(57)【要約】  【課題】  電子ビームの軌道の調整作業を容易化して調整精度を向上させると共に，装置の稼動中における電子ビームのずれを容易に検出すること。  【解決手段】  加速器Ｙ１から出射されたイオンビームＬのビーム電流を測定する分割電極１０或いはファラデーカップ２０等のビーム電流測定手段を試料分析装置の測定室７３ａに設け，このビーム電流測定手段によるビーム電流の測定値に基づいてイオンビームＬの軌道位置を検出する。これにより，測定されたビーム電流を電流計測器等でモニタリングしながらイオンビームＬの軌道調整を行うことが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム発生源から出射され，被照射物に照射される荷電粒子ビームの軌道位置を検出する軌道位置検出装置であって，
上記荷電粒子ビームのビーム電流を測定するビーム電流測定手段を備え，
上記ビーム電流測定手段による上記ビーム電流の測定値に基づいて上記荷電粒子ビームの軌道位置を検出してなることを特徴とする軌道位置検出装置。
【請求項２】
上記ビーム電流測定手段が，予め定められたビーム軸を通る荷電粒子ビームのビーム電流を測定するものである請求項１に記載の軌道位置検出装置。
【請求項３】
上記ビーム電流測定手段が，予め定められたビーム軸から外れた荷電粒子ビームのビーム電流を測定するものである請求項１に記載の軌道位置検出装置。
【請求項４】
上記ビーム電流測定手段が，予め定められたビーム軸上の所定位置に配置されたファラデーカップを備えてなる請求項１〜３のいずれかに記載の軌道位置検出装置。
【請求項５】
上記ビーム電流測定手段が，予め定められたビーム軸上の所定位置に配置され，上記荷電粒子ビームを該荷電粒子ビームの入射方向に通過させる開口部を中心部に有する電極部材を備えてなる請求項１又は３のいずれかに記載の軌道位置検出装置。
【請求項６】
上記電極部材が，上記中心部の開口部を中心にして配置された複数の電極を有してなる請求項５に記載の軌道位置検出装置。
【請求項７】
上記ファラデーカップが，上記荷電粒子ビームの入射側に該荷電粒子ビームの入射口が形成された電極板を有し，
上記電極部材が，上記電極板に絶縁層を介して配置されてなる請求項５又は６のいずれかに記載の軌道位置検出装置。
【請求項８】
上記電極部材の上記複数の電極が等分割されてなる請求項６又は７のいずれかに記載の軌道位置検出装置。
【請求項９】
上記電極部材の上記複数の電極が上記中心部の開口部を中心にして対称配置されてなる請求項６〜８のいずれかに記載の軌道位置検出装置。
【請求項１０】
上記電極部材の電極に所定の電位を印加してなる請求項５〜９のいずれかに記載の軌道位置検出装置。
【請求項１１】
予め定められたビーム軸上の所定位置に複数の上記ビーム電流測定手段が配置されてなる請求項１〜１０のいずれかに記載の軌道位置検出装置。
【請求項１２】
上記ビーム電流測定手段が，上記被照射物の載置台の近傍に配置されてなる請求項１〜１１のいずれかに記載の軌道位置検出装置。
【請求項１３】
加速された荷電粒子ビームを真空容器内に配置された被照射物に照射して，上記被照射物から散乱した散乱イオンのエネルギースペクトルを測定することにより，上記被照射物の組成分析を行う組成分析装置であって，
上記請求項１〜１２のいずれかに記載の軌道位置検出装置を具備してなることを特徴とする組成分析装置。
【請求項１４】
上記荷電粒子ビームを該荷電粒子ビームの入射方向に通過させると共に上記被照射物で散乱した散乱粒子を上記荷電粒子ビームの入射方向に対して反対方向に通過させる開口部を中心部に有するアパーチャを更に備え，
上記ビーム電流測定手段が，上記被照射物を載置する載置台及び／又は上記アパーチャに設けられてなる請求項１３に記載の組成分析装置。
【請求項１５】
加速された荷電粒子ビームを真空容器内に配置された被照射物に照射して，上記被照射物から散乱した散乱イオンのエネルギースペクトルを測定することにより，上記被照射物の組成分析を行う組成分析装置に適用される荷電粒子ビームの軌道調整方法であって，
上記荷電粒子ビームのビーム電流を測定し，測定された荷電粒子ビームの測定値に基づいて上記荷電粒子ビームの軌道位置を検出し，検出された軌道位置を参照しながら上記荷電粒子ビームの軌道を調整する荷電粒子ビームの軌道調整方法。
【請求項１６】
荷電粒子ビーム発生源から出射され，被照射物に照射される荷電粒子ビームのビーム電流を測定するビーム電流測定手段を備え，上記ビーム電流測定手段による上記ビーム電流の測定値に基づいて上記荷電粒子ビームの軌道位置を検出してなることを特徴とする軌道位置検出装置に適用される上記ビーム電流測定手段の位置座標検出装置であって，
レーザを発生して出射するレーザ発生源と，
上記レーザ発生源から出射されたレーザの光軸上に設けられ，該光軸上のレーザを該光軸と直交する予め定められた上記荷電粒子ビームのビーム軸へ反射させると共に該ビーム軸と略並行するレーザを透過するハーフミラーと，
上記ビーム電流測定手段或いは該ビーム電流測定手段より上記荷電粒子ビームの入射方向下流側に配設され，上記ハーフミラーで反射した上記ビーム軸上のレーザを該レーザの入射方向に対して反対方向に反射させるコーナーキューブと，
上記コーナーキューブにより反射され上記ハーフミラーを透過したレーザの強度を検出することにより該レーザの座標位置を検出するレーザ位置検出手段と，
を具備してなることを特徴とする位置座標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，試料等の被照射物に照射される荷電粒子ビームの軌道位置を検出する軌道位置検出装置，及びこれを備えた組成分析装置，並びに荷電粒子ビームの軌道調整方法に関し，特に，被照射物に照射される荷電粒子ビームの軌道調整及び荷電粒子ビームの軌道ズレの検出に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
イオンビーム等の荷電粒子ビームを利用した装置として，組成分析装置，ビーム加工装置，放射線治療装置等の種々の装置が知られている。このような装置においては，荷電粒子ビームの軌道の調整は，従来から，予め荷電粒子ビームの照射位置に置かれた蛍光板の発光箇所を目視確認しながら，或いは予め所定位置に配置された遮蔽板により荷電粒子ビームが遮られたかどうかを目視確認しながら行われる。具体的には，上記イオンビーム等の発生源であるビーム発生装置に備えられたビーム軌道調整機構を手動又は電動により操作（操縦）して，荷電粒子ビームの軌道を所定のビーム軸に一致させるようイオンビームを水平移動或いは傾斜させることにより調整している。
【０００３】
ここで，上記荷電粒子ビームを利用した典型的な装置の一例である試料分析装置Ｙ（組成分析装置の一例）について，図８を用いて以下に説明する。なお，特許文献１には，上記試料分析装置Ｙと同様に構成されたイオン散乱分析装置が開示されている。
図８に示す試料分析装置Ｙは，大別すると，加速器Ｙ１とその下方に配置された超電導スペクトロメータ部（以下「スペクトロメータ部」と略す）Ｙ２とを備えて構成される。
上記加速器Ｙ１は，ヘリウム等のイオンを生成するイオン源７１と生成したイオンを加速させてイオンビームＬとする加速管７２とを備え，イオンビームＬを上記スペクトロメータ部Ｙ２に出射する。この出射されたイオンビームＬは，イオンレンズ８０や図示しない対物コリメータなどの光学系機器を介して上記スペクトロメータ部Ｙ２に入射される。なお，上記加速器Ｙ１には，イオンビームＬの軌道を調整する周知のビーム軌道調整機構が設けられている。
上記スペクトロメータ部Ｙ２は，測定室７３（真空容器に相当）と，該測定室７３内を通過するイオンビームＬの入射方向の上流に向けてビーム軸に平行且つ均一な磁場（磁界）を上記測定室７３の所定範囲内に発生させるソレノイドコイル７５及び補正コイル７６と，マグネットヨーク９０と，磁極９１と，測定室７３内の磁場領域内のビーム入射方向上流側に配設されたアパーチャ７７及び二次元検出器７８とを具備して構成されている。上記アパーチャ７７は，上記イオンビームＬをその入射方向に通過させると共に試料７４（被照射物に相当）で散乱した散乱イオン（散乱粒子に相当）を上記イオンビームＬの入射方向に対して反対方向に通過させる開口部７７ａを中心部に有し，上記開口部７７ａを上記イオンビームＬが本来通るべきビーム軸に一致させて配設されている。また，上記二次元検出器７８は，上記イオンビームＬをその入射方向に通過させる開口部７８ａを有し，この開口部７８ａを上記ビーム軸に一致させて配設されている。なお，上記磁場は，測定室７３内に配設される試料７４で弾性散乱した特定の散乱イオンの検出に必要とされる。
このような構成において，測定室７３内に試料７４を配設し，測定室７３内を図示しないターボ分子ポンプ及びロータリポンプ等の排気手段により所定真空度に真空排気し，そして上記ソレノイドコイル７５及び補正コイル７６に励磁電流を印加して測定室７３内に磁場を印加した状態で，上記加速器Ｙ１から上記測定室７３にイオンビームＬを入射させる。イオンビームＬは，二次元検出器７８の開口部７８ａ及びアパーチャ７７の開口部７７ａ，を通過して試料７４に照射される。イオンビームＬが照射された試料７４からは散乱イオンＨが発生し，この散乱イオンＨは磁場によって収束され，特定条件にある散乱イオンＨのみがアパーチャ７７の開口部７７ａを抜けて二次元検出器７８に到達する。二次元検出器７８で検出された散乱イオンＨの検出出力は，図示しないアンプによって増幅され，マルチチャンネルアナライザ等によって計数（カウント）される。
【特許文献１】特開平７−１９０９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，荷電粒子ビームの軌道の上述の調整手法は，荷電粒子ビームの軌道が予め定められたビーム軸上にあるかどうかを，荷電粒子ビームが照射された蛍光板等の照射状態を直接目視することによって確認しながら行うものであったため，その調整には許容範囲を超える誤差が生じ得る場合がある。この誤差は，ビームによる微細加工やイオンビームによる組成分析等の精度を低下させる要因となり，問題である。
また，上述した上記試料分析装置Ｙ（図８）では，二次元検出器７８，アパーチャ７７，試料台７９（載置台に相当）を収容配置する上記測定室７３は，ソレノイドコイル７５や補正コイル７６などによりその周囲が取り囲まれているため，上記測定室７３内部を目視観測することができず，荷電粒子ビームの調整が困難であった。
一方，当初，上記荷電粒子ビームの軌道がビーム軸に一致調整されていたとしても，荷電粒子ビームの軌道位置が徐々にずれることも考えられる。しかしながら，従来は，このずれを容易に検出する有効な手法はなかった。従って，例えば，上記試料分析装置Ｙについては，ビーム軸から外れた（反れた）荷電粒子ビームが試料７４に照射される前にアパーチャ７７に衝突し，そこから発生する散乱イオンや二次電子が二次元検出器７８に検出された場合は，試料７４の組成分析を正確に行うことができないという問題があった。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その第１の目的とするところは，荷電粒子ビームの軌道の調整作業を容易化して調整精度を向上させると共に，装置の稼動中における荷電粒子ビームのずれを容易に検出することができる軌道位置検出装置，これを備えた組成分析装置及び荷電粒子ビームの軌道調整方法を提供することにある。
一方，本発明の上記軌道位置検出装置は，後述するようにファラデーカップなどのビーム電流測定手段を具備するが，上記軌道位置検出装置においては上記電流測定手段を正確に所定位置に配置しなければならない。しかし，上記電流測定手段を所定位置に配置すること，及び所定位置に上記電流測定手段が配置されたかどうかを確認することは困難である。
そこで，本発明の第２の目的とするところは，上記軌道位置検出装置に用いられるファラデーカップなどのビーム電流測定手段の座標位置を容易に検出することができる位置座標検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明の軌道位置検出装置は，荷電粒子ビーム発生源から出射され，被照射物に照射される荷電粒子ビームのビーム電流を測定するビーム電流測定手段を備え，このビーム電流測定手段による上記ビーム電流の測定値に基づいて荷電粒子ビームの軌道位置を検出するよう構成されている。
これにより，上記ビーム電流測定手段で測定されたビーム電流をモニタリングしながら上記荷電粒子ビームの調整を行うことが可能となる。このように，荷電粒子ビームを目視するのではなく，上記ビーム電流という客観的材料により荷電粒子ビームの軌道位置の判断が可能となるため，荷電粒子ビームの軌道位置を容易に調整することができ，且つ，その調整誤差が低減され得る。更に，荷電粒子ビームが正常軌道からずれた場合に，そのずれを容易に検知することが可能となる。
ここで，上記ビーム電流測定手段が，予め定められたビーム軸を通る荷電粒子ビームのビーム電流を測定するものであることが考えられる。例えば，上記ビーム軸を通った場合にのみその電流値が測定され，通らない場合は測定されないものであれば，電流値が測定されたか否かにより荷電粒子ビームがずれているかどうかを判定することが可能となる。また，逆に，上記ビーム電流測定手段が，予め定められたビーム軸から外れた（逸れた）荷電粒子ビームのビーム電流を測定するものであってもよい。
【０００６】
上記ビーム電流測定手段の具体例としては，例えば，予め定められたビーム軸上の所定位置に配置されたファラデーカップを備えて構成されたものが考えられる。これにより，例えば，上記ビーム軸に一致しない荷電粒子ビームが上記ファラデーカップに照射されると，このとき検出される電流は一致する場合に検出される電流よりも減衰（低下）することになる。もちろん，荷電粒子ビームが正常軌道から大きくずれている場合は電流は検出されない。したがってこの場合は，検出される電流の減衰量を基に或いは電流が検出されなかったことを基にして上記荷電粒子ビームの軌道位置を検出することができる。
なお，上記ファラデーカップの底面に上記荷電粒子ビームを該荷電粒子ビームの入射方向に通過させる開口部を設けた場合は，上記ビーム軸に一致する荷電粒子ビームが上記ファラデーカップに照射されると電流は検出されない（検出されたとしても微量）が，上記ビーム軸に一致しない荷電粒子ビームが上記ファラデーカップに照射されると，電流が検出される（或いは検出される電流が増加（上昇）する）ことになる。そのため，この場合は，電流が検出されたこと，又は検出される電流の増加量を基にして荷電粒子ビームの軌道位置を検出することができる。
また，上記ビーム電流測定手段の他の例として，上記ビーム軸上の所定位置に配置され，上記荷電粒子ビームを該荷電粒子ビームの入射方向に通過させる開口部を中心部に有する電極部材を備えて構成されたものも考えられる。このように構成されることにより，上記ビーム軸に一致しない荷電粒子ビームは上記開口部を通過できずに上記電極部材に衝突する。その際，上記電極部材で検出される電流は増加（上昇）するため，この増加量を基にして荷電粒子ビームの軌道位置を検出することができる。
この場合，上記電極部材は，上記中心部の開口部を中心にして配置された複数の電極を有してなることが望ましい。これにより，どの電極に衝突したかによって，荷電粒子ビームの衝突位置（即ち軌道位置）の座標を検出することが可能となるできる。その結果，荷電粒子ビームの傾斜方向やズレ，或いは調整時の移動方向を知ることができ，調整が更に容易となる。
また，上記ファラデーカップの荷電粒子ビームの入射側に，該荷電粒子ビームの入射口が形成された電極板を有しており，上記電極部材が，絶縁層を介して上記電極板に配置されて構成されたものも，上記ビーム電流測定手段の一例である。
【０００７】
また，上記電極部材の有する電極は二以上の複数であることが望ましいが，荷電粒子ビームの位置座標の検出精度を高めるという観点からすれば，検出される位置座標を細分化するため，上記電極は多数であることが好ましい。また，上記電極部材が複数の電極に等分割されて配置されておれば，検出される位置座標の検出精度は更に向上する。更にまた，上記電極部材の上記複数の電極が上記中心部の開口部を中心にして対称配置されていても，上記検出精度の向上が期待できる。
更にまた，上記電極部材の上記複数の電極に所定の電位を印加することが考えられる。例えば，本軌道位置検出装置が散乱イオンを用いた組成分析装置に用いられる場合は，組成分析に必要な散乱イオン以外の二次電子等の不要粒子を上記電極部材で捕捉することができ，ノイズが抑制され，高精度な組成分析装置を実現することができる。更に，上記電極部材にイオンビーム等の荷電粒子ビームが衝突した場合に発生する二次電子が上記電極部材に引き戻されるため，電流の測定精度が向上され得る。
【０００８】
上記ビーム電流測定手段の配置位置としては，例えば，予め定められたビーム軸上の所定位置に複数配置することが望ましい。即ち，少なくとも二以上のビーム電流測定手段がビーム軸に沿って配設されておれば，例えば，傾斜して入射してきた荷電粒子ビームが一つ目の電流測定手段を通過したとしても，二つ目の電流測定手段に衝突するため，その衝突位置，即ち荷電粒子ビームの軌道位置や入射角度を確実に検出することができる。
また，上記被照射物に対する荷電粒子ビームの軌道調整を精度よく行うために，上記ビーム電流測定手段は，荷電粒子ビームの発生源から最も離れて配置された上記被照射物の載置台の近傍に配置されることが好ましい。例えば，上記被照射物の載置台の下方に上記ビーム電流測定手段を配置することが考えられる。なお，この場合は，上記載置台により荷電粒子ビームが遮蔽されるが，上記載置台に荷電粒子ビームを該荷電粒子ビームの入射方向に通過させる開口部を設けるなどすることにより上記遮蔽による問題は容易に解消される。
【０００９】
また，本発明は，上述の軌道位置検出装置を具備してなる組成分析装置として捉えることも可能である。即ち，加速された荷電粒子ビームを真空容器内に配置された被照射物に照射して，上記被照射物から散乱した散乱イオンのエネルギースペクトルを測定することにより，上記被照射物の組成分析を行う組成分析装置が上記軌道位置検出装置を具備する構成が考えられる。
これにより，例えば，組成分析装置を構成するソレノイドコイルや補正コイルなどにより荷電粒子ビームを物理的に目視することができないような場合であっても，測定されたビーム電流を客観的材料として荷電粒子ビームの軌道位置を知ることができる。その結果，荷電粒子ビームの軌道位置を容易に調整することが可能となる。
また，上記組成分析装置に，上記荷電粒子ビームを該荷電粒子ビームの入射方向に通過させると共に上記被照射物で散乱した散乱粒子を上記荷電粒子ビームの入射方向に対して反対方向に通過させる開口部を中心部に有するアパーチャが設けられている場合は，上記ビーム電流測定手段が，上記被照射物を載置する載置台及び／又は上記アパーチャに設けられてなることが望ましい。これにより，上記ビーム電流測定手段の支持部材が不要となる。
【００１０】
また，本発明は，加速された荷電粒子ビームを真空容器内に配置された被照射物に照射して，上記被照射物から散乱した散乱イオンのエネルギースペクトルを測定することにより，上記被照射物の組成分析を行う組成分析装置に適用され，上記荷電粒子ビームのビーム電流を測定し，測定された荷電粒子ビームの測定値に基づいて上記荷電粒子ビームの軌道位置を検出し，検出された軌道位置を参照しながら，荷電粒子ビーム発生源を移動又は傾斜させるなどして上記荷電粒子ビームの軌道を調整する荷電粒子ビームの軌道調整方法として捉えることもできる。
【００１１】
更にまた，上記軌道位置検出装置に適用される上記ビーム電流測定手段の位置座標検出装置であって，レーザを発生して出射するレーザ発生源と，上記レーザ発生源から出射されたレーザの光軸上に設けられ，該光軸上のレーザを該光軸と直交する予め定められた上記荷電粒子ビームのビーム軸へ反射させると共に該ビーム軸と略並行するレーザを透過するハーフミラーと，上記ビーム電流測定手段或いは該ビーム電流測定手段より上記荷電粒子ビームの入射方向下流側に配設され，上記ハーフミラーで反射した上記ビーム軸上のレーザを該レーザの入射方向に対して反対方向に反射させるコーナーキューブと，上記コーナーキューブにより反射され上記ハーフミラーを透過したレーザの強度を検出することにより該レーザの座標位置を検出するレーザ位置検出手段と，を具備して構成された位置座標検出装置が考えられる。
このように構成された位置座標検出装置であれば，上記コーナーキューブに照射された後に反射されたレーザの座標位置が検出されるため，その座標位置から，上記軌道位置検出装置に用いられるファラデーカップなどのビーム電流測定手段の中心位置座標を得ることができる。これにより，上記中心位置座標から上記ビーム電流測定手段の設置位置やそのずれ量などを算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば，測定されたビーム電流をモニタリングしながら上記荷電粒子ビームの調整を行うことが可能となるため，荷電粒子ビームを目視するのではなく，上記ビーム電流という客観的材料により荷電粒子ビームの軌道位置を認識することが可能となる。そのため，荷電粒子ビームの軌道位置を容易に調整することができる。その結果，その調整誤差を低減し，調整精度を向上させることが可能となる。
更に，荷電粒子ビームがビーム軸からずれた場合に，そのずれを容易に検知することが可能となる。
また，軌道位置検出装置に用いられるファラデーカップなどのビーム電流測定手段の座標位置を容易に検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下，添付図面を参照しながら，本発明の実施形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。なお，以下の実施形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
《第１の実施形態》
まず，図１〜図５を用いて，本発明の第１の実施形態に係る試料分析装置について説明する。なお，当該試料分析装置は，加速されたイオンビーム（荷電粒子ビームの一例）を測定室内に配置された試料に照射して，この試料から散乱した散乱イオンのエネルギースペクトルを測定することにより，上記試料の組成分析を行う装置であって，例えば，平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置等が該当する。この試料分析装置の構成は，前記した従来の試料分析装置Ｙと大きく異なるところはないため，ここでの試料分析装置の全体構成の説明は省略し，従来のものと相違する測定室７３ａの内部構成について詳細に説明する。ここに，図１は測定室７３ａの断面図，図２は分割電極の構成を説明する図，図３はファラデーカップの模式断面図，図４は試料台の断面図，図５はイオンビームの軌道を調整する方法を説明する図である。
図１に示すように，測定室７３ａは，イオンビームＬの入射方向上流側から順に，試料からの特定の散乱イオンを検出する二次元検出器７８と，中心部に開口部７７ａを有するアパーチャ７７と，試料を載置する試料台７９が配置されて構成されており，この点においては従来の試料分析装置Ｙの測定室７３と相違はない。上記測定室７３ａが従来のものと異なるところは，この測定室７３ａ内のビーム軸上の所定位置に，正又は負の電荷を帯びたイオンビームＬのビーム電流を測定するビーム電流測定手段の一例である分割電極１０（電極部材の一例）及びファラデーカップ２０が設けられている点にある。なお，この第１の実施形態では，イオンビームＬのビーム軸上の所定位置に上記分割電極１０及びファラデーカップ２０の二つのビーム電流測定手段を設けた例について説明するが，より多くの分割電極１０やファラデーカップ２０が設けられた例であってもよく，或いは，少なくとも分割電極１０若しくはファラデーカップ２０のいずれかが設けられた例であってもよい。
【００１４】
まず，上記分割電極１０について説明する。上記分割電極１０は，上記イオンビームＬが本来通過するべきビーム軸から外れたイオンビームのビーム電流のみを測定するものであって，その中央部に上記イオンビームＬをその入射方向に通過させる開口部１２を有している。この分割電極１０も，上記二次元検出器７８及びアパーチャ７７と同様に，上記開口部１２が上記ビーム軸に一致するよう配設されている。
上記分割電極１０の配置は，上記測定室７３ａ内のビーム軸上であればいずれの場所であってもよいが，この第１の実施形態では，上記分割電極１０を支持するための部材を排除するために，上記アパーチャ７７の上面に貼り付けるなどして上記分割電極１０を配置させている。このように配置された分割電極１０を図２に示す。ここに，図２（ａ）は上記アパーチャ７７を上方から見た図，（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図，（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大図，（ｄ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
【００１５】
図２に示すように，上記分割電極１０は，アパーチャ７７より小径の円環状に形成されており，その中心部にある開口部１２が上記アパーチャ７７の開口部７７ａと重ね合わさるようにして配設されている。
また，図２（ａ）に示すように，上記分割電極１０は４つの電極１０ａ〜１０ｄを備えて構成されており，上記中心部の開口部１２を中心にして環状に配設されている。これらの電極１０ａ〜１０ｄは，それぞれ同形状に形成されており，上記開口部１２を中心にして対称に配置されている。即ち，上記分割電極１０は複数の電極に等分割されて構成されている。
【００１６】
上記電極１０ａ〜１０ｄは，信号線１３ａ〜１３ｄを介してモニタ表示可能な周知の電流計測器に接続されており，この電流計測器側で上記電極１０ａ〜１０ｄに上記イオンビームＬが衝突した際に上記電極１０ａ〜１０ｄに流れる各々の電流（ビーム電流）を測定して，測定された各々の電流値が画面表示されるようになっている。なお，上記電流計測器は少なくとも上記ビーム電流の値を計測するものであればよく，当然のことながら種々の電流計測手段を用いることができる。
また，本実施形態では，上記アパーチャ７７は導電性部材で形成されており，従って，このアパーチャ７７も上記電極１０ａ〜１０ｄと同様に電極として作用する。そのため，上記アパーチャ７７も，信号線１４を介して上記電流計測器と接続されている。なお，上記アパーチャ７７と上記電極１０ａ〜１０ｄとの導通を遮断させるため，図２（ｂ），（ｃ）に示すように，上記電極１０ａ〜１０ｄは絶縁層１１を介して上記アパーチャ７７の上面に配設されている。
このように上記分割電極１０が設けられた上記測定室７３ａを有する試料分析装置であれば，例えば，イオンビームＬの軌道調整時或いは装置の稼働中にイオンビームＬがビーム軸から外れて（反れて）該イオンビームＬが上記電極部材１０に衝突した場合，或いはその一部が上記電極部材１０に衝突した場合は，イオンビームＬのビーム電流が測定されるため，ビーム電流が測定されたことをもってイオンビームＬの軌道がビーム軸からずれた位置にあることを検出することが可能となる。
【００１７】
次に，ビーム電流測定手段の一例であるファラデーカップ２０について説明する。上記ファラデーカップ２０は，イオンビームＬを受け止めてそのビーム電流を直接測定するためのカップ状の金属製の第３の電極２３を有して構成されており，図３（ａ）に示すような構造をしている。
具体的には，図３（ａ）に示すように，上記ファラデーカップ２０は，上記第３の電極２３と，この第３の電極２３及び後述の第１の電極２１に対して負の電位（負のバイアス）−Ｖｓが印加されることにより上記第３の電極２３からの二次電子を電界で抑え，且つイオンビームＬに含まれる低速二次電子を抑えるための第２の電極２２と，測定するイオンビームＬの径を制限し，上記第２の電極２２にイオンビームの一部が衝突しないようにするための第１の電極（電極板に相当）とイオンを測定するイオンビームの径を制限する第１の電極２１と，上記第３の電極２３の底面に設けられ，イオンビームＬのイオン粒子を運動エネルギーを吸収する吸収体２４とを備えて構成されている。
上記第１の電極２１及び第２の電極２２は，上記第３の電極２３のイオンビームＬの入射側に設けられており，上記第２の電極２２が上記第３の電極２３の上方に，そして，上記第１の電極２１が絶縁部材２５を介して上記第２の電極の上方に配設されている。また，上記第１の電極２１及び第２の電極２２それぞれの中央部には，上記イオンビームＬをその入射方向に通過させる入射口２１ａ，２２ａが形成されている。なお，上記入射口２１ａは上記アパーチャ７７の開口部７７ａと略同様の口径に形成されており，上記入射口２２ａは上記入射口２１ａより大径に形成されている。
また，上記ファラデーカップ２０は，上記第１の電極２１の上面に，図示しない絶縁層を介して前記分割電極１０が配設されて構成されたものであってもよい。
【００１８】
上記ファラデーカップ２０の配置は，この第１の実施形態では，上記ファラデーカップ２０は，図１に示すように，試料台７９の近傍に，より詳しくは，上記試料台７９の下方（又は下部，底面）に配設されている。なお，この場合は，上記試料台７９によってイオンビームＬの上記ファラデーカップ２０への入射が妨げられるが，上記試料台７９をビーム透過性のある部材で形成し，或いは上記試料台７９の中央部にイオンビームＬを通過させる開口部を設けるなどすることにより上記ファラデーカップ２０への入射を確保することができる。
また，上記試料台７９を，図４に示すように，その中心軸７９ｂを中心にしてモータ等の電動機７９ｃで回転制御可能にし，上記試料台７９の中心軸７９ｂより円周方向に外れた位置に開口部７９ａを設け，この開口部７９ａの中心をイオンビームＬが通過するように位置合わせし，該開口部７９ａの下方に上記ファラデーカップ２０を設けるようにすれば，仮に，試料分析装置で試料７４を分析していたとしても，上記試料台７９を回転させることにより，上記ファラデーカップ２０へのイオンビームＬの入射を確保することができる。これにより，試料分析からイオンビームＬの軌道位置確認への切り替えを容易且つ迅速に行うことが可能となる。
このように上記ファラデーカップ２０が設けられた上記測定室７３ａを有する試料分析装置であれば，例えば，イオンビームＬがビーム軸上を通過する場合にのみそのイオンビームＬが上記ファラデーカップ２０に入射されて，そのビーム電流が測定されるため，ビーム電流が測定されたことをもってイオンビームＬの軌道がビーム軸と一致する位置あることを検出することが可能となる。また，ビーム電流が測定されない場合，或いは測定されても所定値未満である場合は，イオンビームＬの軌道がビーム軸から外れた位置にあることを検出することができる。
【００１９】
上記ファラデーカップ２０は，一般に，カップ状の上記第３の電極２３を備えてなるものであるが，例えば，上記第３の電極２３の底面の中央部に，上記第１の電極２１の入射口２１ａと略同口径の開口部（不図示）が設けられたファラデーカップを用いてもよい。このような開口部を有するファラデーカップであれば，上記測定室７３ａ内のビーム軸上のいずれの場所にも配置させることができる。この場合は，当該ファラデーカップにおいてビーム電流が測定されたことは，イオンビームＬの軌道がビーム軸から外れた位置にあることを意味し，ビーム電流が測定されないことは，イオンビームＬの軌道がビーム軸と一致する位置あることを意味する。
【００２０】
ここで，図５を用いて，試料分析装置が設置されたときなどに行われる上記イオンビームＬの軌道を初期調整する方法について説明する。
加速器Ｙ１からスペクトロメータＹ２に出射されたイオンビームＬは，調整初期の段階では，その軌道はビーム軸から外れていることが多く，上記分割電極１０の４つの電極１０ａ〜１０ｄのいずれかの電極に衝突している。例えば，この初期の段階において，イオンビームＬが，図５（ａ）に示すように，電極１０ａに衝突したと仮定する。
この場合，前記電流計測装置のモニタ画面では，上記電極１０ａに流れる電流値が他の電極に比べて極めて高く表示されるため，調整作業者は，イオンビームＬの軌道位置が上記電極１０ａの方向にずれていることを認識することができる。したがって，調整作業者は，上記電極１０ａの方向とは逆の方向へ軌道を変更することによりイオンビームＬの軌道を図５（ｃ）に示すように，ビーム軸へ一致させる調整を容易に行うことができる。また，軌道の調整中においても上記モニタ画面の各電極の電流値を参照することにより，調整の誤り等をすぐに認識できるため，調整ミスを犯すこともなく，迅速に調整を行うことができる。
また，初期の段階において，イオンビームＬの軌道が，図５（ｂ）に示す位置にある場合は，前記電流計測装置のモニタ画面では，上記電極１０ａ及び１０ｂに流れる電流値が他の電極に比べて高く表示されるため，イオンビームＬの軌道位置が上記電極１０ａと１０ｂの間にあることを認識することができ，その後の調整を容易に行うことができる。
【００２１】
なお，この第１の実施形態では，試料分析装置を例にとって説明してきたが，上記イオンビームＬの調整を行うために必要な上記分割電極１０やファラデーカップ２０等のビーム電流測定手段は，上記試料分析装置に限られず，例えば，イオンビームなどの荷電粒子ビームを用いた電子顕微鏡や該荷電粒子ビームを用いたビーム加工装置等にも適用することができる。即ち，本発明を，ビーム電流測定手段を備え，測定された上記ビーム電流の測定値に基づいて上記荷電粒子ビームの軌道位置を検出する軌道位置検出装置と捉えることにより，荷電粒子ビームを用いるあらゆる装置に適用することが可能となる。
【００２２】
《第２の実施形態》
次に，図６及び図７を用いて，本発明の第２の実施形態に係る上記ビーム電流測定手段の位置座標検出装置について説明する。この位置座標検出装置は，上記第１の実施形態で説明した軌道位置検出装置や試料分析装置に適用されるものであって，上記ファラデーカップ２０などのビーム電流測定手段の配設位置（配置位置）の位置座標を検出するものである。なお，ここでは，当該位置座標検出装置が，上記ビーム電流測定手段の一例である上記ファラデーカップ２０の配設位置の位置座標を検出するものとして説明するが，もちろん，上記分割電極１０，上記アパーチャ７７及び上記二次元検出器７８の配設位置の座標の検出にも適用可能である。ここに，図６はコーナーキューブが配置されたファラデーカップの断面図，図７は位置座標検出装置が適用された測定室７３の断面図である。
上記位置座標検出装置は，図７に示すように，レーザを発生して出射するレーザ発生源８２と，上記レーザ発生源８２から出射されたレーザの光軸８２ａ上に設けられ，該光軸８２ａ上のレーザを上記光軸８２ａと直交する予め定められたイオンビーム（荷電粒子ビーム）のビーム軸へ反射させると共に該ビーム軸と略並行するレーザを透過するハーフミラー８３と，上記ファラデーカップ２０に配設され，上記ハーフミラー８３で反射した上記ビーム軸上のレーザを該レーザの入射方向に対して反対方向に反射させるコーナーキューブ８４（図６参照）と，このコーナーキューブ８４により反射され上記ハーフミラー８３を透過したレーザの強度を検出することにより該レーザの座標位置を検出する光パワーメータ８１（レーザ位置検出手段の一例）と，を備えて構成されており，この各構成要素が上記測定室７３に装着或いは配設されている。
【００２３】
上記光パワーメータ８１は，入射されたレーザ粒子の数を計数（カウント）して，一定時間内に計数されたカウント値に応じてレーザの強度を検出するものである。このパワーメータ８１のレーザ入射面は微小な格子状の複数の窓（入射窓）が形成されており，そのいずれの窓に最も多くレーザ粒子が入射したかを判定することにより，レーザの入射位置を検出するものである。なお，上記光パワーメータ８１に代えていわゆる半導体検出器を用いてもかまわない。
上記コーナーキューブ８４は，図６に示すように，上記ファラデーカップ２０の底面の中央に配設されている。また，上記光パワーメータ８１はその検出中心部がビーム軸に一致するように配置されている。
このように構成された上記位置座標検出装置を用いることにより，上記光パワーメータ８１に上記ハーフミラー８３で反射され，イオンビームのビーム軸（図６においてレーザＬ１が通る軸）上を通った後にコーナーキューブ８４で反射したレーザＬ２の上記光パワーメータ８１における入射位置を検出することができる。そのため，例えば，イオンビームのビーム軸の位置座標を予め上記光パワーメータ８１に登録させておけば，イオンビームのビーム軸（即ちレーザＬ１が通る軸）と上記レーザＬ２との差分ｄ（図６参照）を算出することができる。即ち，上記レーザＬ１は上記イオンビームのビーム軸上を通るため，上記差分ｄが本来上記ファラデーカップ２０を配置しなければならない中心位置との差として算出されることになる。ここに，上記差分ｄの算出は，上記光パワーメータ８１に内蔵された不図示の制御部或るいは該光パワーメータ８１と接続された不図示の制御装置により行われる。
なお，イオンビームのビーム軸の位置座標を予め上記光パワーメータ８１に登録せずに，例えば，上記レーザＬ１を上記光パワーメータ８１に反射させるなどすることにより，該レーザＬ１及び上記レーザＬ２の位置座標を検出することで，これらの位置座標から上記差分ｄを算出する実施例であっても別段かまわない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る試料分析装置の測定室の断面図。
【図２】分割電極の構成を説明する図。
【図３】ファラデーカップの模式断面図。
【図４】試料台の断面図。
【図５】イオンビームの軌道を調整する方法を説明する図。
【図６】コーナーキューブが配置されたファラデーカップの断面図。
【図７】位置座標検出装置が適用された測定室の断面図。
【図８】従来の試料分析装置Ｙの概略構成を示す全体図。
【符号の説明】
【００２５】
Ｌ…イオンビーム
Ｌ１，Ｌ２…レーザ
１０…分割電極（ビーム電流測定手段の一例）
１０ａ〜ｄ…電極
１１…絶縁層
１２…開口部
２０…ファラデーカップ（ビーム電流測定手段の一例）
２１…第１の電極
２２…第２の電極
２３…第３の電極
２４…吸収体
２５…絶縁層
７３，７３ａ…測定室
７４…試料
７５…ソレノイドコイル
７６…補正コイル
７７…アパーチャ
７８…二次元検出器
７９…試料台
８１…光パワーメータ（エネルギー検出手段の一例）
８２…レーザ発生源
８３…ハーフミラー
８４…コーナーキューブ
９０…マグネットヨーク
９１…磁極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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