Automation of SIMS analysis withSCAPS Naoya Sakamoto 2002.11.1 Today,I will talk about my current work Automation of SIMS analysis with SCAPS. You know,私はSIMSで測定した経験が少ないです。 ですので、是非使用上のアドバイスをお願いします。

Contents Why automate Advantage How automate Stage control Today's contents are there. まず どうして自動化する必要があるのか。 自動化する事の利点は何か。 どうすれば実現できるのか。どんな機能が必要なのか。 についてお話します。 次に必要な機能の一つであるステージコントロールについてお話します。

Why automate? Global Structure Explorer Automation SIMS + SCAPS rim Core-Mantle etc… Explorer D/H ratio Pre-solar grain SIMS + SCAPS 2D isotope analysis Automation どうして自動化する必要があるのか。 プレソーラーグレインを発見したり、D/H比に異常がある部分を調べる、といったような探索や CAIのリムの同位体分布を調べたり、CAIのコアマントル構造について調べたりするような大きな構造を 見たい場合、これらには二次元同位体分析が有効です。 これはSIMSとSCAPSとを用いたシステムによって実現できます。 しかし、現在、その操作は全て手動で行われています。 これにより、SCAPSを用いた測定をする事は誰でもできるわけではありません。 また、長時間の測定は実験者に大きな疲労を与えたり、ヒューマンエラーなどから 測定測定に省ける時間が消費されるという事もあります。 そこで、これらの手動操作をできるだけ自動化できる所は自動化する事で、 Fast and Easyな実験を行い、より効率的にデータを集める事が期待されます。 Manual operation ×Difficult ×Time-consuming ×Get tired Fast and Easy

Advantage Shortening of measurement time Save researcher a lot of labor A view is expanded 利点として、主にこの３点が挙げられます。 実験時間を短縮したり、実験者の手間を省く事でより広い視野でサンプルを見る事ができるようになります。

time これは実際にSIMSとSCAPSを用いた実験の典型的なタイムテーブルです。 長島さんの実験データを用いました。 数字は測定した場所を示します。この日は３枚のデータが取得できたようです。 色のついている部分が、実際にサンプルにビームを照射して測定している時間帯です。 空白の部分はその他の作業に費やしている時間帯です。 自動化するとこの空白の時間帯がかなり減るので、３倍ほどの効率アップになります。 しかも、これはSCAPSを用いた実験に熟練した実験者の例なので、初心者の場合、もっと効率はあがると予想されます。 time

Start SIMS and Preparation Start SIMS and Preparation Choose Point Choose Points Choose isotopes Move Stage Pre Sputter Move Stage Choose isotope Pre Sputter Set Isotope Set Isotope APS reset APS reset Beam ON Beam ON これはSCAPSを用いた実験のフローチャートです。 左が現在手動で操作している項目です。 右は自動化した場合の項目です。 緑の項目は手動操作です。 空白は自動で処理できると予想される項目です。 これをみると、現在は、実験中は常に何らかの操作をする必要がありますが、 自動化すると最初に測定したい場所とその場所で測定したい同位体種とのセットをインプットすると、 あとは原理的には手動操作は必要ありません。 また、データ処理の自動化も考えています。 これにより、実験者の苦労が減るので、長時間の測定が可能になります。 Beam OFF Beam OFF Change? Change? Point Isotope Point Isotope Data Processing Data Processing End End

Include important information 今、仮にこの赤い円の部分に、本当はとても大切な情報が眠っているとします。 スポット分析の場合、５μのビームを数点打っても、偶然にこの部分の情報が引き出される という幸運にはなかなか恵まれません。 SCAPSを用いると広範囲の分析ができるのであたる確率があがりますが、大量にマッピングする のは大変です。 自動化すると確率があがります。 つまり視野が広がります。

How Automate? Sequence Control Stage Control Automatic Evaluation では、どうやったら自動化できるのでしょうか？ 自動化に必要な主な機能をあげてみました。 ステージコントロール シーケンス制御 ハイブリッドSCAPS 自動評価システム 今回の発表では、現在取り組んでいるステージコントロールについて少し詳しくお話します。 Hybrid SCAPS Automatic Evaluation

Stage control ・Control the SIMS’s sample holder stage. Function ・Control the SIMS’s sample holder stage. ・Set measurement points using BSE image. Require ・Stage of SIMS and BSE image are matched. Problem ・How to match? ・Accuracy? ・Complex? ステージコントロールとは、SIMSのサンプルが乗っているステージをコントロールする事です。 BSEの画像とSIMSのステージとで座標軸を同じにすれば、BSEで指定した場所を測定する事ができるように成ります。 問題はどのように一致させるのか、その精度は十分か、手間はかかり過ぎないかという事です。 座標軸を一致させるには、アフィン変換を用います。 精度はAt most 10μです。 手間はかかりますが、慣れれば、、、。 というようにまだ完成していませんが、こういうものを作るという事をお話します。 Affine transform At most 10µm Yes,but you get used to…

Affine transform Affine transform Translation Scaling Rotation 平行移動、拡大縮小、回転を合わせてこのような行列で表せます。 これをアフィン変換と言います。 Rotation

Affine transform 実際に変換してみます。 これはBSE像です。 これは光学顕微鏡像です。 得られた画像と光学顕微鏡像を重ねあわせるとほぼ一致する事がわかります。 このようにBSEと光学顕微鏡像の座標軸を一致させる事ができます。 同様にSIMSのCCDイメージを用いると、SIMSとBSEとの座標軸を一致させる事ができ、 BSEで指定したポイントにSIMSのステージを同期させる事ができます。

10µm is accuracy sufficient for SCAPS. Measurement Point Beam SIMS CCD Max expansion これはBSEです。 これはSIMSのサンプルをCCDで撮像して得られた画像です。 例えばここの同位体を測定したい場合、BSE上で指定するとSIMSのステージが同期して動きます。 このCCDの画像は拡大率を最大にしており、この長さが４００μです。 初めてこの画像を見たとき、スポット分析をしている方はよくビームが当てられるなぁと驚きました。 SCAPSでステージコントロールを使用する場合、SCAPSのデータを取得する範囲は約７０μ四方なので たとえ１０μの誤差が出たとしても十分に使用できます。 70µ 10µm is accuracy sufficient for SCAPS.

Future work Construction of automation system soon

5µm