(57)【要約】  本発明は二次イオン抽出システムを備える質量分析計である。システム（１８）は、内部球面偏向セクタ（４２）、外部球面偏向セクタ（４４）、セクタ（４２）とセクタ（４４）との間に形成された偏向ギャップ（４６）およびセクタ（４２）とセクタ（４４）が配置された格納部（３８）を備える。偏向セクタ（４２）および偏向セクタ（４４）は偏向ギャップ（４６）に侵入するイオンビーム（１６）のエネルギーを減少させるために阻止電圧でバイアスがかけられる。システム（１８）はさらに出口軸（２４）の中央部にある貫通孔（６６）がある出口盤電極を備え、その中間電極（６４）は格納（３８）の電圧とセクタ（４２）およびセクタ（４４）の平均電圧との中間の電圧にバイアスがかかる。二次イオンの軌道は出口軸（２４）に対してより平行になり、出口軸に近傍なる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線偏向システム（１８；１１８；２１８）であり、
とりわけ荷電粒子装置（２）の荷電二次粒子抽出システムであり、荷電粒子線偏向システム（１８；１１８；２１８）は、
内部球面偏向セクタ（４２；１４２；２４２）と、
外部球面偏向セクタ（４４；１４４；２４４）と、
荷電粒子線（１６；１１６；２１６）の入口（７５）と、
偏向荷電粒子線（１６；１１６；２１６）がシステム（１８；１１８；２１８）を離れるための出口軸（２４；１２４；２２４）がある出口通路（４７）と、
球体セクタ（４２；４４；１４２；１４４；２４２；２４４）間に形成されて入口（７５）および出口通路（４７）に連結された偏向ギャップ（４６；１４６）と、
偏向ギャップ（４６；１４６；２４６）に対向する出口開口部（５６）がある出口盤電極であり、出口盤電位を備える前記出口盤電極（５４；１５４；２５４）と、
所与の角度から偏向ギャップ（４６；１４６；１４６）に侵入する荷電粒子線（１６；１１６；２１６）を偏向するために偏向電位に対してバイアスがかかる球体セクタ（４２；４４；１４２；１４４；２４２；２４４）とを備え、
前記システム（１８；１１８；２１８）はさらに、
プレート状で出口軸の中央部にある出口貫通孔（６６；１６６）中間電極（６４；１６４；２６４）を備え、
前記中間電極（６４；１６４）は球体セクタ（４２；４４；１４２；１４４；２４２；２４４）の下流に向かっており、
前記中間電極（６４；１６４；２６４）は出口盤電位と球体セクタ（４２；４４；１４２；１４４；２４２；２４４）間の平均電位との間の電位にバイアスがかかる
荷電粒子線偏向システム（１８；１１８；２１８）。
【請求項２】
球体セクタ（４２；４４；１４２；１４４）は、偏向ギャップ（４６；１４６；２４６）の荷電粒子線（１６；１１６；２１６）のエネルギーを減少させるために、減電圧でバイアスがかかる請求項１に記載のシステム（１８；１１８；２１８）。
【請求項３】
中間電極（６４）は第１プレートであり、システムはさらに出口軸（２４）の中央部にある貫通孔（７４）がある第２プレート（７２）を備え、前記第２プレート（７２）は第１プレート（６４）に対向する請求項１または２に記載のシステム（１８）。
【請求項４】
セクタ（４２；４４；１４２；１４４）が配置される格納部（３８；１３８；２３８）を備えるシステムであり、前記格納部（３８；１３８）は出口面電極（５４；１５４）を形成する請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム（１８）。
【請求項５】
格納部（３８；１３８）は出口面電位に対してバイアスがかけられる請求項４に記載のシステム（１８；１１８）。
【請求項６】
中間電極（６４）は中央部の貫通孔（６６）に対応した円盤電極である請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８）。
【請求項７】
中間電極（１６４）は四辺形であり、好ましくは長方形電極である請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム（１１８）。
【請求項８】
格納部（３８；１３８）はセクタ（４２；４４；１４２；１４４）を囲み、接地電位でありおよび／または格納部（３８；１３８）はセクタ（４２；４４；１４２；１４４）を格納部から分離する静電界の空間を備える請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８）。
【請求項９】
格納部（３８；１３８）は、分析される試料（１４）に対向するようにした下方面（４８；１４８）を備え、下方面（４８；１４８）は下方開口部（５３）および／または上方面（５０；１５０）を少なくとも１つの上部開口部（５２；１５２）のある格納部（３８；１３８）を備え、前記開口部（５２；５３；１５２）は同軸である請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８）。
【請求項１０】
外部セクタ（４４；１４４）は下部開口部（１５４）および上部開口部（５２、１５２）と同軸に配置された少なくとも１つのチャネル（６２）を備える請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８）。
【請求項１１】
外部セクタ（４４；１４４）は複数の一次ビーム（１２）を備える複数のチャネル（６２）および／または複数の一次ビーム（１２）の上部開口部（５２、１５２）を備える上部面（５０；１５０）を備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８）。
【請求項１２】
それぞれの貫通孔（６６；１６６；７４、１７４；２６６）の高さは実質的には偏向ギャップ（６４；１６４；２６４）のラジアル高度ＲＨと等しい請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８；２１８）。
【請求項１３】
それぞれの貫通孔（６６；１６６；７４；１７４；２６６）は円形であり、実質的には偏向ギャップ（６４；１６４；２６４）のラジアル高度ＲＨと等しい直径を備える請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８；２１８）。
【請求項１４】
中間電極（６４；１６４；２６４）の厚さは対応する貫通孔（６６；１６６；２６６）の高さ以下である請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８；２１８）。
【請求項１５】
偏向ギャップ（４６；１４６；２４６）は実質的に四半円を超えており、および／または６０°〜１２０°の角度で曲線を形成し、任意で９０°の角度を形成する請求項１〜１４のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８；２１８）。
【請求項１６】
セクタ（４２；４４；１４２；１４４、２４２；２４４）に対してそれぞれに側面に配置されたサイドプレート（６８；１６８）を備えるシステム（１８；１１８；２１８）であり、出口軸（２４；１２４；２２４）に対して垂直な静電界をつくるためにサイドプレート（６８；１６８）にはバイアスがかけられる請求項１〜１４のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８；２１８）。
【請求項１７】
システムの内部（４２；１４２；２４２）セクタおよび／または外部セクタは（４４；１４４；２４４）凡そ１０ｍｍ、好ましくは凡そ８ｍｍの中間半径であるシステムを備える請求項１〜１６のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８；２１８）。
【請求項１８】
固定フランジおよび／または固定手段、好ましくは可逆固定手段を備える請求項１〜１７のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８；２１８）。
【請求項１９】
中間電極（６４；１６４；２６４）および中間電位は、荷電粒子線を出口軸に対して平行になるよう、または、出口軸（２４；１２４；２２４）に荷電粒子線（１６；１１６；２１６）が位置合わせするように、または、出口軸に沿って前記荷電粒子線（１６；１１６；２１６）が直線になるように、荷電粒子線を偏向ギャップ（４６；１４６）内で偏向するために適応する請求項１〜１８のいずれか一項に記載のシステム（１８；１１８；２１８）。
【請求項２０】
荷電粒子偏向システム（１８；１１８；２１８）を備え、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の荷電粒子偏向システム（１８；１１８；２１８）を特徴とする二次粒子偏向システムであり、好ましくは、格納部（３８；１３８）は引出電極を形成する荷電粒子線装置（２）。
【請求項２１】
二次イオンを分析する質量分析装器である請求項２０に記載の装置（２）。
【請求項２２】
出口軸（２４；１２４；２２４）に沿って、かつ荷電粒子偏向システム（１８；１１８；２１８）から加速台、第１レンズ、デフレクタシステム、第２レンズ、またはそれらの組み合わせを備える請求項２０または２１に記載の装置（２）。
【請求項２３】
磁気セクタ（８）と検出システム（１０）をさらに備える請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の装置（２）。
【請求項２４】
試料（１４）から二次荷電粒子を生成する一次粒子源（６）を備える装置であり、前記一次粒子はイオンであり、二次荷電粒子はイオンである請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の装置（２）。
【請求項２５】
試料（１４）から二次荷電粒子を生成する一次粒子源（６）を備え、前記一次粒子はイオンであり、二次荷電粒子は電子である請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の装置（２）。
【請求項２６】
試料（１４）から二次荷電粒子を生成する一次粒子源（６）を備え、前記一次粒子は電子であり、二次荷電粒子は電子である請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の装置（２）。
【請求項２７】
試料（１４）から二次荷電粒子を生成する一次粒子源を備え、前記一次粒子（６）は電子であり、二次荷電粒子はイオンである請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の装置（２）。
【請求項２８】
二次荷電粒子を形成する一次ビーム（１２）源を備え、前記一次ビーム（１２）は光子ビーム、Ｘ線ビームまたは高速中性粒子ビームである請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の装置（２）。
【請求項２９】
格納部（３８；１３８；２３８）の下に試料領域（３６；１３６；２３６）をさらに備え、一次荷電粒子源（６）は格納部（３８；１３８；２３８）のより上にあり、装置は一次荷電粒子が格納部（３８；１３８；２３８）を通って試料領域（３６；１３６；２３６）に届けるように配置される請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の装置（２）。
【請求項３０】
一次ビームの軸が光軸に位置合わせするために長手台および／または横断台において、抽出システムの位置を設定する手段の支持組立体を備える請求項２０〜２９のいずれか一項に記載の装置（２）。
【請求項３１】
請求項１〜１９のいずれか一項に基づく偏向荷電粒子（１８；１１８；２１８）は、荷電粒子偏向システム（１８；１１８；２１８）を備えるガス注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子偏向装置に関する。特に、本発明は表面から放出された荷電粒子の抽出システムに関する。より詳細には、本発明は荷電一次粒子ビームにより射突された表面から放出された荷電二次粒子の抽出システムに関する。さらに詳細には、本発明は質量分析計内において荷電一次粒子ビームにより射突された表面から放出された二次イオン抽出システムに関する。本発明はまた質量分析装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳと略される）は広く普及した表面および少量の分析技術である。この技術は感度が非常に高く、質量の解析機能が高く、またより深くまで解析が可能という点で非常に高性能である。それは試料の元素組成、分子組成および同位体組成を同定するために用いられる。ＳＩＭＳはイオン（一次イオン）収束ビームを用いて材料をスパッタリングして材料自体の特徴的なローカライズされたイオン放出を作り出す。ＳＩＭＳで用いられる一般的なイオンビームは反応性一次ビーム（Ｃｓ＋、Ｏ２＋、Ｏ−）であり、それぞれマイナス一次イオンおよびプラス一次イオンならびにクラスターイオンビーム（Ａｒｎ＋、Ｃ６０＋、Ｂｉｎ＋、Ａｕｎ＋）の放出を増加させる。一方、質量数がより小さいＢｉとＡｕクラスターは主に画像形成アプリケーションに用いられ、Ｃ６０および質量数が大きいＡｒクラスターは有機体の深度プロファイリングとして実証されている。試料から放出された二次イオンは質量分析計によって分析される。
【０００３】
二次イオン質量分析装置は一般的に一次イオンを生成して収束する少なくとも１つの装置と、二次イオンを収集して測定する装置を含む。二次イオンを測定する装置は一般的に二次イオン抽出システム、移転光学構成部、質量分析計および検出システムを含む。上記構成要素の多くの異なる組み合わせが存在し、多くの異なる型の質量分析計（例えば、磁気セクタ、飛行時間型、四重極型、イオントラップ型等）を用いてＳＩＭＳを実行する。これらは最先端技術として公知である。
【０００４】
ＳＩＭＳ分析の感度は、完璧な装置を通った二次イオンの収集および伝達によって決定される部分があるので、二次イオンを効率的に抽出することはすべての型の質量分析計によって非常に重要である。
【０００５】
二次イオンを収集するために必要な抽出フィールドは一次イオンビームに多くの有害な影響をもたらす。ビームは偏向されて位置および射突の角度が変更されるかもしれない。収差が入り、一次ビームのスポットサイズが拡大し、達成可能な方位分解能が低下する。この最後の考察はイメージングＳＩＭＳにとって特に重要である。抽出フィールドから導入された収差を最小化させる方法の１つは一次イオンビームおよび二次イオンビームが試料の近傍で同軸になるよう保持することである。この構成を用いたＳＩＭＳ装置の一例はＣａｍｅｃａ  ＮａｎｏＳＩＭＳ５０である。しかし、ＮａｎｏＳＩＭＳで用いられる精密な配列は一次イオンおよび二次イオンが反対の極性であるという制限を課す。よって、マイナス一次イオンをプラスの二次イオンの分析に用いられなければならず、逆もまた同様である。
【０００６】
従来技術である特許文献１はその質量電荷比に応じてイオンを分離する質量分析装置を開示する。質量分析装置はイオン源と、静電気セクタと、磁気分路と、磁気セクタと、検出手段とを続けて備える。磁気セクタは、イオンを質量対電荷比に応じて分離することが可能である。静電気セクタは球状電極間にある偏向ギャップを画定する球状電極を備える。静電気セクタは、静電気セクタに侵入するイオンビームのエネルギーを減少させるために、遅延モードで使用される。磁気セクタと静電気セクタの組み合わせは、二次イオンの補正した収束を提供するのに用いられる。
【０００７】
先行技術文献である非特許文献１は荷電粒子線偏向システムを開示する。このシステムは、球体セクタ間の球状偏向ギャップを画定する一対の球体セクタを備える。さらに、このシステムは、球体セクタとシンチレーターとの間にある５本の管状電極を示す。これらの管状電極は後に２つのアインツェルレンズとなる。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１０８３７６号
【特許文献２】国際公開第２０１４／１０８３７５号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＫＩＥＮＬＥＭ．ＥＴ．ＡＬ，Ａｎ  ｏｆｆ−ａｘｉｓ  ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ  ａｎａｌｙｓｅ  ｆｏｒ  ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ，ＮＵＣＬＥＡＲ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ＆ＭＥＴＨＯＤＳ  ＩＮ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＲＥＳＥＡＲＣＨ（蘭），２００４年２月２１日，ＳＥＣＴＩＯＮ  Ａ，ｖｏｌ．５１９，ｎｏ  １−２，Ｐ．３２５−３３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は従来技術で示された欠点の少なくとも１つを克服することを目的とする。本発明はイオンビーム偏向システムの出口ビームの品質を向上させる目的も有する。また、本発明は球体静電気セクタの収束効果を減少させる技術的な課題を有する。さらに、本発明は出口において実質的に平行なビームを提供することを目的とする。本発明は、高い方位分解能を実行させるために、一次ビームの抽出フィールドの有害な影響を最小限にする一方で、効率的に荷電二次粒子を抽出するという目的も有する。本発明はまた、二次粒子を次の光学機械の構成部分により効率的に輸送するために抽出システムに存在する二次荷電粒子のビームの品質を向上させる目的も有する。本発明は現存する設備に後付けで使用できるように十分に小型化する目的も有する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は荷電粒子線偏向システムであり、とりわけ荷電粒子装置の荷電二次粒子抽出システムであり、荷電粒子線偏向システムは、内部球面偏向セクタと、外部球面偏向セクタと、荷電粒子線の入口と、偏向荷電粒子線がシステムを離れるための出口軸がある出口通路と、球体セクタ間に形成されて入口および出口通路に連結された偏向ギャップと、偏向ギャップに対向する出口開口部がある出口盤電極であり、出口盤電位を備える出口盤電極と、所与の角度から偏向ギャップに侵入する荷電粒子線を偏向するために偏向電位に対してバイアスがかかる球体セクタとを備え、システムはさらにプレート状で出口軸の中央部にある出口貫通孔がある中間電極を備え、中間電極は球体セクタの下流に向かっており、中間電極は出口盤電位と球体セクタ間の平均電位との間の電位にバイアスがかかる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明に基づく質量分析計の概略図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態に基づく荷電粒子線偏向システムの断面図である。
【図３】図３は本発明の第１実施形態に基づく荷電粒子線偏向システムの斜視図である。
【図４】図４は本発明の第２実施形態に基づく荷電粒子線偏向システムの断面図である。
【図５】図５は本発明の第２実施形態に基づく荷電粒子線偏向システムの斜視図である。
【図６】図６は本発明の第３実施形態に基づく荷電粒子線偏向システムの断面図である。
【図７】図７は本発明に基づく装置の好ましい実施形態を用いて得られたシミュレートされたデータを示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本段落は好ましい実施形態および図面に基づいてさらなる詳細を記載する。本発明の異なる実施形態において類似の概念を示すために類似の参照番号が用いられる。例えば、本発明の３つの異なる実施形態において、符号１８、１１８および２１８は、イオンビーム偏向装置を示すために用いられる。所定の実施例において詳細に記載された特徴は、明確に逆の事項が明確に述べられない限りは、他の実施形態の特徴にただちに組み合わせられる。
【００１４】
好ましい実施形態において、球形セクタは偏向ギャップにおいて荷電粒子線のエネルギーを減少させるために阻止電位でバイアスがかけられる。
【００１５】
好ましい実施形態において、中間電極は第１プレートであり、システムはさらに出口軸の中央部にある貫通孔がある第２プレートを備え、前記第２プレートは第１プレートに対向する。
【００１６】
好ましい実施形態において、システムはセクタが配置される格納部を備え、前記格納部は出口面電極を形成する。
【００１７】
好ましい実施形態において、格納部は出口面電位に対してバイアスがかけられる。
【００１８】
好ましい実施形態において、中間電極は中央部の貫通孔に対応した円盤電極である。
【００１９】
好ましい実施形態において、中間電極は四辺形であり、好ましくは長方形電極である。
【００２０】
好ましい実施形態において、格納部はセクタを囲み、接地電位でありおよび／または格納部はセクタを格納部から分離する静電界の空間を備える。
【００２１】
好ましい実施形態において、格納部は、分析される試料に対向する下方面を備え、前記下方面は下方開口部と、少なくとも１つの上部開口部のある上方面とを備え、開口部は同軸である。
【００２２】
好ましい実施形態において、外部セクタは下部開口部および上部開口部と同軸に配置された少なくとも１つのチャネルを備える。
【００２３】
好ましい実施形態において、外部セクタは複数の一次ビームを備える複数のチャネルおよび／または複数の一次ビームの上部開口部を備える上部面を備える。
【００２４】
好ましい実施形態において、それぞれの貫通孔の高さは実質的には偏向ギャップのラジアル高度ＲＨと等しい。
【００２５】
好ましい実施形態において、それぞれの貫通孔は円形であり、実質的には偏向ギャップのラジアル高度ＲＨと等しい直径を備える。
【００２６】
好ましい実施形態において、中間電極の厚さは対応する貫通孔の高さ以下である。
【００２７】
好ましい実施形態において、偏向ギャップは実質的に四半円を超えており、および／または６０°〜１２０°の角度で曲線を形成し、任意で９０°の角度を形成する。
【００２８】
好ましい実施形態において、システムはセクタに対してそれぞれに側面に配置されたサイドプレートを備え、出口軸に対して垂直な静電界をつくるために前記サイドプレートにはバイアスがかけられる。
【００２９】
好ましい実施形態において、システムの内部セクタおよび／または外部セクタは凡そ１０ｍｍ、好ましくは凡そ８ｍｍの中間半径であるシステムを備える。
【００３０】
好ましい実施形態において、システムは固定フランジおよび／または固定手段、好ましくは可逆固定手段を備える。
【００３１】
好ましい実施形態において、偏向荷電粒子線は出口軸に沿って格納部を残す。
【００３２】
好ましい実施形態において、格納部は接地電位で保持される。
【００３３】
好ましい実施形態において、格納部は一次ビームを通過させる一対の上部面および下部面の同軸開口部を備える。
【００３４】
好ましい実施形態において、格納部のより下部面は実質的に試料受取プレートに平行になるよう配置される。
【００３５】
好ましい実施形態において、内部球体の一部を形成する外部面を備える内部セクタと、内部球体と同心円である外部球の一部を形成する内部面を備える外部セクタとを備え、セクタ間の空間は偏向ギャップを形成する。
【００３６】
好ましい実施形態において、内部および外部セクタの内部放射線分離は、好ましくは１ｍｍ〜４ｍｍ、さらに好ましくは２ｍｍである。
【００３７】
好ましい実施形態において、外部セクタは一次ビームを通過させるチャネルを備え、チャネルは格納部に形成された開口部と同軸上に配置されている。
【００３８】
好ましい実施形態において、サイドプレート電極は実質的に内部セクタおよび外部セクタの面と平行に実装されている。
【００３９】
好ましい実施形態において、サイドプレートは、球体セクタ間の偏向ギャップが実質的に覆われるのを保持しながら同時に球体セクタに電気的および／または機械的連結を簡便に通過できるよう成形される。
【００４０】
好ましい実施形態において、中間電極は偏向ギャップの前面に配置された出口貫通孔を備える。
【００４１】
好ましい実施形態において、出口貫通孔は円筒状の形状を有する。
【００４２】
好ましい実施形態において、出口貫通孔は球体セクタの中間軸によって形成された軸と同軸になるように配置されている。
【００４３】
好ましい実施形態において、中間電極は上流面は実質的に、内部セクタおよび外部セクタの出口表面により形成された平面と平行になるように配置されている。
【００４４】
好ましい実施形態において、中間電極とセクタの出口表面により形成された平面の距離は偏向ギャップのラジアル高度ＲＨまたはセクタの内部ラジアル分離より小さい。
【００４５】
好ましい実施形態において、中間電極の出口開口部の直径は、内部セクタと外部セクタとの間の内部放射線の距離と実質的に等しい。
【００４６】
好ましい実施形態において、中間電極は実質的に平面である。
【００４７】
好ましい実施形態において、中間電極は外部半径に対して環状であり、出口開口部の半径より１ｍｍ〜２ｍｍ大きい。
【００４８】
好ましい実施形態において、装置は、内部球形セクタ電極および外部球形セクタ電極にバイアスをかける手段、プレート電極、中間電極をそれぞれ独立して備える。
【００４９】
好ましい実施形態において、装置は荷電二次粒子を抽出するため、試料と格納部の下部表面との間に電界をつくる試料にバイアスをかける手段を備える。
【００５０】
好ましい実施形態において、中間電極は外部半径に対して環状であり、出口開口部の半径より１ｍｍ〜２ｍｍ大きく、好ましくは少なくとも２ｍｍ大きく、さらに好ましくは３ｍｍ大きい。
【００５１】
好ましい実施形態において、少なくとも１つの各貫通孔の内面直径は対応するプレートの厚さより小さい。
【００５２】
好ましい実施形態において、少なくとも１つまたは各貫通孔は、偏向ギャップの前にあるか円筒状である。
【００５３】
好ましい実施形態において、中間電極は各セクタに対向し、特に中間電極と球体セクタとの間の電界を減少させる。
【００５４】
好ましい実施形態において、システムは球体セクタおよび／または中間電極にバイアスをかける手段を備え、好ましくは独立した方法で備える。
【００５５】
好ましい実施形態において、中間電極は出口開口部に内接している。
【００５６】
好ましい実施形態において、中間電極および中間電位は、前記荷電粒子線が出口軸に対して平行になるよう、または、出口軸に荷電粒子線が位置合わせするよう、または、出口軸に沿って荷電粒子線が直線になるよう、荷電粒子線を偏向ギャップ内で偏向するために適応する。
【００５７】
本発明はまた荷電粒子線偏向システムであり、特に荷電粒子装置の荷電二次粒子の抽出システムであり、荷電粒子線偏向システムは、内部球形セクタと、外部球形セクタと、セクタが配置される格納部であり格納電位を備える格納部と、荷電粒子線の入口と、偏向荷電粒子線が格納部から離れる際に通る出口軸のある出口通路と、球体セクタ間に形成され入口と出口通路をつなぐ偏向ギャップと、荷電粒子線が所与の角度で偏向ギャップに入るのを偏向するために偏向電位にバイアスがかかった球形セクタとを備え、システムはさらにセクタに対して横にそれぞれ配置された２つのサイドプレートと、プレート型で出口軸を中心に出口貫通孔がある中間電極とを備え、中間電極は球体セクタの下流にあり、球体セクタは中間電極の電位とサイドプレートの電位との間にバイアスをかけられるか、および／または中間電極は格納部の電位とサイドプレートの電位との間の中間電位でバイアスをかけられる。
【００５８】
本発明はまた荷電粒子線偏向システムであり、特に荷電粒子装置の荷電二次粒子の抽出システムであり、荷電粒子線偏向システムは、内部球形セクタと、外部球形セクタと、荷電粒子線の入口と、偏向荷電粒子線が格納部から離れる際に通る出口軸のある出口通路と、球体セクタ間に形成され入口と出口通路をつなぐ偏向ギャップと、出口面電位を備え、偏向ギャップに対向する出口開口部がある出口面電極と、偏向ギャップに入ろうとする荷電粒子線のエネルギーを減少させるために偏向電位にバイアスがかかった球形セクタとを備え、システムはさらにプレート型であり、出口開口部と偏向ギャップとの間にある出口貫通孔がある中間電極とを備え、中間電極は出口面電位と１つの球体セクタの電位との間の中間電位にバイアスがかけられる。
【００５９】
好ましい実施形態において、中間電極は出口面電位と球形セクタの平均電位との間である中間電位でバイアスがかけられる。
【００６０】
好ましい実施形態において、中間電極は出口面電位と出口面電位に最も近い電位である１つの球体セクタの電位との間の中間電位でバイアスがかけられる。
【００６１】
本発明はまた荷電粒子線偏向システムであり、特に荷電粒子装置の荷電二次粒子の抽出システムであり、荷電粒子線偏向システムは、内部球形セクタと、外部球形セクタと、荷電粒子線の入口と、偏向荷電粒子線が格納部から離れる際に通る出口軸のある出口通路と、球体セクタ間に形成され入口と出口通路をつなぐ偏向ギャップと、出口開口部があり偏向ギャップに対向する出口面電極であり出口面電極を備える出口面電極と、荷電粒子線が所与の角度で偏向ギャップに入るのを偏向するために偏向電位にバイアスがかかった球形セクタとを備え、システムはさらにプレート型で出口軸を中心に出口貫通孔があり偏向ギャップと出口面電極との間に配置される中間電極と、両方とも球体セクタに対向する２つのサイドプレートであり、出口軸に垂直な電界をつくるためにバイアスがかかるサイドプレートとを備える。
【００６２】
好ましい実施形態において、サイドプレートは球形セクタの平均電位と比較して同程度に高い電位にバイアスがかかり、好ましくは球形セクタの平均電位と比較して少なくとも２倍高い電位にバイアスがかかり、より好ましくは球形セクタの平均電位と比較して少なくとも３倍高い電位にバイアスがかかり、さらに好ましくは球形セクタの平均電位と比較して少なくとも４倍に高い電位にバイアスがかかる。
【００６３】
好ましい実施形態において、各球体セクタはサイドプレートに対向する側面を示し、各側面はサイドプレートの１つによって大部分または完全に覆われている。
【００６４】
本発明はまた荷電粒子線偏向システムであり、特に荷電粒子装置の荷電二次粒子の抽出システムであり、荷電粒子線偏向システムは、内部球形セクタと、外部球形セクタと、荷電粒子線の入口と、偏向荷電粒子線が格納部から離れる際に通る出口軸のある出口通路と、球体セクタ間に形成され入口と出口通路をつなぐ偏向ギャップと、出口開口部があり偏向ギャップに対向する出口面電極であり出口面電極を備える出口面電極と、荷電粒子線が所与の角度で偏向ギャップに入るのを偏向するために偏向電位にバイアスがかかった球形セクタとを備え、システムはさらに出口開口部から偏向ギャップへの突起としての出口貫通孔がある中間電極と、両方とも球体セクタに対向する２つのサイドプレートであり、球体セクタは中間電極の電位とサイドプレートの電位との間の中間電極でバイアスがかかるか、中間電極は出口面電極の電位とサイドプレートの電位との間の中間電極でバイアスがかかるサイドプレートとを備える。
【００６５】
本発明はまた、荷電粒子偏向システムを備えた荷電粒子線装置であり、特に本発明に基づく荷電粒子偏向システムを特徴とする二次粒子偏向システムであり、好ましくは、格納部は引出電極を形成する。
【００６６】
好ましい実施形態において、装置は二次イオンを分析する質量分析計である。
【００６７】
好ましい実施形態において、装置は出口軸に沿って、かつ荷電粒子偏向システムから加速台、第１レンズ、デフレクタシステム、第２レンズ、またはそれらの組み合わせを備える。
【００６８】
好ましい実施形態において、装置はさらに磁気セクタと検出システムを備える。
【００６９】
好ましい実施形態において、装置は、試料から二次荷電粒子を生成する一次粒子源を備え、前記一次粒子はイオンであり、二次荷電粒子はイオンである。
【００７０】
好ましい実施形態において、装置は、試料から二次荷電粒子を生成する一次粒子源を備え、一次粒子はイオンであり、二次荷電粒子は電子である。
【００７１】
好ましい実施形態において、装置は、試料から二次荷電粒子を生成する一次粒子源を備え、前記一次粒子は電子であり、二次荷電粒子は電子である。
【００７２】
好ましい実施形態において、装置は、試料から二次荷電粒子を生成する一次粒子源を備え、前記一次粒子は電子であり、二次荷電粒子はイオンである。
【００７３】
好ましい実施形態において、装置は二次荷電粒子を形成する一次ビーム源を備え、前記一次ビームは光子ビーム、Ｘ線ビームまたは高速中性粒子ビームである。
【００７４】
好ましい実施形態において、装置はさらに格納部の下に試料領域を備え、前記一次荷電粒子源は格納部のより上にあり、装置は一次荷電粒子が格納部を通って試料領域に到達するように配置される。
【００７５】
好ましい実施形態において、装置は、一次ビームの軸が光軸に位置合わせするために長手台および／または横断台において、抽出システムの位置を設定する手段の支持組立体を備える。
【００７６】
好ましい実施形態において、装置は検出システムをつくるために試料にバイアスをかける手段を備える。
【００７７】
本発明はまた荷電粒子偏向システムを備えるガス注入システムであり、偏向荷電粒子は本発明に基づいている。
【００７８】
本発明のそれぞれの目的は本発明の他の目的と関連するかもしれず、本発明の1つの目的のそれぞれの好ましい実施形態は本発明の他の目的と関連するかもしれない。
【００７９】
本発明は  一次ビーム軸が実質的に二次ビームと同軸であり、かつ実質的に試料近辺において正規であるという点で特に興味深い。これは抽出フィールドにより一次ビームに導入された収差および偏向を減少させる。二次粒子は、２つのビームの実質的なエネルギー差を利用することによって一次粒子から分離される。一対の同心球形セクタは、簡便に他の荷電粒子最適システムに導入されるようにある角度によって二次粒子を逸脱する。このシステムは質量分析装置を含む。球形セクタの近辺にある二次粒子を実質的に抽出電圧よりも低い電圧に阻止電位せることにより、必要な偏向電圧は減少し、二次ビームの伝達を実質減少させなくても、さらに一次ビームに導入された収差を減少させる。サイドプレート電極と中間電極の組み合わせは球形セクタ電極と併せて、二次粒子が抽出システムを通る送信を最大化し、次の荷電粒子装置に注入する光学品質のより高いビームを生成する。
【００８０】
本発明による抽出システムは、一次ビームは電子またはイオンを備え、二次ビームもイオンまたは電子を備えるシステムと同等によく使用される。そして、本発明は４つの有効な想定使用方法を提供する。
【００８１】
二次イオンビームは実質的にイオンビーム偏向システムの出口軸と平行になる。この効果はサイドプレートが任意の電位にバイアスがかかっても持続する。本発明の特徴を用いて、中間電極は、球形セクタによって生じた収束効果を減少または無効にすることが可能である。収束効果は、ｙ収束とｚ収束がｘ軸または出口軸に沿って間隔をあけて並べられていても補正される。
【００８２】
中間電極は球形セクタに対して減電圧でバイアスがかかる。本発明は、例として２５０Ｖまたは５００Ｖといった試料の減電圧を採用できる。試料電圧の８０％に相当するセクタ電圧を適応することにより、２０ｎｍのスポット径が生成できる。１０ｎｍのスポットを実際には得る。一次ビームの偏向は１０μｍ未満で保持される。そのような条件下で、試料電圧は一次イオン中に広まらない。０Ｖ〜１０００Ｖの電圧について興味深い結果が観察された。４０００Ｖまでの電圧も同様に考察された。
【００８３】
表１は、試料電圧と球形電圧と共に、伝達、一次ビーム偏向ならびにスポット径の変異を示す。
【００８４】
【表１】
2019505965.tif 000003
【００８５】
本発明は小型のSIＭS質量分析計の設計にも適合する。それはヘリウムイオン顕微鏡またはデュアルビーム／クロスビームといった公知の装置に実装されている。本発明に基づく質量分析計は追加で既存の顕微鏡に実装することができる。この利点はコストを大幅に削減する。
【００８６】
図１は本発明に基づく荷電粒子装置２の概略図を示す。前記装置は質量分析装置２である。
【００８７】
装置２は、質量分析計の技術を用いて分析する試料を導入する注入口（図示せず）を有する筐体に４を提供する。筐体４は真空を取り囲み、イオン源６、磁気セクタ８および少なくとも１つ、任意で２つ以上の検出器１０を備える。本明細書全体において、検出器とは異なる質量電荷比のイオンの検出および定量化をして、生成したスペクトラムを計算して、生成したスペクトラムを表示することが可能な装置を指す用語として用いられる。このような装置または装置集合体は公知である。磁気セクタ８の形状は磁気セクタ８の図示された形状とは異なるかもしれない。磁気セクタ８は特許文献２で開示された磁気セクタかもしれない。
【００８８】
イオン源６またはイオン源は一次ビーム１２を形成する一次イオン源を備える。それは、Ｈｅ＋、Ｎe＋、Ｇａ＋、Ｘｅ＋、Ｎ＋、Ｈ＋またはＯ２＋イオンを備え、試料から生成された二次イオンをつくるために試料１４に射突を与える。他の一次イオン種も多く用いられる。これらは公知技術である。それらを生成後、二次イオンは、抽出システム１８によって二次イオンビーム１６として試料１４から抽出される。抽出システム１８はイオンビーム偏向システム１８かもしれない。
【００８９】
質量分析装置２はまたイオン源６および／または抽出システム１８の下流に伝達光学２０を備える。それは質量電荷比に基づいて、二次イオンを分析する装置を追加で備えるかもしれない。そのような装置は磁気セクタ８質量分析計、飛行時間型質量分析計または四重極型質量分析計を含むが限定されない。磁気分路２２は伝達光学機器と二次イオン分析装置との間の流動空間に設置される。
【００９０】
二次イオンビーム１６はイオン源６と入口面との間の流動空間を通過後、一定の角度で磁気セクタ８の入口面に到達する。磁気セクタ８は、特定の質量電荷比に応じて、二次イオンが特別に曲線軌道に沿うようにする永久磁界を作り出す。伝達光学２０は加速台（表示せず）を備える。加速台は加速フィールドを作り出す一組のバイアスがかかったシートを備えるかもしれない。加速台の追加によって、二次ビームは  抽出電圧とは独立した固定エネルギーで磁気セクタに入射される。加速台の出口にある開口部はイオンビームによって交差される。それはまた質量分析計の受容、ひいては伝達の立体角を画定する。
【００９１】
二次イオンの流動方向に対して下流において、伝達光学２０は連続して第１レンズ、二重偏向および第２レンズを備える。それぞれは二次荷電粒子に作用する静電界を作るためにバイアスがかかる。
【００９２】
図２は本発明の第１実施形態に基づく荷電粒子線偏向システム１８の断面図を示す。前記断面図は出口軸２４に沿って切断した図である。
【００９３】
中間電極６４は第１プレート６４である。イオンビーム偏向システムは格納部の一部である第２プレート７２を備える。それは格納部電位でバイアスがかかる。この第２プレート７２は第１プレート６４と同一の形状を示す。例えば、それは円形または長方形かもしれない。出口軸２４に対して同軸上に配置された貫通孔を示す。貫通孔６６および貫通孔７７の内径は偏向ギャップ４６のラジアル高度ＲＨと等しい。後者は、二次イオンビーム１６に通路を提供するため入口７５および出口通路７４と連絡している。
【００９４】
格納部３８は出口開口部５６が配置された出口面５４を備える。中間電極６４は出口開口部５６に囲われている。そして、出口面５４の厚さ内である。同様に第２プレート７２にも適応される。
【００９５】
図２により明らかなように、偏向ギャップ４６と第１電極６４との間の静電界はある程度同質である。力線７０はここでは直線である。静電界はセクタ４２およびセクタ４４からシステム環境に向かうところでより一層減少する。この特性は、順に出口軸２４により平行になるよう二次ビームを補正する。このようなビームは組成物分析をかける際に採取するのが容易である。
【００９６】
一次ビーム１２は格納部３８を横断する。上部面５２に形成された上部開口部５２と交差し、チャネル６２を通って突出して上部セクタ４４を通り、下部面４８の下部開口部５３を横断することで試料１４に到達する。有利には、上部開口部５２、下部開口部４８およびチャネル６２は同軸上にある。
【００９７】
力線７０はプレート受理試料３６と格納部３８との間に引かれる。他の力線７０は、偏向ギャップ４６を通してセクタ４２およびセクタ４４の周囲に延長する。これらの力線７０の一部はまた中間電極６４の周囲に巻き付く。力線７０は概略的であり、阻止電位に相当するかもしれない。他の電圧がセクタ４２およびセクタ４４ならびに格納部３８に印加されたときには線の配置は異なる。我々が気付くように、力線７０は中間電極６４の近傍よりも上部開口部５２とチャネル５２との間でさらに曲がっている。
【００９８】
図３は本発明の第１実施形態に基づく荷電粒子線偏向システム１８の等角図である。より詳細が提示されるように図中で切抜きが行われる。出口面の断面は中間電極６４をより露出するために除去される。
【００９９】
システム１８は質量分析技術によって分析される試料に適合した試料領域を備える。試料領域は試料受理プレート３６として形成される。プレート３６は、５０Ｖ〜５００Ｖの試料電圧Ｖｓａにおいてバイアスがかけられる。
【０１００】
システム１８は遮蔽として指定された格納部３８をも備える。格納部３８は抽出電極を形成する。それは格納部電位、例えば接地電位を有する。格納部３８と試料受理プレート３６との間の電圧差はそれらの間に静電界を生成する。前記静電界は試料受理プレート３６から上方に二次イオンを加速する。
【０１０１】
格納部３８は内部セクタ４２と外部セクタ４４が配置される空隙を画定する。内部セクタ４２は内部球体の一部を形成する外部凸面を備え、外部セクタ４４は、内部球体と同軸である外部球体の一部を形成する内部凹面を備える。セクタ４２およびセクタ４４は、それらの間にある出口軸２４に向かって二次ビームを偏向する偏向ギャップ４６を画定する。システム１８は、偏向ギャップ４６に連絡する入口と出口通路４７とを備える。その配置によりイオンビームが偏向ギャップ４６および格納部３８を通過することを可能にする。
【０１０２】
偏向ギャップ４６は二次ビームを９０°で曲げる。しかし、二次ビームは３０°〜１２０°の角度で曲げられる。このために、セクタ４２およびセクタ４４は異なった電位でバイアスがかけられる。さらに正確には、セクタ４２およびセクタ４４は、偏向ギャップ４６に侵入する二次イオンのエネルギーを減少させるために阻止電位または阻止電圧Ｖｒでバイアスがかけられる。セクタ電圧は以下の式にてＶｓｅが付与される
Ｖｓｅ＝Ｖｒ＋／−Ｖｄ
Ｖｄは偏向を保持するよう適応する。試料電圧Ｖｓａと等しい、侵入する一次イオンＥ１のエネルギー次第では、任意で阻止電位Ｖｒによって減少される。それはセクタの半径に依存する。
【０１０３】
二次イオンビームのエネルギーの減少は、セクタ４２とセクタ４４との間の電位差を減少させる。これにより一次イオンビーム１２への影響を低下させ、高い方位分解能による分析ができる。
【０１０４】
格納部３８は、下部開口部（図では隠されている）下部面４８および一次イオンビーム１２に交差する上部開口部５２のある上部面５０を備える。下部面４８と上部面５０は出口面５４によって連結され、出口軸２４の周囲に出口開口部５６を備える。下部面４８は試料受理プレート３６に対して実質的に平行である。上部面５０と下部面４８は後部面５８によって任意で連結される。格納部３８は、特に面４８、面５０、面５４、面５８によりセクタ４２およびセクタ４４を囲む。それはセクタ４２およびセクタ４４を囲む閉じたループを形成し、任意でセクタ４２およびセクタ４４の周囲に分離した空間６０を形成する。静電界は格納部３８とセクタ４２およびセクタ４４それぞれとの間の電位差のため分離空間６０に存在する。
【０１０５】
上部セクタ４４は上部開口部５２および下部開口部と位置合わせしたチャネル６２を備える。それにより一次イオンビーム１２が偏向ギャップ４６を制限するので試料に向かって通過できるようにする。
【０１０６】
中間電極６４は出口開口部５６に配置される。中間電極６４はプレートの形状を示す。中間電極６４は例えばディスクの形状かもしれない。中間電極６４は一体的に、平面で、一定の厚みで形成される。中間電極６４は実質的に薄い。その厚みは幅の半分以下であり、好ましくは２５％未満である。切り出された図のため、前記中間電極６４の角度のある部分が示されるが、実際は出口軸２４の周囲に閉じたループを形成する。中間電極６４は貫通孔６６を備える。それは出口軸２４を中心にしており、偏向ギャップ４６の延長線上にあるかもしれない。貫通孔６６は有利に円形で、出口軸２４を中心にしている。
【０１０７】
イオンビーム偏向システム１８の伝達を向上させるために、イオンビーム偏向システム１８は２つのサイドプレート６８を備え、２つのうち１つを本明細書にて記載する。２つのサイドプレート６８はバイアス手段によって電位にバイアスがかけられる。２つのサイドプレート６８の電位は例えば２０００Ｖまで上昇する。２つのサイドプレート６８はセクタ４２およびセクタ４４の横にバイアスがかかるよう配置されており、格納部３８の空隙に配置される。横方向は出口軸２４に対して水平かつ直角であると理解される。サイドプレート６８は試料プレート３６に対して水平かつ直角に配置される。
【０１０８】
図４は本発明の第２実施形態に基づく荷電粒子線偏向システム１１８の断面図である。前記断面図は出口軸１２４に沿って切断した図である。
【０１０９】
第２実施形態のイオンビーム偏向システム１１８は第１実施形態と同様である。しかし、中間電極１６４は出口面１５４の貫通孔の外部にある長方形の電極であるという点で実質的に異なる。
【０１１０】
中間電極１６４は格納部１３８の高さの大部分を延長する。それは球体セクタ１４２および球体セクタ１４４の高さの上を突出する。円形出口貫通孔１６６は長方形に限定されず、正方形かもしれず、さらに一般的な四辺形であるかもしれない。空間１７８は格納部１３８の内部面１５０および内部面１４８から中間電極１６４の端部を分離する。中間電極１６４は出口面１５４に実質的に平行であるが、出口面からは離れている。
【０１１１】
図５は本発明の第２実施形態に基づく荷電粒子線偏向システム１１８の等角図である。より詳細を示すために切り抜かれている。格納部の出口面は、球体セクタ１４２および球体セクタ１４６ならびに偏向ギャップ１４６をより見やすくするために取り除かれている。
【０１１２】
中間電極１６４は、上部面１５０と格納部１３８の下部面１４８との間に実質的に中心にある。それはまたサイドプレート１６８の間に配置されている。中間電極１６４の貫通孔１６６は出口軸１２４と同軸上に配置されている。中間電極１６４は格納部１３８において補助遮断壁を形成し、一般的には、球体セクタ１４２および球体セクタ１４４がある内部空間を分断する。
【０１１３】
図６は本発明の第３実施形態に基づく荷電粒子線偏向システム２１８の断面図である。前記断面図は出口軸２２４に沿って切り取られている。
【０１１４】
第３実施形態のイオンビーム偏向システム２１８は、中間電極２６４、球体セクタ２４２および球体セクタ２４４、試料プレート２３６が同様であるという点で第２実施形態と類似である。以前の格納部が適合された点が異なる。出口面２５４は保持されるが、上部面および下部面は取り除かれる。それらは外部電極２４４および内部電極２４２によってそれぞれ置き換えられる。それらの上部面および下部面はシステムのそれらを形成する。出口軸２５４はバイアスがかかるか、接地電位に保持される。
【０１１５】
本明細書では、格納部２３８はセラミックから成る。この方法では、セラミックは球体セクタ２４２および球体セクタ２４４ならびに出口面２５４を相互に電気的に分離する。格納部２３８は球体セクタ２４２および球体セクタ２４４のそれぞれが固定された側面部分を備える。側面部分は主要固定ブラケットを形成する。格納部２３８は出口面２５４の下流に突出する。
【０１１６】
偏向荷電粒子線偏向システム２１８は２つのサイドプレート（表示せず）を備える。サイドプレートは出口軸２２４に垂直な静電界を作るためにバイアスがかかる。それらは各球体セクタ２４２および球体２４４の前で格納部２３８内に配置される。それらは格納部２３８がするように、偏向ギャップ２４６を覆う。それらは球形セクタ２４２および球体セクタ２４４を連結するブリッジを形成する。
【０１１７】
図７はサイドプレート（曲線３８０で図示）のみ、および中間電極と組み合わせたサイドプレート（直線３８２で図示）がある抽出システムの伝達の変化を示す。
【０１１８】
サイドプレートを自動で使うことで、一定の電圧窓よりも高い強化された伝達を得ることが可能になる。出口コレクタおよびサイドプレートを正しく調整することで、強化された伝達は広い電圧範囲において達成される。
【０１１９】
抽出システムの電圧の例
次の電圧は例示的である。それぞれは分析の品質を最適化するために個々に調整されるべきである。両方の場合において、二次イオンエネルギーは球形セクタの近傍で試料電圧と比べて２０％に減少する。これは  一次ビームに導入された収差を減少する代わりに、イオンを９０°偏向させるよう要求される偏向電圧を減少する。抽出システムはまた、二次イオンのエネルギーは球体セクタの近傍では減少されないように使用される。この場合より大きい偏向電圧が球形セクタに印加されなければならない。
【０１２０】
【表２】
2019505965.tif 000004
【０１２１】
【表３】
2019505965.tif 000005
【０１２２】
前例は４０％の伝達を提供する。
【図１】
2019505965.tif 000006
【図２】
2019505965.tif 000007
【図３】
2019505965.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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