JPS6282634A

JPS6282634A - 元素分析装置

Info

Publication number: JPS6282634A
Application number: JP60221249A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Shiokawa; 善郎塩川
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1985-10-04
Filing date: 1985-10-04
Publication date: 1987-04-16
Also published as: JPH0361983B2

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、試料にイオンを照射し、その試料から放出さ
れる二次粒子を質量分析することによって、その試料の
元素固定を行う元素分析装置に関する。

（従来の技術）第５図には従来の元素分析装置の断面構成が示されてい
る。一般的にこの種の元素分析装置はイオン銃１と質量
分析計２により構成されている。

前記イオン銃１はイオン源３と磁場型質量分光器４とビ
ーム収束成形部５とを有しており、イオン源３は、例え
ば、真空中の該イオン源３に導入されたガスに高電圧を
印加する等してイオンを生成加速し、この生成加速され
たイオンのイオンビ−ムロを真空中の磁場型質量分光器
４に放出する。

該磁場型質量分光器４は第６図に示すように、互いに対
向する一対のヨーク７および同８と、このヨーク７およ
び同８を励磁するコイル９とから構成され、ヨーク７お
よび同８間に発生する磁界によってイオンビーム６はそ
の飛行軌道が制御されビーム収束成形部５へ導かれる。

該ビーム収束成形部５の筒壁１０内にはレンズ１１が配
置されており、また筒壁１０の出口側にはビームアパー
チャ１２が設けられている。したがって、筒壁１０内に
導入されたイオンビーム６はレンズ１１により集束され
る。そしてこの集束されたイオンビーム６はビームアパ
ーチャ１２により周辺部のビームがカットされ、ビーム
成形が行われる。そしてこのビーム成形されたイオンビ
ーム６ａが試料１３を照射する。このイオンビーム６ａ
の照射を受けて試料１３から二次粒子２４が放出するが
、この二次粒子２４の質量は質量分析計２によって分析
され、その分析値によって試料の元素を確定することが
できるのである。

周知のように、この種の元素分析を高精度に行うために
は、イオンビーム６の純度を高くすることが非常に重要
である。上記従来例においては、イオンビーム６中の不
純物イオンの除去は磁場型質量分光器４によって行われ
ている。すなわち、試料１３に照射ずべき照射基準イオ
ンとしての特定イオン（例えば、Ｉ　）と、それ以外の
不純物イオン（例えばＣ”　、Ｆｅ＋等）との質量の違
いにより、磁場型質量分光器４内の飛行軌道がそれぞれ
のイオンごとに異なる。したがって、磁場型質量分光器
４の入口から出口に至るイオンビーム６の軌道を特定イ
オンの軌道と一致するように磁界を制御することにより
、不純物イオンはその軌道から外れて除去されるのであ
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記のように、不純物イオンの除去を磁
場型質量分光器４を用いて行う場合には、該磁場型質量
分光器４にヨーク７および同８とコイル９を必要とする
ため、装置が大型化してしまうという不都合がある。

また、この種の磁場型質量分光器４は漏れ磁場が大きく
、この漏れ磁場が試料１３を照射するイオンヒビ−ムロ
ａの照射位置を変位させたりビーム径を変化させたりし
て二次粒子の質量分析に悪影響を与える。したがって、
試料１３の近傍位置に前記磁場型質量分光器４を設置で
きず、そのため、より下流側（試料側）に存在している
レンズ１１やビームアパーチャ１２付近で発生した不純
物イオン（例えばＦ、）を除去することが不可能であり
、高精度な元素分析を行うことができなかった。さらに
、磁場型質量分光器４にコイル９が設けられているので
真空排気時にコイル９からのガス放出が多い、しかも真
空排気に際し、コイル９の絶縁被覆層の損傷を防止する
観点からベーキング〈加熱）も不可能なため、装置内を
超高真空にすることが難しい。そのため、装置内の残留
ガスが試料１３や装置の表面に付着して試料１３や装置
内壁を汚染する等の問題も発生した。

本発明はこれらの問題を解決するためになされたもので
あり、その目的は高精度の元素分析を行うことができ、
かつ試料等のガス汚染を防止し、さらに装置の小型化を
図ることができる元素分析装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）一般に、イオンビームに含まれる不純物イオンの発生メ
カニズムは以下の２通りに区別される。

その第１は、イオン源に導入される動作ガスの中に含ま
れている不純物ガスおよび装置内の残留ガスが電子或は
イオン衝撃を受けてイオン化される場合（例えばＣ”　
）であり、その第２はイオン源やイオン銃内のレンズあ
るいはビームアパーチャ等の電極がイオン衝撃を受けて
二次イオンを発生する場合（例えばＦ−）である０本発
明はこの前者による不純物イオンは高純度な動作ガスを
使用すること、および装置を超高真空化することにより
除去可能なことに着目し、後者による不純物イオンは、
特定イオンとその保有するエネルギが異なることを利用
して除去できることに着目したものである。ところで、
不純物イオンと特定イオンとのエネルギに差があること
は次のように説明できる。すなわち、二次イオンが発生
するためには、ある程度のエネルギを持ったイオンの照
射を受ける必要がある。逆に言えば、特定イオンのエネ
ルギよりもある程度低いポテンシャルエネルギを持った
電極からしか二次イオンは発生しないことになる。その
なめ発生した二次イオン（不純物イオン）は木質的に特
定イオンのエネルギよりも低い値となり、特定イオンと
不純物イオンとの間には必ずエネルギに差があることに
なる。

本発明は上記不純物イオンの発生メカニズムとその性質
に着目し、不純物イオンを効果的に除去するために次の
ような構成となっている。すなわち、本発明は、試料に
イオンビームを照射するイオン銃と、このイオンビーム
の照射を受けて試料から放出される二次粒子の質量分析
を行う質量分析計とを具備する元素分析装置において、
前記イオン銃には前記イオンビーム中に含まれている不
純物イオンを除去し照射基準イオンとしての特定イオン
のみを透過する静電型エネルギ分光器が設けられている
元素分析装置である。

（作　用）」１記構成からなる本発明において、イオン銃のイオン
源内で生成・加速されたイオンビーム中には特定イオン
の池に不純物イオンが存在する。しかし電極からの二次
イオンに起因する不純物イオンを含むイオンビームは静
電型エネルギ分光器により工・ネルギ分離作用を受は保
有エネルギが大きい特定イオンのみが透過され、この特
定イオンよりも低エネルギの電極からの二次イオンに起
因す不純物イオンは確実に除去される。また、ガス放出
が少なく、ベーキング（加熱）が可能な静電型エネルギ
分光器を使用しているため、装置内を超高真空にするこ
とが出来るので、残留ガスに起因する不純物イオンも除
去される。（当然のことながら、動作ガスとしては高純
度なものを使用する）したがって、試料からは特定イオ
ンのみの照射を受けて二次粒子が放出されることとなり
、試料の元素分析を高精度で行うことが可能となるもの
である。

（実　施　例）以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。な
お、本実施例の説明において従来例の構成部分と同一の
構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。第
１図には本発明に係る一実施例の全体構成が示されてお
り、また、第２図には第１図の装置に使用されている静
電型エネルギ分光器１４の構成が示されている。

第１図において、本実施例におけるイオン銃１はイオン
源３と、ビーム収束成形部５と、静電型エネルギ分光器
１４により構成されている。イオン源３は従来例と同様
に該イオン源３内に導入された動１乍ガスを励起してイ
オンを生成・加速し、この生成・加速されたイオンビー
ム６をビーム収束成形部５に放射する。この場合、本実
施例では動作ガスとして極めて純度の高いガスが使用さ
れ、不純物イオンの発生を防止している。前記ビーム収
束成形部５はイオン源３から放射されたイオンビーム６
をレンズ１１により収束し、さらにビームアパーチャ１
２によりビーム成形を行う。そして、ビーム成形された
イオンビーム６は静電型エネルギ分光器１４内に放射さ
れる。

この静電型エネルギ分光器１４は第２図に示すように、
イオンビーム６の入口と出口を持つケース１５を有し、
このケース１５内に一対の４５向電極１６および同１７
が一定の間隙を介して対向配置されている。そして、前
記偏向電極１６は第１の電源１８の正極に接続されてお
り、また、他方の偏向電極１７は第２の電源１９の負極
に接続されている。この結果、鋼内電極１６は正電圧と
なり、一方、偏向電極１７は負電圧となり、これら（Ｑ
面電極１６および同１７間に電場が形成される。本実施
例においては、静電型エネルギ分光器１４の透過可能エ
ネルギ幅をＥＴ、特定イオンビーム６Ａの固有エネルギ
幅をＥｓ、特定イオンビーム６Ａのエネルギとイオン源
３およびビーム収束形成部５に配置された電極（イオン
照射を受けて不純物イオンを発生ずる）とのポテンシャ
ルエネルギの差をＥＤとしたとき、Ｅｓ　＜ＥＴ　＜２
ＥＣの関係となるようにエネルギ調整がなされている。

この場合、例えば、エネルギ幅Ｅｔは遍向電極１６およ
び同１７間の電場を通る特定イオンビーム６Ａの中心軌
道位置のポテンシャルエネルギを可変することにより、
あるいは後述のエネルギ分離アパーチャ２１のビーム通
過孔２２の直径を可変することにより制御できる。また
、特定イオンビーム６のエネルギＥ。およびその固有エ
ネルギ幅Ｅ９はイオン源３におけるイオン生成条件を可
変すること等により制御でき、さらに、イオン源３およ
びビーム収束形成部５内の電極のポテンシャルエネルギ
は該電極への印加電圧等を可変することにより制御でき
る。ところで、ゲース１５の出口側には前記偏向電極１
６および同１７の端面と一定の間隙２０を介してエネル
ギ分離アパーチャ２】が設けられている。このエネルギ
分離アパーチャ２１の中心部にはビーム通過孔２２が形
成され、このビーム通過孔２２の直径を可変することに
より前記の如く特定イオンビーム６Ａの透過可能エネル
ギ幅が調整される。

上記のように構成されている本実施例において、イオン
源３から静電型エネルギ分光器１４に放射されたイオン
ビーム６は漏向電極１６および同１７により形成される
電場によりそのエネルギに応じて偏向される。すなわち
、エネルギの高い特定イオンビーム６Ａはエネルギ分離
アパーチャ２１を通過するのに対し、エネルギの低い不
純物イオンビーム６Ｂは特定イオン６Ａの軌道から外れ
て分離・除去される。この時、第４図に示すように、特
定イオンビーム６Ａの中心のエネルギをＥｏとし、静電
型エネルギ分光器１４の透過可能エネルギ幅ＥＴを特定
イオンビーム６Ａの固有エネルギ幅ＥＳより大きくして
おけば特定イオンビーム６Ａの損失は全くない、またさ
らに特定イオン６Ａのエネルギと不純物イオンを発生す
るイオン源３およびビーム収束形成部５の内の各電極の
ポテンシャルエネルギ（この電極のポテンシャルエネル
ギは該電極から発生する不純物イオンのイオンビーム６
Ｂのエネルギに等しい。）の差ＥＤを上記ＥＴの半分の
値（片幅）より大きくしておけば、不純物イオンビーム
６Ｂは完全に除去される。すなわち、Ｅｓ＜Ｅア＜　２
　Ｅ　ｏの関係を満足するように各エネルギの条件を設
定することにより、理想的なイオンビーム６の純化が達
成されることになる。また、エネルギ分離アパーチャ２
１自身から二次イオンが発生し試料１３に照射されてし
まうことのないようにするために、エネルギ分離アパー
チャ２１のビーム通過孔２２の直径を該ビーム通過孔２
２の通過位置における特定イオンビーム６Ａの直径より
も大きくしている。

上述した如く、本実施例の静電型エネルギ分光器１４を
備えたイオン銃１ではエネルギ分解によりイオン源３お
よびビーム収束形成部５内で発生ずる不純物イオンの除
去が可能であり、同時にコイル９を不用とする静電型エ
ネルギ分光器１４においては、コイル９からの不純物ガ
スの放出が回避でき、また、真空排気に際しベーキング
も支障なく行えるので、装置の超高真空化を達成できる
、したがって、残留ガス等に起因する不純物イオンの除
去も可能となるのである。また、静電型エネルギ分光器
１４はヨーク７および同８やコイル９を必要とせず、イ
肩向電ａｉ１６および同１７とエネルギ分離アパーチャ
２１のみにより構成されているので小型であり、その上
、二次粒子の質量分析に悪影響を与えるもれ電場や磁場
等がないため、試料１３の近くに設置できる。そのため
、従来例では除去不可能であったビーム下流（試料）付
近に設置されているレンズやビームアパーチャから発生
した不純物イオンも完全に除去することが出来る。

なお、本実施例ではイオン源３として、動物ガスを使用
する気体イオン化方式のイオン源を用いたが、これ以外
に例えば、個体および液体イオン化方式のイオン源とす
ることも可能である。また、静電型エネルギ分光器１４
は必ずしもイオン銃１の最終段に設置しなくてもよく、
該静電型エネルギ分光器１４の下流側（試料側）に設置
されている部材（不純物イオンを発生する電極等の部材
）をイオンビームが衝撃（照射）しないようになってい
ればよい。さらに、本実施例ではエネルギ分離アパーチ
ャ２１を通過した特定イオンビーム６Ａを直接試料１３
に照射しているが、その照射ビーム径を細くする必要が
ある場合は、第１図の破線で示すように、エネルギ分離
アパーチャ２１と試料１３の間に特定イオンビーム６Ａ
の透過孔を有する対物レンズ２３を介設してもよい。

さらに、本実施例を含むこの種の元素分析装置において
は、通常、二次粒子２４として、試料１３から放出され
る二次イオンを直接利用しているが、質量分析計２にイ
オン化機能を持たせ、試料１３から放出される中性粒子
をイオン化し、このイオン化された二次粒子を用いて試
料１３の元素同定を行うようにしてもよい。

（発明の効果）本発明は以上説明したような構成と作用とを有している
ので、試料に照射するイオンビームのうちから不純物イ
オンを完全に除去し、特定イオンのみを試料に照射する
ことが可能となり、これにより試料の元素分析を極めて
高精度のもとに行うことができる。また、本発明は従来
例において用いられている磁場型質量分光器を用いず、
静電型エネルギ分光器により構成されているから、ヨー
クやコイルを省略でき、この結果、装置の小型化を十分
図ることができる。

さらに、真空排気時にガス発生源となるコイルが不用で
あるから、ベーキングを行って装置内の超真空排気を達
成でき、これにより、試料や装置内壁が残留ガスにより
汚染されるという従来の弊害を確・実に除去することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例の構成を示す断面図、第２
図は第１図に含まれる静電型エネルギ分光器の詳細断面
図、第３図は第２図のＡから見た偏向電極とイオンビー
ムのｒＩＩＪ係を示す側面図、第４図は静電型エネルギ
分光器のエネルギ調整状態を示す説明図、第５図は従来
の元素分析装置の構成図、第６図は第５図に含まれる磁
場型質量分光器の構成図である。１・・・・・・イオン銃、　２・・・・・・質量分析計
、３・・・・・・イオン源、　４・・・・・・磁場型質
量分光器、５・・・・・・ビーム収束成形部、　６．６
ａ−・・・・・イオンビーム、　６Ａ・・・・・・特定
イオンビーム、　６Ｂ・・・・・・不純物イオンビーム
、　７，８・・・・・・ヨーク、９・・・・・・コイル
、　１０・・・・・・筒壁、　１１・・・・・・レンズ
、　１２・・・・・・ビームアパーチャ、　１３・・・
・・・試料、　１４・・・・・・静電型エネルギ分光器
、　１５・・・・・・ケース、　　１６．１７・・・・
・・偏向電極、　　１８・・・・・・第１の電源、　１
９・・・・・・第２の電源、　２０・・・・・・間隙、
　２１・・・・・・エネルギ分離アパーチャ、２２・・
・・・・ビーム通過孔、　２３・・・・・・対物レンズ
、２４・・・・・・二次粒子。代理人　弁理士　　八　幡　　義　博審　／　図卆り（イオシヒｔムｌＡ第２　図１５ケース第　３　図第　４　図第　６　図第ｅｒｇ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料にイオンビームを照射するイオン銃と、この
イオンビームの照射により試料から放出される二次粒子
の質量分析を行う質量分析計とを具備する元素分析装置
において、前記イオン銃には前記イオンビーム中に含ま
れている不純物イオンを除去し照射基準イオンとしての
特定イオンのみを透過する静電型エネルギ分光器が設け
られていることを特徴とする元素分析装置。
（２）静電型エネルギ分光器は、イオンビームの透過可
能エネルギ幅をＥ＿Ｔ、特定イオンビームの固有エネル
ギ幅をＥ＿Ｓ、特定イオンビームのエネルギと不純物イ
オンビームのエネルギ（不純物イオンを発生する電極の
ポテンシャルエネルギ）との差をＥ＿Ｄとしたとき、Ｅ
＿Ｓ＜Ｅ＿Ｔ＜２Ｅ＿Ｄなる関係を有するように構成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載の元素分析装置。
（３）静電型エネルギ分光器は、イオン銃内のビーム形
成用アパーチャよりも下流側（試料側）に設置されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の元
素分析装置。