JP2567736B2 - イオン散乱分析装置 - Google Patents
イオン散乱分析装置Info
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- JP2567736B2 JP2567736B2 JP2338661A JP33866190A JP2567736B2 JP 2567736 B2 JP2567736 B2 JP 2567736B2 JP 2338661 A JP2338661 A JP 2338661A JP 33866190 A JP33866190 A JP 33866190A JP 2567736 B2 JP2567736 B2 JP 2567736B2
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- H01J2237/2505—Tubes for localised analysis using electron or ion beams characterised by their application
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- H01J2237/2527—Ions [SIMS]
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- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
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ビームを照射し、試料から照射
ビームの入射側で照射ビームを同軸方向に散乱される粒
子をエネルギー分析する直衝突イオン散乱分光装置（Im
pact Collision Ion Scattering Spectroscopy;ICISS）
に関する。
ビームの入射側で照射ビームを同軸方向に散乱される粒
子をエネルギー分析する直衝突イオン散乱分光装置（Im
pact Collision Ion Scattering Spectroscopy;ICISS）
に関する。
（従来の技術） ICISSにおけるエネルギー分析方法としては飛行時間
型分析器が用いられる場合が多い。飛行時間型分析器は
試料から同時に散乱された粒子が検出器に到達するまで
の時間差によってエネルギー分析を行うものなので、粒
子の荷電の有無に関係なしにエネルギー分析ができる特
徴がある。
型分析器が用いられる場合が多い。飛行時間型分析器は
試料から同時に散乱された粒子が検出器に到達するまで
の時間差によってエネルギー分析を行うものなので、粒
子の荷電の有無に関係なしにエネルギー分析ができる特
徴がある。
所で試料にイオンを照射したとき、そのイオンの中に
は電荷を持ったまゝ散乱されるものと、電荷を試料に取
られて中性粒子となって散乱されるものとがあり、飛行
時間型エネルギー分析器ではこの両種のイオンを合せた
全散乱粒子に対してエネルギー分析を行っていることに
なる。しかし試料により散乱される粒子で電荷を保有し
たまゝのものは試料の表面に配列している原子により散
乱されたものが多く、他方中性化した粒子は試料表面よ
り内部に進入し、試料原子との間で交互作用があった後
散乱されたものが多いので、夫々の散乱粒子は試料に関
して異なった情報を担っている。従って飛行時間型分析
器を用いたICISSはこれら両種の粒子の夫々の情報を捨
て、両者共通の情報だけを得ていることになる。
は電荷を持ったまゝ散乱されるものと、電荷を試料に取
られて中性粒子となって散乱されるものとがあり、飛行
時間型エネルギー分析器ではこの両種のイオンを合せた
全散乱粒子に対してエネルギー分析を行っていることに
なる。しかし試料により散乱される粒子で電荷を保有し
たまゝのものは試料の表面に配列している原子により散
乱されたものが多く、他方中性化した粒子は試料表面よ
り内部に進入し、試料原子との間で交互作用があった後
散乱されたものが多いので、夫々の散乱粒子は試料に関
して異なった情報を担っている。従って飛行時間型分析
器を用いたICISSはこれら両種の粒子の夫々の情報を捨
て、両者共通の情報だけを得ていることになる。
また飛行時間型分析器を用いる場合、イオン源と検出
器とは一直線の共通光軸上に配置され、検出器が試料と
イオン源との間に位置する構造となるが、飛行時間によ
りエルギー分析を行うには相当の粒子飛行距離が必要で
あるためイオン銃から試料面までの距離が長くなり、イ
オンビームを試料面で微小点に収束させることが困難と
なり、この型のICISSは試料面の微細構造の分析に不向
きで、或る領域の平均的分析情報が得られるに過ぎな
い。
器とは一直線の共通光軸上に配置され、検出器が試料と
イオン源との間に位置する構造となるが、飛行時間によ
りエルギー分析を行うには相当の粒子飛行距離が必要で
あるためイオン銃から試料面までの距離が長くなり、イ
オンビームを試料面で微小点に収束させることが困難と
なり、この型のICISSは試料面の微細構造の分析に不向
きで、或る領域の平均的分析情報が得られるに過ぎな
い。
しかし飛行時間型分析器を用いたICISSは上述したよ
うに構造が直線型となって装置設置スペースが小さくて
すむ上、荷電非荷電の両種散乱粒子を検出できると云う
利点があるので、広く用いられている。
うに構造が直線型となって装置設置スペースが小さくて
すむ上、荷電非荷電の両種散乱粒子を検出できると云う
利点があるので、広く用いられている。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は飛行時間型分析器を用いたICISSの利点を失
うことなく、荷電，非荷電両種の散乱粒子を弁別して検
出してできると共に照射イオンビームを試料面に細く収
束させて試料面の微細構造の分析を可能にしようとする
ものである。
うことなく、荷電，非荷電両種の散乱粒子を弁別して検
出してできると共に照射イオンビームを試料面に細く収
束させて試料面の微細構造の分析を可能にしようとする
ものである。
（課題を解決するための手段） イオン源と試料との間にイオン源と同軸的に粒子検出
器を配置し、粒子検出器と試料との間に上記イオン源と
同軸的にイオン加速電極を配置し、或は同加速電極をア
インツェル型レンズとして、その中央電極に粒子からの
散乱イオンを加速する電位を印加するようにした。
器を配置し、粒子検出器と試料との間に上記イオン源と
同軸的にイオン加速電極を配置し、或は同加速電極をア
インツェル型レンズとして、その中央電極に粒子からの
散乱イオンを加速する電位を印加するようにした。
（作用） アインツェル型レンズは両端の電極がレンズ前後の空
間と同電位になっているので、レンズ通過の前後で荷電
粒子のエネルギーつまり速度は変わっていないが、試料
から散乱されたイオンは試料側の電極と中央電極との間
で加速され、中央電極の中を加速後の速度で通過するた
め試料から同じ速度で飛出したイオンは中性粒子よりア
インツェルレンズの中を高速で通過するため、中性粒子
より短時間でアインツェルレンズを通過して粒子検出器
に入射する。従って散乱粒子が検出されるときの時間差
によりイオンと中性粒子とに弁別することができる。そ
してイオン中性粒子夫々のエネルギー分析は夫々の粒子
群の中でアインツェルレンズ内を通過している間の速度
差により検出される時間に差を生ずることによって行わ
れる。他方試料面を照射するイオンビームは上記アイン
ツェルレンズの収束作用により、試料面に収束せしめら
れるから微小領域の分析が可能となる。
間と同電位になっているので、レンズ通過の前後で荷電
粒子のエネルギーつまり速度は変わっていないが、試料
から散乱されたイオンは試料側の電極と中央電極との間
で加速され、中央電極の中を加速後の速度で通過するた
め試料から同じ速度で飛出したイオンは中性粒子よりア
インツェルレンズの中を高速で通過するため、中性粒子
より短時間でアインツェルレンズを通過して粒子検出器
に入射する。従って散乱粒子が検出されるときの時間差
によりイオンと中性粒子とに弁別することができる。そ
してイオン中性粒子夫々のエネルギー分析は夫々の粒子
群の中でアインツェルレンズ内を通過している間の速度
差により検出される時間に差を生ずることによって行わ
れる。他方試料面を照射するイオンビームは上記アイン
ツェルレンズの収束作用により、試料面に収束せしめら
れるから微小領域の分析が可能となる。
（実施例） 第１図に本発明の一実施例を示す。図で１は装置外
筺、２はイオン源、３はチョッピング電極、４は検出
器、５は加速電極でＳは試料である。イオン源２、検出
器４、加速電極５は同一軸Ｘ上に配置され、検出器４の
中央に孔のあいたマイクロチャンネルプレートが用いら
れており、加速電極５はこの実施例では同軸上に配置さ
れた三つの円筒電極51,52,53よりなり、中央の51が本来
のイオン加速電極であり、52,53は補助電極で、電極51
にイオン加速電圧が印加され、前後両側の電極52,53は
試料Ｓと同じ接地電位に設定されて、全体でアインツェ
ル型レンズを構成している。中央のイオン加速電極51は
長くて、試料から出射した粒子は補助電極52と加速電極
51との間で加速されてイオンと加速されない中性イオン
とが速度差で弁別できる程度の長さにしてある。チョッ
ピング電極３にはイオンビームを偏光させる電圧が印加
されておりチョッピングパルスが印加されることによ
り、一時的に印加電圧が０となり、この間、試料にイオ
ンビームが入射せしめられ、これによって一定周期で極
く短時間ずつ試料にイオンビームを入射せしめられる。
イオンビームは右方から試料に入射し、試料から散乱し
た粒子のうち、入射イオンと反対向きに散乱された粒子
が加速電極５を通過して検出器４に入射する。
筺、２はイオン源、３はチョッピング電極、４は検出
器、５は加速電極でＳは試料である。イオン源２、検出
器４、加速電極５は同一軸Ｘ上に配置され、検出器４の
中央に孔のあいたマイクロチャンネルプレートが用いら
れており、加速電極５はこの実施例では同軸上に配置さ
れた三つの円筒電極51,52,53よりなり、中央の51が本来
のイオン加速電極であり、52,53は補助電極で、電極51
にイオン加速電圧が印加され、前後両側の電極52,53は
試料Ｓと同じ接地電位に設定されて、全体でアインツェ
ル型レンズを構成している。中央のイオン加速電極51は
長くて、試料から出射した粒子は補助電極52と加速電極
51との間で加速されてイオンと加速されない中性イオン
とが速度差で弁別できる程度の長さにしてある。チョッ
ピング電極３にはイオンビームを偏光させる電圧が印加
されておりチョッピングパルスが印加されることによ
り、一時的に印加電圧が０となり、この間、試料にイオ
ンビームが入射せしめられ、これによって一定周期で極
く短時間ずつ試料にイオンビームを入射せしめられる。
イオンビームは右方から試料に入射し、試料から散乱し
た粒子のうち、入射イオンと反対向きに散乱された粒子
が加速電極５を通過して検出器４に入射する。
６はチョッピング電極３に印加するパルス電圧を発生
するパルス発生器、７は時間をディジタルデータ変換す
る時間ディジタル変換器で、パルス発生器６の出力パル
スによって計時用パルスのカウントを開始し、検出器４
からの検出信号によって、カウントを停止するようにな
っている。８は検出器４の出力を増幅するプリアンプで
ある。９はデータ処理を行うコンピュータで、時間デジ
タル変換器７の計数値のヒストグラムを作成する。この
ヒストグラムが試料からの散乱粒子のエネルギースペク
トルである。10は定電圧源で加速電極５の中央電極51に
イオン加速電圧を印加している。
するパルス発生器、７は時間をディジタルデータ変換す
る時間ディジタル変換器で、パルス発生器６の出力パル
スによって計時用パルスのカウントを開始し、検出器４
からの検出信号によって、カウントを停止するようにな
っている。８は検出器４の出力を増幅するプリアンプで
ある。９はデータ処理を行うコンピュータで、時間デジ
タル変換器７の計数値のヒストグラムを作成する。この
ヒストグラムが試料からの散乱粒子のエネルギースペク
トルである。10は定電圧源で加速電極５の中央電極51に
イオン加速電圧を印加している。
上の構成で、イオン加速電極51に電圧を印加していな
ければ、従来のICISSと同じで、試料Ｓから検出器４ま
での距離が散乱粒子を速度差によって選別する速度選別
距離となる。本発明では電極51にイオン加速電圧を印加
しているので、電極52と51との間でイオンの加速が行わ
れ、試料Ｓから同速で出た粒子でもイオンは中性粒子よ
りも高速で加速管51の中を通過し、検出器には中性粒子
よりも短時間で到達する。従って間軸をエネルギー展開
軸としているエネルギースベクトルはイオンと中性粒子
とではずれて表われ、両者別々にエネルギースペクトル
が得られる。つまりイオンのスペクトルの方が見掛上高
エネルギー側にシフトして表われる。このシフト量は電
極51に印加する電圧によって変化するが、スペクトルの
形自体には変化はない。
ければ、従来のICISSと同じで、試料Ｓから検出器４ま
での距離が散乱粒子を速度差によって選別する速度選別
距離となる。本発明では電極51にイオン加速電圧を印加
しているので、電極52と51との間でイオンの加速が行わ
れ、試料Ｓから同速で出た粒子でもイオンは中性粒子よ
りも高速で加速管51の中を通過し、検出器には中性粒子
よりも短時間で到達する。従って間軸をエネルギー展開
軸としているエネルギースベクトルはイオンと中性粒子
とではずれて表われ、両者別々にエネルギースペクトル
が得られる。つまりイオンのスペクトルの方が見掛上高
エネルギー側にシフトして表われる。このシフト量は電
極51に印加する電圧によって変化するが、スペクトルの
形自体には変化はない。
本発明において、散乱粒子をイオンと中性粒子とに分
けて夫々のエネルギースペクトルを測定すると云う立場
だけに立脚すれば、加速電極５は中央の電極51でけでよ
く、52,53はなくてもよい。電極52,53を加えて全体とし
てアインツェル型レンズとするときはイオンと中性粒子
とを弁別して夫々測定できると云う点に加えて次の作用
が加わることになる。第２図は電極51,52,53の配置を通
過する荷電粒子の軌道を示す。この図で左向きの矢印を
持った軌道はイオン源から試料に向うイオンビームのイ
オン軌道を示し、右向きの矢印を持った軌道は試料から
散乱されたイオンの軌道である。何れのイオンも電極5
1,52,53の影響を受け、その収束作用によって、試料照
射イオンビームは図に示されるように試料に向って収束
せしめられ、試料から散乱されたイオンはレンズ光軸方
向を中心にαの立体角内に散乱されたものが略々平行線
束となってイオン検出器４に入射することになる。つま
り従来型に比し、広い立体角中の散乱イオンを捕捉する
ことが可能となるため、イオン検出効率が向上する。上
述実施例ではイオン検出器４は一つのアノードを有し、
検出のどの部分に入射した粒子でも一律に一つと数える
ようにしてあるが、アノードを同心円的に分割しておい
て、同心円アノードの一つ一つに第１図のプリアンプ8,
時間デジタル変換器７を接続しておくことにより、散乱
イオンの散乱角による違いを調べることができる。
けて夫々のエネルギースペクトルを測定すると云う立場
だけに立脚すれば、加速電極５は中央の電極51でけでよ
く、52,53はなくてもよい。電極52,53を加えて全体とし
てアインツェル型レンズとするときはイオンと中性粒子
とを弁別して夫々測定できると云う点に加えて次の作用
が加わることになる。第２図は電極51,52,53の配置を通
過する荷電粒子の軌道を示す。この図で左向きの矢印を
持った軌道はイオン源から試料に向うイオンビームのイ
オン軌道を示し、右向きの矢印を持った軌道は試料から
散乱されたイオンの軌道である。何れのイオンも電極5
1,52,53の影響を受け、その収束作用によって、試料照
射イオンビームは図に示されるように試料に向って収束
せしめられ、試料から散乱されたイオンはレンズ光軸方
向を中心にαの立体角内に散乱されたものが略々平行線
束となってイオン検出器４に入射することになる。つま
り従来型に比し、広い立体角中の散乱イオンを捕捉する
ことが可能となるため、イオン検出効率が向上する。上
述実施例ではイオン検出器４は一つのアノードを有し、
検出のどの部分に入射した粒子でも一律に一つと数える
ようにしてあるが、アノードを同心円的に分割しておい
て、同心円アノードの一つ一つに第１図のプリアンプ8,
時間デジタル変換器７を接続しておくことにより、散乱
イオンの散乱角による違いを調べることができる。
（発明の効果） 本発明によればイオン加速電極を設けることにより、
散乱粒子をイオンと中性粒子とに分けて夫々を検出でき
るため、従来両方を合せた平均的情報しか得られなかっ
たのに比し、分析情報が増大し、ICISSの機能が向上
し、更に加速電極をアインツェル型レンズとすることに
より、上の機能に加えて、試料照射イオンビームを試料
面に収束させて微小領域の分析が可能となり、また試料
から散乱されたイオンのうち検出されるイオンの取込み
立体角が増加することによって検出感度が上がると共
に、散乱イオンの散乱角分布をも測定することが可能と
なって、ICISSの機能が更に向上する。
散乱粒子をイオンと中性粒子とに分けて夫々を検出でき
るため、従来両方を合せた平均的情報しか得られなかっ
たのに比し、分析情報が増大し、ICISSの機能が向上
し、更に加速電極をアインツェル型レンズとすることに
より、上の機能に加えて、試料照射イオンビームを試料
面に収束させて微小領域の分析が可能となり、また試料
から散乱されたイオンのうち検出されるイオンの取込み
立体角が増加することによって検出感度が上がると共
に、散乱イオンの散乱角分布をも測定することが可能と
なって、ICISSの機能が更に向上する。
第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は同実施
例におけるイオン軌道の図である。 １……筺体、２……イオン源、３……チョッピング電
極、４……粒子検出器、５……加速電極、Ｓ……試料、
６……パルス発生器、７……時間デジタル変換器、８…
…プリアンプ、９……コンピュータ、10……定電圧電
源。
例におけるイオン軌道の図である。 １……筺体、２……イオン源、３……チョッピング電
極、４……粒子検出器、５……加速電極、Ｓ……試料、
６……パルス発生器、７……時間デジタル変換器、８…
…プリアンプ、９……コンピュータ、10……定電圧電
源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青野 正和 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (72)発明者 片山 光浩 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (56)参考文献 特開 平２−165038（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−102151（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−195554（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】イオン源と試料との間にイオン源と同軸的
にかつ試料からの距離を粒子の飛行時間による選別が可
能な距離にとって、粒子検出器を配置し、この粒子検出
器と試料との間にイオン源と同軸的に試料から散乱され
るイオンを加速するイオン加速電極を配置しこのイオン
加速電極を、その中を通過する粒子が飛行時間差で弁別
できる程度の長さの円筒電極とし、その前後に同電極と
同軸的に円筒状の補助電極を配置して接地電位を与え
て、全体としてアインツェル型レンズの構成とし、上記
イオン加速電極に試料から散乱されたイオンを加速する
電圧を印加するようにしたことを特徴とするイオン散乱
分析装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2338661A JP2567736B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | イオン散乱分析装置 |
| US07/795,144 US5166521A (en) | 1990-11-30 | 1991-11-20 | Ion-scattering spectrometer |
| EP91119921A EP0488067B1 (en) | 1990-11-30 | 1991-11-22 | Ion-scattering spectrometer |
| DE69127957T DE69127957T2 (de) | 1990-11-30 | 1991-11-22 | Ionenstreuungsspektrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2338661A JP2567736B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | イオン散乱分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04206432A JPH04206432A (ja) | 1992-07-28 |
| JP2567736B2 true JP2567736B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=18320271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2338661A Expired - Fee Related JP2567736B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | イオン散乱分析装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5166521A (ja) |
| EP (1) | EP0488067B1 (ja) |
| JP (1) | JP2567736B2 (ja) |
| DE (1) | DE69127957T2 (ja) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3271304B2 (ja) * | 1992-06-30 | 2002-04-02 | 株式会社島津製作所 | 飛行時間形イオン散乱分光装置 |
| US5347126A (en) * | 1992-07-02 | 1994-09-13 | Arch Development Corporation | Time-of-flight direct recoil ion scattering spectrometer |
| GB9513586D0 (en) * | 1995-07-04 | 1995-09-06 | Ionoptika Limited | Sample analyzer |
| DE19541089A1 (de) * | 1995-11-03 | 1997-05-07 | Max Planck Gesellschaft | Flugzeit-Massenspektrometer mit positionssensitiver Detektion |
| US5689112A (en) * | 1996-04-12 | 1997-11-18 | Enge; Harald A. | Apparatus for detection of surface contaminations on silicon wafers |
| EP0939970A4 (en) * | 1996-11-15 | 2000-04-12 | Sensar Corp | MULTI-ANODE TIME-DIGITAL CONVERTER |
| US5777326A (en) * | 1996-11-15 | 1998-07-07 | Sensor Corporation | Multi-anode time to digital converter |
| DE19701192C2 (de) * | 1997-01-15 | 2000-10-05 | Staib Instr Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb eines Spektrometers mit Energie- und Winkelauflösung |
| US5770858A (en) * | 1997-02-28 | 1998-06-23 | Galileo Corporation | Microchannel plate-based detector for time-of-flight mass spectrometer |
| DE19740807B4 (de) * | 1997-09-17 | 2010-09-02 | Roentdek Gmbh | Verfahren zum Nachweis geladener Teilchen |
| NL1008461C2 (nl) * | 1998-03-03 | 1999-09-06 | Calipso B V | Inrichting voor het bepalen van de energie van door een doeloppervlak verstrooide ionen. |
| US5994695A (en) * | 1998-05-29 | 1999-11-30 | Hewlett-Packard Company | Optical path devices for mass spectrometry |
| JPH11345584A (ja) | 1998-06-01 | 1999-12-14 | Rikagaku Kenkyusho | イオン散乱分光装置 |
| EP1305452A4 (en) * | 2000-07-14 | 2007-12-26 | Tel Epion Inc | METHOD AND DEVICE FOR GAS CLUSTER ION BEAM SIZING AND WORKPIECE PROCESSING |
| US6770874B2 (en) | 2000-07-14 | 2004-08-03 | Epion Corporation | Gas cluster ion beam size diagnostics and workpiece processing |
| US6747271B2 (en) * | 2001-12-19 | 2004-06-08 | Ionwerks | Multi-anode detector with increased dynamic range for time-of-flight mass spectrometers with counting data acquisition |
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