においてイオンビー
ムおよび電子ビームを収束させる場合には静電レンズと
して用いられ、球面収差の少ない高分解能観察時の電子
ビーム収束時には磁場レンズとして用いられる。

一方、一次ビームが試料９に照射されることによって該
試料９より放出された二次イオン14の一部は、入射スリ
ット15を経てセクター電場16でエネルギー分離された
後、セクター磁場17によって質量分離され、その後二次
イオン検出器18によって検出される。

検出された二次イオン信号はデータ処理装置21によって
データ処理され、その結果である質量スペクトルがデー
タ表示装置22に表示される。

又、セクター電場16を通過した二次イオン14は、イオン
・電子コンバーター19により電子に変換され、全イオン
検出器20により検出される。

このような構成によれば、試料９から同一方向に放出さ
れた全イオンと特定物質の二次イオンとを同時に検知す
ることができるので、二次イオン検出器18で検出された
情報と全イオン検出器20で検出された情報とを、図示し
ていない比較手段で比較し、その結果に基づいて分析を
行うようにすれば、一次イオン電流の変動が分析結果に
及ぼす影響等を補正することができるのでさらに正確な
分析が可能となる。

なお、上記した比較・分析は既知の方法によって行われ
るものであり、その説明は省略する。

試料９より放出された二次電子23は、試料９の電位をイ
オン・電子コンバーター19よりマイナス電位にすれば二
次イオンを同一の経路を通るので、全イオン検出器20に
よって検出される。

又、二次電子23は、二次電子偏向磁場24により偏向する
ことで二次電子検出器25によっても検出できる。

像観察CRT27への信号は、像選択回路28によって選択さ
れる二次イオン検出器18、全イオン検出器20、あるいは
二次電子検出器24のいずれかから出力される。

なお、上記した実施例においては、本発明をイオンビー
ムを利用した極微量分析と、それらの分析場所と同一局
所の高分解能観察とが一台の装置で可能となるIMAを例
に説明したが、電子ビームを照射する電子銃が設置され
ないIMAにも適用できることは明らかであろう。

また、上記した実施例においては、液体金属イオン源12
および電子銃13のみを切換え機構10に組み込むものとし
て説明したが、液体金属イオン源以外のイオン源である
デュオプラズマトロン形イオン源１あるいは表面電離形
イオン源２等をも切換え機構10に組み込み、必要に応じ
てこれらを適宜選択するようにしても良い。

ただし、液体金属イオン源以外のイオン源を選択する場
合には、その後段に一次イオン分離装置が設置されるよ
うにする必要がある。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば次のよ
うな効果が達成される。

（１）デュオプラズマトロン形イオン源および表面電離
形イオン源からのイオンビームを利用した極微量分析
と、液体金属イオン源からのイオンビームを利用したサ
ブミクロンの微量分析とが一台の装置で可能となるの
で、試料交換、排気、ビーム軸調整等の操作時間を大幅
に短縮することができる。

（２）液体金属イオン源が、一次イオン分離装置および
質量分離磁場の後段に設置されるので、液体金属イオン
源から照射されるイオンビームは磁場による影響を受け
ずに、偏向収差のないサブミクロン領域のイオンビーム
となる。

（３）複数種の液体金属イオン源が、一次ビーム軸中心
部に移動できるようにしたので、イオン源交換、排気、
ビーム軸調整等の操作時間を大幅に短縮することができ
る。

（４）さらに、電子銃を組み込み、そこから照射される
電子ビームが一次ビームと同一軸上に重ねられるように
すれば、イオンビームによる分析場所と同一局所の高分
解能観察が可能となる。

（５）収束レンズを静電レンズと磁場レンズとの複合レ
ンズにしたので、イオンビームを収束する場合にはイオ
ンの質量数に焦点距離が無関係な静電レンズに切換え、
電子ビームを用いた高分解能観察時には球面収差の少な
い磁場レンズに切換えることができる。すなわち、一次
ビームが電子ビームまたはイオンビームであるかに応じ
て最適なレンズが容易に選択できる。

（６）像観察用の検知器をセクター電場とセクター磁場
との間に備えたので、試料から同一方向に放出された質
量分離されていない全イオンと、質量分離された特定二
次イオンと、二次電子とを同時に検知できるようにな
る。

したがって、一次イオン電流の変動が分析結果に及ぼす
悪影響等を補正することができるようになる。

【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である。１……デュオプラズマトロン形イオン源、２……表面電
離形イオン源、３……一次イオンビーム、４……一次イ
オン分離装置、５……質量分離磁場、６……質量分離ア
パーチャ、７……対物レンズアパーチャ、８……静電・
磁場レンズ、９……試料、10……液体金属イオン源・電
界放射形電子銃切換え機構、11……ビームパスアパーチ
ャ、12……液体金属イオン源、13……電界放射形電子
銃、14……二次イオン、15……入射スリット、16……セ
クター電場、17……セクター磁場、18……二次イオン検
出器、19……イオン・電子コンバーター、20……全イオ
ン検出器、21……データ処理装置、22……データ表示装
置、23……二次電子、24……二次電子偏向磁場、25……
二次電子検出器、26……偏向電極、27……像観察CRT、2
8……像選択回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飛田一政茨城県勝田市市毛1040番地日立那珂精器株式会社内 (72)発明者岩本寛茨城県勝田市市毛882番地株式会社日立製作所那珂工場内 (56)参考文献特開昭62−223957（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−10450（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一種類の液体金属イオン源と、液体金属イオン源以外のイオン源と、前記液体金属イオン源以外のイオン源から照射されるイ
オンビームを質量分離する一次イオン分離装置と、前記液体金属イオン源以外のイオン源から照射されるイ
オンビームを一次ビーム軸と一致させる偏向手段と、液体金属イオン源から照射されるイオンビームが前記一
次ビーム軸と一致するように、前記液体金属イオン源の
設置位置を移動する手段と、イオンビームを収束して試料に照射する手段と、試料から放出される二次粒子を検出する手段と、前記検出手段からの信号に基づいて試料の分析を行う手
段とを具備したイオンマイクロアナライザであって、前記液体金属イオン源は、一次イオン分離装置と試料と
の間に設置されることを特徴とするイオンマイクロアナ
ライザ。
【請求項２】電子ビームを照射する電子銃と、電子銃から照射される電子ビームが前記一次ビーム軸と
一致するように、該電子銃の設置位置を移動する手段と
をさらに具備し、前記電子銃は一次イオン分離装置と試
料との間に設置されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のイオンマイクロアナライザ。
【請求項３】前記液体金属イオン源および電子銃は、同
一の移動手段によって移動されることを特徴とする特許
請求の範囲第２項記載のイオンマイクロアナライザ。
【請求項４】前記移動手段は、前記液体金属イオン源以
外のイオン源から照射されるイオンビームを通過させる
アパーチャを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項ないし第３項のいずれかに記載のイオンマイクロア
ナライザ。
【請求項５】前記収束手段は、電場レンズとしての機能
と磁場レンズとしての機能とを備えた電磁場併用レンズ
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
４項のいずれかに記載のイオンマイクロアナライザ。
【請求項６】前記二次イオン検出手段は、セクター電
場、該セクター電場の後段に設置されたセクター磁場、
該セクター電場とセクター磁場との間に設置された全イ
オン検出器、およびセクター磁場の後段に設置された二
次イオン検出器からなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項ないし第５項のいずれかに記載のイオンマイク
ロアナライザ。
【請求項７】前記液体金属イオン源以外のイオン源は、
デュオプラズマトロン形イオン源および表面電離形イオ
ン源の少なくとも一方であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載のイオンマ
イクロアナライザ。