JPS58102454A - Ion analyzer - Google Patents
Ion analyzerInfo
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- JPS58102454A JPS58102454A JP56202082A JP20208281A JPS58102454A JP S58102454 A JPS58102454 A JP S58102454A JP 56202082 A JP56202082 A JP 56202082A JP 20208281 A JP20208281 A JP 20208281A JP S58102454 A JPS58102454 A JP S58102454A
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- ions
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- scattered
- ion
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/252—Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、1次イオンビームが試料に入射した際に生じ
る2次イオンのうち、前方散乱イオンを検出して試料の
構成元素を分析するイオン分析装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion analyzer that detects forward scattered ions among secondary ions generated when a primary ion beam is incident on a sample to analyze constituent elements of the sample.
イオン分析装Wは、1次イオンビームを試料に入射せし
め、入射した際に生じる2次イオンを検出して試料の構
成元素の分布を測定するものである。1次イオンビーム
のイオン種としては、例えば1(÷、 He÷、Ar中
等の軽元素イオンが用いられる。第1図は、1次イオン
ビームの入射及び散乱状態を示す図である。質l−1の
イオンが、試料Sに対して成る角度で入射すると、試料
S内のA点で賀112のターゲット原子と衝突する。こ
の時、入射イオンは一定のエネルギーを持っているので
、衝突されたターゲット原子は試料外に押し出され、入
射イオン自体も入射線方向nに対して角θの方向に散乱
する。ここで、衝突前の入射イオン(1次イオン)の持
っているエネルギーをEO%ターゲット原子と衝突後の
入射イオン(2次イオン)の持っているエネルギーをE
とすると、Eは次式で表わされる。The ion analyzer W makes a primary ion beam incident on a sample, detects secondary ions generated when the beam is incident, and measures the distribution of constituent elements of the sample. As the ion species of the primary ion beam, for example, light element ions such as 1(÷, He÷, Ar, etc.) are used. FIG. 1 is a diagram showing the incident and scattering state of the primary ion beam. When an ion of −1 is incident on the sample S at an angle of The target atoms are pushed out of the sample, and the incident ions themselves are also scattered in the direction of an angle θ with respect to the incident line direction n.Here, the energy of the incident ions (primary ions) before collision is expressed as EO% The energy of the incident ion (secondary ion) after colliding with the target atom is E
Then, E is expressed by the following formula.
E=Eo (m 、 cosθ±(+!122 @
12sin 2θ)” )2/(ml +12 )2
・・・・・・(1)
従来のこの種の装置では、入射した方向に散乱した所謂
後方散乱イオンを検出して分析するI88 (Ion
Scattering 5pectroLletry
)法が用いられている。代表的な例として、散乱角θ−
πの場合を考えると(1)式は次式のようになる。E=Eo (m, cosθ±(+!122 @
12 sin 2θ)” )2/(ml +12)2
(1) Conventional devices of this type detect and analyze so-called backscattered ions scattered in the direction of incidence.
Scattering 5pectroLletry
) method is used. As a typical example, the scattering angle θ−
Considering the case of π, equation (1) becomes the following equation.
Ee−x =Eo (13−12/l z +膳z
)2−(141112/(11+12)2 )EO・・
・・・・(2)
(2)式から、θ=πのとき、即ち、イオンがちとの入
射方向にそのまま散乱する後方散乱では、散乱したイオ
ンは次式で与えられるようなエネルギー損失ΔEを受け
ていることがわかる。Ee-x = Eo (13-12/l z + Zenz
)2-(141112/(11+12)2)EO...
...(2) From equation (2), when θ = π, that is, in backscattering in which ions are directly scattered in the direction of incidence, the scattered ions have an energy loss ΔE given by the following equation. I can see that you are receiving it.
Δ F=4m 112/ (If +12
) 2−−(3)従って、入射イオンの質量
脂1、エネルギーE00が予め既知であれば、散乱イオ
ンのエネルギー損失ΔFを測定することにより、ターゲ
ット原子の質量−2を求めることができる。即ち、イオ
ン分析装置として利用することができる。ΔF=4m 112/ (If +12
) 2-(3) Therefore, if the mass fat 1 and energy E00 of the incident ion are known in advance, the mass -2 of the target atom can be determined by measuring the energy loss ΔF of the scattered ions. That is, it can be used as an ion analyzer.
ところが、(1)式より明らかなように11≧−2とす
るとエネルギーEが複素数となるので後方散乱は起こり
えない。後方散乱が起こるためには、IIII<1I1
2である必要がある。即ち、入射イオンの質量11は、
ターゲット原子の質■12よりも小さくなければならな
い。このため、従来のこの種の装置でISSを行う場合
、プロトンや、水素イオン、ヘリウムイオン等の軽元素
イオンがイオン種として用いられている。However, as is clear from equation (1), if 11≧-2, the energy E becomes a complex number, so backscattering cannot occur. For backscattering to occur, III<1I1
Must be 2. That is, the mass 11 of the incident ion is
Quality of target atom ■ Must be smaller than 12. For this reason, when performing ISS using a conventional device of this kind, light element ions such as protons, hydrogen ions, and helium ions are used as ion species.
しかし、軽元素イオンをイオン種として用いているため
、エネルギーが小さく、イオン源としての強度、輝度が
小さく、このためイオンビームを細く絞ることができな
い。従って、局所的な分析ができないという欠点を有し
ている。However, since light element ions are used as the ion species, their energy is low, and the strength and brightness of the ion source is low, making it impossible to narrow down the ion beam. Therefore, it has the disadvantage that local analysis cannot be performed.
ここで、散乱イオンが第1図に示すように、入射イオン
の進行方向にそのまま散乱する前方散乱の場合を考える
。例えば、簡単のためにθ−〇とすると(1)式は次式
のようになる。Here, consider the case of forward scattering in which the scattered ions are directly scattered in the traveling direction of the incident ions, as shown in FIG. For example, if θ−〇 is used for simplicity, equation (1) becomes the following equation.
E=Eo (m 1cos±Ill 2 )2/ (I
ll l十@ 2)2・・・・・・(4)
この(4)式が示すように2この場合は−lく簡2であ
る必要はなく、−1≧l112であってもよい。従って
、イオン種の選択に制限がないので、比較的重い元素を
イオン種として用いることが可能となる。よって、イオ
ン源としての強度、輝度を大きくでき、イオンビームを
細く絞ることができる。このため、局所的な分析も可能
となる。E=Eo (m 1cos±Ill 2 )2/ (I
ll l ten @ 2) 2... (4) As shown in equation (4), 2 does not need to be -l in this case, and -1≧l112 may be true. Therefore, since there are no restrictions on the selection of ion species, it is possible to use relatively heavy elements as ion species. Therefore, the strength and brightness of the ion source can be increased, and the ion beam can be narrowed down. Therefore, local analysis is also possible.
本発明は、このような点に注目してなされたもので、入
射イオンのスキャンと散乱イオンのアンチスキャン系を
同期させ、試料に対する入射イA°ンの入射角及び入射
角に対する散乱イオンの散乱角を、入射イオンビームの
試料走査に係らず一定となるような散乱イオンのみをエ
ネルギーアナライザに導くように構成して、試料の構成
元素の分布測定の他、試料の一部分のみの局所的分布も
可能としたイオン分析装置を実現したものである。The present invention has been made with attention to these points, and it synchronizes the scanning of incident ions and the anti-scanning system of scattered ions, and calculates the angle of incidence of the incident ion with respect to the sample and the scattering of the scattered ions with respect to the angle of incidence. By configuring the angle so that only the scattered ions that remain constant regardless of the sample scanning of the incident ion beam are guided to the energy analyzer, it is possible to measure not only the distribution of constituent elements of the sample but also the local distribution of only a part of the sample. This is the result of realizing an ion analyzer that makes this possible.
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第2図は、本発明の一実施例を示す構成図である。図に
おいて、1はイオン源、2は該イオン源1から発射され
た1次イオンビーム、3はイオンビーム2を収束させる
イオンレンズである。4.4′は該イオンレンズ3で小
さく絞られたイオンビームを試料上で2次元に走査する
スキャナ、5は1次イオンビームがその上を走査する試
料である。この試料5は、イオンビームの入射方向に対
して充分薄く作り、入射イオンが試料内の試料原子によ
り多数回の散乱(多重散乱)を受けないようにする。試
料5の厚さは、例えば1000Å以下に選ばれる。入射
イオンは、試料5内のターゲット原子と衝突して散乱を
起こし、前述したように、入射方向に対してθの角度で
試料5を突き扱ける。勿論、試料5内で更に別の原子と
衝突して多重散乱するイオンも一定の確率で存在するが
、本発明装置には用いられない。FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is an ion source, 2 is a primary ion beam emitted from the ion source 1, and 3 is an ion lens for converging the ion beam 2. 4.4' is a scanner that two-dimensionally scans the ion beam narrowed by the ion lens 3 on the sample; 5 is the sample over which the primary ion beam is scanned. The sample 5 is made sufficiently thin in the direction of incidence of the ion beam to prevent the incident ions from being scattered multiple times (multiple scattering) by sample atoms within the sample. The thickness of the sample 5 is selected to be, for example, 1000 Å or less. The incident ions collide with target atoms in the sample 5 to cause scattering, and as described above, the sample 5 can be struck at an angle of θ with respect to the incident direction. Of course, there are also ions that collide with other atoms in the sample 5 and undergo multiple scattering with a certain probability, but these are not used in the apparatus of the present invention.
6.6′は、スキャナ4,4′の偏移分を戻して散乱イ
オンの軌道を修正するアンチスキャナである。スキャナ
4.4′とアンチスキャナ6.6′とは同期して動作し
、入射イオンビームが試料上を走査しても特定の散乱角
θの散乱イオンの束が、続くスリット7に入射するよう
に働く。又、スキャナ4.4′とアンチスキャナ6.6
′は、それぞれ2段偏向系になっていて、試料面に対し
て一定の角度で入射し、且つ一定の散乱角θの散乱イオ
ンのみをスリット7に導くように同期して動作する。8
は円弧1エネルギーアナライザ、9は散乱イオンの出口
側スリットである。6.6' is an anti-scanner that corrects the trajectory of scattered ions by returning the deviation of the scanners 4 and 4'. The scanner 4.4' and the anti-scanner 6.6' operate synchronously, so that even when the incident ion beam scans over the sample, a bundle of scattered ions with a specific scattering angle θ is incident on the following slit 7. to work. Also, scanner 4.4' and anti-scanner 6.6
' are each a two-stage deflection system and operate synchronously so as to guide only scattered ions that are incident on the sample surface at a constant angle and have a constant scattering angle θ to the slit 7. 8
is an arc 1 energy analyzer, and 9 is a slit on the exit side of scattered ions.
10はエネルギーアナライザ8を通過してきた散乱イオ
ンを検出して電気信号に変換する検出器、11は検出器
10の出力を増幅する増幅器である。12は増#i器1
1の出力を受けて試n5の構成元素の分布図を得るデー
タ処理ユニットである。その出力は、例えばレコーダに
記録させてアナログ波形として表示され、或いはfイジ
タルデータに変換してプリンタ等に出力される。13は
スキャナ4.4′のスキャンをコントロールするスキャ
ンコントロールユニット、14はアンチスキャナ6.6
′のスキャンをコントロールするスキャンコントロール
ユニットである。これらスキャンコントロールユニット
13.14のスキャン信号は、前記データ処理ユニット
12に印加されている。10 is a detector that detects scattered ions that have passed through the energy analyzer 8 and converts them into electrical signals; 11 is an amplifier that amplifies the output of the detector 10; 12 is increase #i device 1
This is a data processing unit that receives the output of sample n5 and obtains a distribution map of the constituent elements of sample n5. The output is recorded on a recorder and displayed as an analog waveform, or converted into digital data and output to a printer or the like. 13 is a scan control unit that controls scanning of the scanner 4.4', 14 is an anti-scanner 6.6
This is a scan control unit that controls the scanning of . Scan signals from these scan control units 13 and 14 are applied to the data processing unit 12.
このように構成された装置の動作を次に説明する。The operation of the device configured in this way will be described next.
イオン源1から発けられた1次イオンビームは、イオン
レンズ3で絞られてスキャナ4,4′に入射する。1次
イオンビームは、スキャナ4.4′を通過する間に、試
料5を走査するための偏向を受ける。スキャナ4.4′
を通過した1次イオンビームは、試料5に入射する。第
3図は、このときの試料とイオンの散乱過程を示す図で
ある。図において、5は前述した試料である。質量11
の入射イオンビーム11,12はそれぞれ異なった構成
元素をもつ部分Xt。A primary ion beam emitted from an ion source 1 is focused by an ion lens 3 and enters scanners 4 and 4'. The primary ion beam is deflected to scan the sample 5 while passing through the scanner 4.4'. Scanner 4.4'
The primary ion beam that has passed through is incident on the sample 5. FIG. 3 is a diagram showing the scattering process of the sample and ions at this time. In the figure, 5 is the sample described above. Mass 11
The incident ion beams 11 and 12 have portions Xt each having different constituent elements.
×2に同一の角度φで入射する。ここでφは、試料面と
入射方向とのなす角度である。イオンビーム11は、X
s部に突入して質量m2のターゲット原子とA点で衝突
し、ターゲット原子は試料外に押し出され、入射イオン
は散乱させられる。このとき、前方散乱したイオンのう
ら、入射方向と角θで散乱するイオンに着目する。x2 at the same angle φ. Here, φ is the angle between the sample surface and the incident direction. The ion beam 11 is
It enters the s part and collides with a target atom of mass m2 at point A, the target atom is pushed out of the sample, and the incident ions are scattered. At this time, attention is paid to ions scattered at an angle θ to the incident direction behind the forward scattered ions.
一方、他方のイオンビーム12はNX2部に入射して質
量13のターゲット原子とB点で衝突し同様の散乱を受
ける。このとき、入射方向と角θで散乱づるイオンに着
目する。On the other hand, the other ion beam 12 enters the NX2 section, collides with a target atom having a mass of 13 at point B, and undergoes similar scattering. At this time, we focus on ions that are scattered in the incident direction and at an angle θ.
ぞれぞれ2段偏向系を構成するスキャナ4゜4′とアン
チスキャナ6.6′により、第3図に示すような、試料
に対して同一の入射角φで入射し、口つ同一の散乱角θ
で散乱する2次イオンのみが1ネルギーアナライザ8に
導かれる。The scanner 4°4' and the anti-scanner 6.6', which each constitute a two-stage deflection system, make the light incident on the sample at the same angle of incidence φ, as shown in FIG. Scattering angle θ
Only the secondary ions scattered by the energy analyzer 8 are guided to the energy analyzer 8.
前述のように、2つの散乱の違いは、衝突の起こったタ
ーゲット原子の質量が12.■3と異なっていることで
あり、−この違いは(3)式で示したように散乱イオン
のエネルギー損失ΔFの違いとして測定される。即ち、
本発明によれば、試料の薄膜を構成する元素を上記の如
き方法によって弁別することにより、試料の構成元素の
分布を知ることができることになる。As mentioned above, the difference between the two types of scattering is that the mass of the target atom in which the collision occurred is 12. (3) This difference is measured as a difference in energy loss ΔF of scattered ions as shown in equation (3). That is,
According to the present invention, by discriminating the elements constituting the thin film of the sample using the method described above, it is possible to know the distribution of the constituent elements of the sample.
エネルギーアナライザ8を通過し、た2次散乱イオンは
、検出器1oで検出される。検出器10は、エネルギー
アナライザ8を通して特定のエネルギー値、例えば(W
O−Δw/2)から(W o十ΔW/2)までのエネル
ギーを有する散乱イオンのみを検出する。このことは、
質−(10+Δl/2)から(s o A m /
2 > マでの原子分布を検出することを意味する。こ
のようにして得られた検出器1oの出力は、続く増幅器
11で増幅され、データ処理ユニット12に入る。デー
タ処理ユニット12には、スキャンコントロールユニッ
ト13.14からスキャン信号が入力されている。従っ
て、試料5.、上の走査と同期して、試料の構成元素の
分布図を得ることができる。尚、試料5に入射するイオ
ンビームの入射角φと、入射後の散乱角θはぞれぞれ別
々に選定して測定することができる。The secondary scattered ions that have passed through the energy analyzer 8 are detected by the detector 1o. The detector 10 detects a specific energy value, e.g. (W
Only scattered ions with energies from O-Δw/2) to (W o +ΔW/2) are detected. This means that
Quality - (10+Δl/2) to (s o A m /
2 > This means detecting the atomic distribution at Ma. The output of the detector 1o obtained in this way is amplified by the subsequent amplifier 11 and enters the data processing unit 12. A scan signal is input to the data processing unit 12 from a scan control unit 13.14. Therefore, sample 5. , a distribution map of the constituent elements of the sample can be obtained in synchronization with the above scanning. Incidentally, the incident angle φ of the ion beam incident on the sample 5 and the scattering angle θ after the incidence can be selected and measured separately.
又、スキャンに関し、スキャン系を固定し、その特定の
入射角及び散乱角の条件の下で、試料装置の試料移動機
構により試料を入射イオンビームに対してスキャンする
ように構成づることも可能である。Regarding scanning, it is also possible to fix the scanning system and configure the sample to be scanned with respect to the incident ion beam by the sample moving mechanism of the sample device under conditions of specific incident angles and scattering angles. be.
以上詳細に説明したように、本発明によれば、試料の構
成元素の分布測定の他、試料の一部分のみの局所的分析
も可能としたイオン分析装置を実現することができる。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to realize an ion analyzer that is capable of not only measuring the distribution of the constituent elements of a sample but also performing local analysis of only a portion of the sample.
第1図及び第3図は、試料とイオンの散乱過程を示す図
、第2図は本発明の一実施例を示す構成図である。
1・・・イオン源 2・・・1次イオンビーム3
・・・イAンレンズ 4,4′・・・スキャナ5・・
・試料
6.6′・・・アンチスキャナ
7.9・・・スリット
8・・・エネルギーアナライザ
10・・・検出器 11・・・増幅器12・・・
データ処理ユニット
13.14・・・スキャンコントロールユニット特許出
願人 日本電子株式会社
代 理 人 弁理士 月島藤冶FIGS. 1 and 3 are diagrams showing the scattering process of a sample and ions, and FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. 1... Ion source 2... Primary ion beam 3
...Ian lens 4,4'...Scanner 5...
・Sample 6.6'...Anti-scanner 7.9...Slit 8...Energy analyzer 10...Detector 11...Amplifier 12...
Data processing unit 13.14...Scan control unit Patent applicant: JEOL Co., Ltd. Representative: Patent attorney: Fujiji Tsukishima
Claims (1)
を同期させ、試料に対する入射イオンの入射角及び入射
角に対する散乱イオンの散乱角を、入射イオンビームの
試料走査に係らず一定となるような散乱イオンのみをエ
ネルギーアナライザに導くように構成したことを特徴と
するイオン分析装置。By synchronizing the scanning of incident ions and the anti-scanning system of scattered ions, only the scattered ions can be detected so that the incident angle of the incident ions with respect to the sample and the scattering angle of the scattered ions with respect to the incident angle are constant regardless of the sample scanning of the incident ion beam. An ion analyzer characterized in that the ion analyzer is configured to guide the energy to an energy analyzer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56202082A JPS58102454A (en) | 1981-12-14 | 1981-12-14 | Ion analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56202082A JPS58102454A (en) | 1981-12-14 | 1981-12-14 | Ion analyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58102454A true JPS58102454A (en) | 1983-06-18 |
| JPH0140466B2 JPH0140466B2 (en) | 1989-08-29 |
Family
ID=16451657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56202082A Granted JPS58102454A (en) | 1981-12-14 | 1981-12-14 | Ion analyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58102454A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012142292A (en) * | 2005-12-02 | 2012-07-26 | Arisu Corporation:Kk | Ion source, system and method |
-
1981
- 1981-12-14 JP JP56202082A patent/JPS58102454A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012142292A (en) * | 2005-12-02 | 2012-07-26 | Arisu Corporation:Kk | Ion source, system and method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0140466B2 (en) | 1989-08-29 |
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