JP3442743B2 - 試料分析装置 - Google Patents
試料分析装置Info
- Publication number
- JP3442743B2 JP3442743B2 JP2001034733A JP2001034733A JP3442743B2 JP 3442743 B2 JP3442743 B2 JP 3442743B2 JP 2001034733 A JP2001034733 A JP 2001034733A JP 2001034733 A JP2001034733 A JP 2001034733A JP 3442743 B2 JP3442743 B2 JP 3442743B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- vacuum container
- magnetic
- sample
- yoke
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 64
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 23
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 22
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 63
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 34
- 238000005001 rutherford backscattering spectroscopy Methods 0.000 description 18
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 3
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- -1 He is disposed Chemical class 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004347 surface barrier Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，加速されたＨｅな
どのイオンを照射する試料が内部に配置される真空容器
と，励磁コイル及び対の磁極を含み，試料により散乱さ
れたイオンを磁場により偏向する磁場偏向手段と，前記
磁場偏向手段により磁場偏向されたイオンを検出する検
出器とを備えた試料分析装置に関するものである。
どのイオンを照射する試料が内部に配置される真空容器
と，励磁コイル及び対の磁極を含み，試料により散乱さ
れたイオンを磁場により偏向する磁場偏向手段と，前記
磁場偏向手段により磁場偏向されたイオンを検出する検
出器とを備えた試料分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に，ラザフォード後方散乱法（ＲＢ
Ｓ法）は，高エネルギー軽イオンをプローブとした弾性
散乱により，試料表面下の元素組成分布が数１０ｎｍ
（数１００Å）程度の深さ分解能で非破壊的に分析でき
る特長をもち，かつ測定時間も短く定量性に優れた手法
である。ＲＢＳ法を用いた分析装置（以下，ＲＢＳ装
置）は，イオン注入など半導体プロセス研究に不可欠と
認知されているものの，装置が比較的大規模，ミクロン
サイズの局所分析ができないなど装置完成度が低いため
に，破壊的ではあるが利便性に優れた２次イオン質量分
析法（ＳＩＭＳ）やオージェ電子分光法（ＡＥＳ）など
を用いた汎用分析装置に市場を譲り，今や認知度が低く
なりつつあるのが現状である。ところが，昨今ＬＳＩの
高速化に伴う素子の微細化により，ゲート酸化膜が数原
子層レベルの〜１ｎｍ（〜１０Å) にまで極薄化し，ま
た高密度磁気ディスク用の磁気抵抗薄膜ヘッドも，ＧＭ
Ｒ／ＴＭＲの利用が始まり，〜１ｎｍの極薄膜を多数積
み上げた極薄多層膜構造となりつつある。これら極薄膜
の研究開発ならびに生産管理においては，表面スパッタ
を基本とするＳＩＭＳやＡＥＳでは表面損傷層が生成さ
れることなどから深さ分解能に限界があり，再び非破壊
手法であるＲＢＳ法を用いたＲＢＳ装置にスポットライ
トが当ってきている。ＲＢＳ装置でも，表面障壁型の半
導体検出器を用いた装置の深さ分解能は十分とは言い難
い。ＲＢＳ装置において，半導体検出器は，散乱イオン
のエネルギースペクトルを測定するのによく用いられて
きたのであるが，半導体検出器を用いたＲＢＳ装置の深
さ分解能は，もっぱら半導体検出器のエネルギー分解能
に依存しており，限界があった。高い深さ分解能を有す
るＲＢＳ装置は，磁場偏向によりエネルギー分析を行う
（電磁石スペクトロメータを用いた）ものである。これ
は，世界に先駆け，京都大学工学部，木村らによって開
発されたものであり，その手法は高分解能ＲＢＳ法（HR
BS：High resolution ＲＢＳ）と呼ばれている(Appl. P
hys. Lett.64 (1994) 2232) 。
Ｓ法）は，高エネルギー軽イオンをプローブとした弾性
散乱により，試料表面下の元素組成分布が数１０ｎｍ
（数１００Å）程度の深さ分解能で非破壊的に分析でき
る特長をもち，かつ測定時間も短く定量性に優れた手法
である。ＲＢＳ法を用いた分析装置（以下，ＲＢＳ装
置）は，イオン注入など半導体プロセス研究に不可欠と
認知されているものの，装置が比較的大規模，ミクロン
サイズの局所分析ができないなど装置完成度が低いため
に，破壊的ではあるが利便性に優れた２次イオン質量分
析法（ＳＩＭＳ）やオージェ電子分光法（ＡＥＳ）など
を用いた汎用分析装置に市場を譲り，今や認知度が低く
なりつつあるのが現状である。ところが，昨今ＬＳＩの
高速化に伴う素子の微細化により，ゲート酸化膜が数原
子層レベルの〜１ｎｍ（〜１０Å) にまで極薄化し，ま
た高密度磁気ディスク用の磁気抵抗薄膜ヘッドも，ＧＭ
Ｒ／ＴＭＲの利用が始まり，〜１ｎｍの極薄膜を多数積
み上げた極薄多層膜構造となりつつある。これら極薄膜
の研究開発ならびに生産管理においては，表面スパッタ
を基本とするＳＩＭＳやＡＥＳでは表面損傷層が生成さ
れることなどから深さ分解能に限界があり，再び非破壊
手法であるＲＢＳ法を用いたＲＢＳ装置にスポットライ
トが当ってきている。ＲＢＳ装置でも，表面障壁型の半
導体検出器を用いた装置の深さ分解能は十分とは言い難
い。ＲＢＳ装置において，半導体検出器は，散乱イオン
のエネルギースペクトルを測定するのによく用いられて
きたのであるが，半導体検出器を用いたＲＢＳ装置の深
さ分解能は，もっぱら半導体検出器のエネルギー分解能
に依存しており，限界があった。高い深さ分解能を有す
るＲＢＳ装置は，磁場偏向によりエネルギー分析を行う
（電磁石スペクトロメータを用いた）ものである。これ
は，世界に先駆け，京都大学工学部，木村らによって開
発されたものであり，その手法は高分解能ＲＢＳ法（HR
BS：High resolution ＲＢＳ）と呼ばれている(Appl. P
hys. Lett.64 (1994) 2232) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，半導体
検出器と較べると，電磁石スペクトロメータの寸法は大
きく，試料が配置される真空容器内部に電磁石スペクト
ロメータ，さらにはイオン検出器を設けると，それに合
わせて真空容器の寸法を大きくする必要があり，また，
電磁石スペクトロメータは，発熱し且つ放出ガスによる
真空負荷の大きなコイルを含むことから，分析に悪影響
を与える恐れがあった。このため，図８に示す如く，電
磁石スペクトロメータ１００やイオン検出器７は，真空
容器１の外側（大気側）に配置される。円筒形の真空容
器１の中心軸にあたる位置で，試料２により散乱された
散乱イオンは，真空容器１に予め設けられた数個のポー
ト１０１のいずれかから，電磁石スペクトロメータ１０
０に入射する。散乱イオンは，磁極５間に挟まれた真空
ダクト１０２の中で偏向分析され，イオン検出器７の検
出面に導かれる。図８の例では，ＲＢＳ分析の後方散乱
角に対するポート１０１ａだけでなく，ＥＲＤＡ（Elas
tic Recoil Detection Analysis)分析の前方散乱角に対
するポート１０１ｃも用意されている。ＥＲＤＡは，試
料中の飛距離に比例して，軌道電子との非弾性散乱によ
りエネルギー損失があることを利用し，イオンによって
試料から前方に弾き出された反跳原子（主に水素）のエ
ネルギーを測定することによって，その原子が存在した
深さ（分布）情報を，ＲＢＳと同様に得ることができる
ものである。図８に示すように，真空容器１の外側に電
磁石スペクトロメータ１００を配置すれば，真空容器１
の寸法を比較的小さくすることもできるし，コイルの熱
が分析に悪影響を与えるのも避けることができるのであ
るが，分析検出し得る散乱イオンの散乱角はポートの設
けられた角度に制限されてしまう。散乱角が制限されて
しまうと，目的信号を明瞭に判読することが困難になる
ことがある。
検出器と較べると，電磁石スペクトロメータの寸法は大
きく，試料が配置される真空容器内部に電磁石スペクト
ロメータ，さらにはイオン検出器を設けると，それに合
わせて真空容器の寸法を大きくする必要があり，また，
電磁石スペクトロメータは，発熱し且つ放出ガスによる
真空負荷の大きなコイルを含むことから，分析に悪影響
を与える恐れがあった。このため，図８に示す如く，電
磁石スペクトロメータ１００やイオン検出器７は，真空
容器１の外側（大気側）に配置される。円筒形の真空容
器１の中心軸にあたる位置で，試料２により散乱された
散乱イオンは，真空容器１に予め設けられた数個のポー
ト１０１のいずれかから，電磁石スペクトロメータ１０
０に入射する。散乱イオンは，磁極５間に挟まれた真空
ダクト１０２の中で偏向分析され，イオン検出器７の検
出面に導かれる。図８の例では，ＲＢＳ分析の後方散乱
角に対するポート１０１ａだけでなく，ＥＲＤＡ（Elas
tic Recoil Detection Analysis)分析の前方散乱角に対
するポート１０１ｃも用意されている。ＥＲＤＡは，試
料中の飛距離に比例して，軌道電子との非弾性散乱によ
りエネルギー損失があることを利用し，イオンによって
試料から前方に弾き出された反跳原子（主に水素）のエ
ネルギーを測定することによって，その原子が存在した
深さ（分布）情報を，ＲＢＳと同様に得ることができる
ものである。図８に示すように，真空容器１の外側に電
磁石スペクトロメータ１００を配置すれば，真空容器１
の寸法を比較的小さくすることもできるし，コイルの熱
が分析に悪影響を与えるのも避けることができるのであ
るが，分析検出し得る散乱イオンの散乱角はポートの設
けられた角度に制限されてしまう。散乱角が制限されて
しまうと，目的信号を明瞭に判読することが困難になる
ことがある。
【０００４】ここで，ＡｌＧａＮ（１００Ａ）／ＩｎＧ
ａＮ（１００Ａ）／ＧａＮ（１０００Ａ）に対して散乱
角が８０°の場合と１２５°の場合とについてそれぞれ
ＲＢＳ装置により得られたスペクトルの実測例と，モデ
ルシミュレーションにより得られた各元素成分毎の分布
を図９に示す。図９（ａ）が散乱角８０°の場合のスペ
クトルの実測例であり，図９（ｂ）が散乱角１２５°の
場合のスペクトルの実測例であり，図９（ｃ）が散乱角
８０°の場合の各元素成分毎の分布を表すものであり，
図９（ｄ）が散乱各１２５°の場合の各元素成分毎の分
布を表すものである。分析の目的が中間層の厚みやＩｎ
組成比であるとした場合，図９に示す如く，散乱角８０
°のスペクトルでは，Ｉｎの信号がＧａの信号に重なっ
てしまうが，散乱角１２５°のスペクトルでは，両信号
は定量可能な程度に分離されている。このように散乱角
に制限があると，試料の表面構造や組成によって，目的
信号を得ることが困難になってしまうことがある。ま
た，別のポートに電磁石スペクトロメータを付け替える
ために，真空を破らなければならないとすると，そのた
めに，真空排気などに多大な時間を要するだけでなく，
目的対象が極薄膜であれば，表面を大気に晒すことによ
って吸着汚染を招くことになってしまう。ＲＢＳに続
き，ＥＲＤＡにより含有水素について，同じ電磁石スペ
クトロメータを利用して精密に深さ分布を測定したいと
の分析ニーズもあるが，試料により後方散乱されたイオ
ンと，試料から前方に弾き出された反跳原子とでは，そ
れらの粒子が進む方向が大きく異なるため，上述のよう
にポートを別個に設ける必要があり，ＲＢＳからＥＲＤ
Ａに移行する際に真空を破り，大気中の水分が試料表面
に吸着すると，その水素の混在が表面近傍の水素定量の
邪魔をしてしまう。加熱して十分な時間を置けば，その
水分は除去できるが，測定時間の浪費や試料表面の変質
という本質的問題がつきまとってしまう。本発明は，こ
のような従来の技術における課題を鑑みてなされたもの
であり，磁場偏向分析により高い深さ分解能を実現しな
がら，磁場分析と検出を試料が配置された真空容器内で
行うことが可能で，しかも装置寸法が比較的小型で，コ
イルの熱が分析に与える悪影響も避けることの可能な試
料分析装置を提供することを目的とするものである。
ａＮ（１００Ａ）／ＧａＮ（１０００Ａ）に対して散乱
角が８０°の場合と１２５°の場合とについてそれぞれ
ＲＢＳ装置により得られたスペクトルの実測例と，モデ
ルシミュレーションにより得られた各元素成分毎の分布
を図９に示す。図９（ａ）が散乱角８０°の場合のスペ
クトルの実測例であり，図９（ｂ）が散乱角１２５°の
場合のスペクトルの実測例であり，図９（ｃ）が散乱角
８０°の場合の各元素成分毎の分布を表すものであり，
図９（ｄ）が散乱各１２５°の場合の各元素成分毎の分
布を表すものである。分析の目的が中間層の厚みやＩｎ
組成比であるとした場合，図９に示す如く，散乱角８０
°のスペクトルでは，Ｉｎの信号がＧａの信号に重なっ
てしまうが，散乱角１２５°のスペクトルでは，両信号
は定量可能な程度に分離されている。このように散乱角
に制限があると，試料の表面構造や組成によって，目的
信号を得ることが困難になってしまうことがある。ま
た，別のポートに電磁石スペクトロメータを付け替える
ために，真空を破らなければならないとすると，そのた
めに，真空排気などに多大な時間を要するだけでなく，
目的対象が極薄膜であれば，表面を大気に晒すことによ
って吸着汚染を招くことになってしまう。ＲＢＳに続
き，ＥＲＤＡにより含有水素について，同じ電磁石スペ
クトロメータを利用して精密に深さ分布を測定したいと
の分析ニーズもあるが，試料により後方散乱されたイオ
ンと，試料から前方に弾き出された反跳原子とでは，そ
れらの粒子が進む方向が大きく異なるため，上述のよう
にポートを別個に設ける必要があり，ＲＢＳからＥＲＤ
Ａに移行する際に真空を破り，大気中の水分が試料表面
に吸着すると，その水素の混在が表面近傍の水素定量の
邪魔をしてしまう。加熱して十分な時間を置けば，その
水分は除去できるが，測定時間の浪費や試料表面の変質
という本質的問題がつきまとってしまう。本発明は，こ
のような従来の技術における課題を鑑みてなされたもの
であり，磁場偏向分析により高い深さ分解能を実現しな
がら，磁場分析と検出を試料が配置された真空容器内で
行うことが可能で，しかも装置寸法が比較的小型で，コ
イルの熱が分析に与える悪影響も避けることの可能な試
料分析装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに，本発明は，加速されたイオンを照射する試料が内
部に配置される真空容器と，励磁コイル及び対の磁極を
含み，試料により散乱されたイオンを磁場により偏向す
る磁場偏向手段と，前記磁場偏向手段により磁場偏向さ
れたイオンを検出する検出器とを備えた試料分析装置に
おいて，前記磁場偏向手段の前記磁極を前記真空容器の
内側に配置し，前記磁場偏向手段の前記励磁コイルを前
記真空容器の外側に配置し，前記磁場偏向手段は，前記
励磁コイルにより発生した磁束を前記真空容器の壁によ
って隔てられた前記磁極に導くためのヨークを前記真空
容器の内側と外側とにそれぞれ備えてなるとともに，前
記磁極及び前記真空容器の内側にある前記ヨークを含む
内部ユニットと，前記励磁コイル及び前記真空容器の外
側にある前記ヨークを含む外部ユニットとを，前記試料
のイオン照射点を中心とした円の円周方向に沿って両ユ
ニットの相対位置関係を保ちながら前記イオンの散乱角
に対応させてそれぞれ移動可能に支持してなることを特
徴とする試料分析装置として構成されている。本発明に
係る試料分析装置では，励磁コイル及び対の磁極を含
み，試料により散乱されたイオンを磁場により変更する
磁場変更手段を用いて，高い深さ分解能が実現される
が，試料が配置される真空容器の内側に前記磁場変更手
段の前記磁極が，前記真空容器の外側に前記磁場変更手
段の前記励磁コイルがそれぞれ配置される。また，前記
磁場変更手段は，前記励磁コイルにより発生した磁束を
前記真空容器の壁によって隔てられた前記磁極に導くた
めのヨークを前記真空容器の内側と外側とにそれぞれ備
えている。このため，試料が配置される真空容器の内部
で磁場分析や検出を行って真空容器にポートを設ける必
要をなくしながらも，装置寸法が比較的小型で，励磁コ
イルの熱が分析に与える悪影響も避けることができる。
めに，本発明は，加速されたイオンを照射する試料が内
部に配置される真空容器と，励磁コイル及び対の磁極を
含み，試料により散乱されたイオンを磁場により偏向す
る磁場偏向手段と，前記磁場偏向手段により磁場偏向さ
れたイオンを検出する検出器とを備えた試料分析装置に
おいて，前記磁場偏向手段の前記磁極を前記真空容器の
内側に配置し，前記磁場偏向手段の前記励磁コイルを前
記真空容器の外側に配置し，前記磁場偏向手段は，前記
励磁コイルにより発生した磁束を前記真空容器の壁によ
って隔てられた前記磁極に導くためのヨークを前記真空
容器の内側と外側とにそれぞれ備えてなるとともに，前
記磁極及び前記真空容器の内側にある前記ヨークを含む
内部ユニットと，前記励磁コイル及び前記真空容器の外
側にある前記ヨークを含む外部ユニットとを，前記試料
のイオン照射点を中心とした円の円周方向に沿って両ユ
ニットの相対位置関係を保ちながら前記イオンの散乱角
に対応させてそれぞれ移動可能に支持してなることを特
徴とする試料分析装置として構成されている。本発明に
係る試料分析装置では，励磁コイル及び対の磁極を含
み，試料により散乱されたイオンを磁場により変更する
磁場変更手段を用いて，高い深さ分解能が実現される
が，試料が配置される真空容器の内側に前記磁場変更手
段の前記磁極が，前記真空容器の外側に前記磁場変更手
段の前記励磁コイルがそれぞれ配置される。また，前記
磁場変更手段は，前記励磁コイルにより発生した磁束を
前記真空容器の壁によって隔てられた前記磁極に導くた
めのヨークを前記真空容器の内側と外側とにそれぞれ備
えている。このため，試料が配置される真空容器の内部
で磁場分析や検出を行って真空容器にポートを設ける必
要をなくしながらも，装置寸法が比較的小型で，励磁コ
イルの熱が分析に与える悪影響も避けることができる。
【０００６】また，前記試料分析装置では，前記真空容
器の外側の前記励磁コイルによって発生された磁束は，
前記ヨークによって前記真空容器の内側の前記磁極に導
かれるから，この場合，前記内部ユニット及び前記外部
ユニットの相対位置関係を保ちながら前記円の円周方向
に沿ってそれぞれ移動させるよう駆動することにより，
任意の散乱角のイオンの分析検出が可能となる。その結
果，試料の表面構造や組成に合った最適な散乱角を選択
することができる。また，同じ試料についてＲＢＳ分析
に続いてＥＲＤＡ分析を行う場合でも，真空を破ること
なく，前記内部ユニット及び前記外部ユニットを移動さ
せるだけで，ＲＢＳ分析からＥＲＤＡ分析に移行するこ
とができる。このとき，前記駆動される内部ユニット及
び外部ユニットそれぞれの位置を検出する位置検出手段
を更に備え，前記位置検出手段の検出結果に基づいて，
前記内部ユニット及び／又は前記外部ユニットの位置制
御を行うことが考えられる。さらに，この場合に，前記
試料分析装置が，前記磁極間の磁場強度を検出する磁場
強度検出手段を備え，前記磁場強度検出手段の検出結果
に基づいて，前記磁場強度が所定値以上となるように前
記励磁コイルへの電流を制御することが考えられるし，
前記内部ユニット及び／又は前記外部ユニットの位置を
調整することが考えられる。前記真空容器の内側にある
ヨークと前記真空容器の外側にあるヨークに位置ずれが
あると，そのずれたところから磁束が漏れてしまうた
め，前記真空容器の内側にあるヨークと前記真空容器の
外側にあるヨークとの位置ずれはある程度抑える必要が
あるが，その位置ずれがそれほど大きいものでないなら
ば，ずれによって生じた前記磁極間の磁場強度の低下
を，前記励磁コイルに流す電流の増大により補償すれば
よい。それによって，前記磁極間の磁場強度は所望の大
きさにしながらも，前記真空容器の内側にあるヨークと
前記真空容器の外側あるヨークとの相対位置関係の設定
の厳密性を緩和し，位置調整を容易なものとすることが
できる。
器の外側の前記励磁コイルによって発生された磁束は，
前記ヨークによって前記真空容器の内側の前記磁極に導
かれるから，この場合，前記内部ユニット及び前記外部
ユニットの相対位置関係を保ちながら前記円の円周方向
に沿ってそれぞれ移動させるよう駆動することにより，
任意の散乱角のイオンの分析検出が可能となる。その結
果，試料の表面構造や組成に合った最適な散乱角を選択
することができる。また，同じ試料についてＲＢＳ分析
に続いてＥＲＤＡ分析を行う場合でも，真空を破ること
なく，前記内部ユニット及び前記外部ユニットを移動さ
せるだけで，ＲＢＳ分析からＥＲＤＡ分析に移行するこ
とができる。このとき，前記駆動される内部ユニット及
び外部ユニットそれぞれの位置を検出する位置検出手段
を更に備え，前記位置検出手段の検出結果に基づいて，
前記内部ユニット及び／又は前記外部ユニットの位置制
御を行うことが考えられる。さらに，この場合に，前記
試料分析装置が，前記磁極間の磁場強度を検出する磁場
強度検出手段を備え，前記磁場強度検出手段の検出結果
に基づいて，前記磁場強度が所定値以上となるように前
記励磁コイルへの電流を制御することが考えられるし，
前記内部ユニット及び／又は前記外部ユニットの位置を
調整することが考えられる。前記真空容器の内側にある
ヨークと前記真空容器の外側にあるヨークに位置ずれが
あると，そのずれたところから磁束が漏れてしまうた
め，前記真空容器の内側にあるヨークと前記真空容器の
外側にあるヨークとの位置ずれはある程度抑える必要が
あるが，その位置ずれがそれほど大きいものでないなら
ば，ずれによって生じた前記磁極間の磁場強度の低下
を，前記励磁コイルに流す電流の増大により補償すれば
よい。それによって，前記磁極間の磁場強度は所望の大
きさにしながらも，前記真空容器の内側にあるヨークと
前記真空容器の外側あるヨークとの相対位置関係の設定
の厳密性を緩和し，位置調整を容易なものとすることが
できる。
【０００７】また，前記試料分析装置では，例えば前記
対の磁極が対向する対向面を前記円の円周方向と直交す
る方向に向けて，前記磁極を配置する場合がある。この
場合，前記円の円周方向に磁極が占める空間を抑えるこ
とが容易となり，装置の全体寸法の小型化が図り易くな
る。また，前記試料分析装置において，例えば前記真空
容器の壁面が曲面である場合，平面である場合よりも，
より薄い厚みでも大気圧に耐え得るので，前記真空容器
の壁面によって隔てられる前記真空容器の内側にあるヨ
ークと前記真空容器の外側にあるヨークとの距離を抑え
ることができ，ヨーク間の漏れ磁束を抑えることが可能
となる。また，前記試料分析装置において，前記磁極内
の中心軌道イオンの偏向角は，例えば１２０度以上１８
０度以下にされる。この場合，イオン検出器を前記真空
容器の内部に設けるにあたって，前記真空容器の寸法を
抑えることが容易となる。また，前記試料分析装置にお
いて，前記真空容器の内側にある前記ヨークと前記真空
容器の外側にある前記ヨークとを隔てる前記真空容器の
壁の材料に磁性材料を用いれば，前記真空容器の内側に
ある前記ヨークと前記真空容器の外側にある前記ヨーク
とを隔てる前記真空容器の壁の厚みが多少大きくても，
そこからの漏れ磁束を抑えることができる。また，前記
内部ユニット及び前記外部ユニットが別個の駆動手段に
よりそれぞれ駆動される構成とすることが考えられ，こ
のとき，前記内部ユニットが前記真空容器内の円弧状ガ
イドレールで支持され，前記外部ユニットが前記真空容
器外の円弧状ガイドレールで支持される構成が内部ユニ
ットと外部ユニットとを試料のイオン照射点を中心とし
た円の円周方向に沿ってそれぞれ移動可能に支持する構
成とすることが考えられる。
対の磁極が対向する対向面を前記円の円周方向と直交す
る方向に向けて，前記磁極を配置する場合がある。この
場合，前記円の円周方向に磁極が占める空間を抑えるこ
とが容易となり，装置の全体寸法の小型化が図り易くな
る。また，前記試料分析装置において，例えば前記真空
容器の壁面が曲面である場合，平面である場合よりも，
より薄い厚みでも大気圧に耐え得るので，前記真空容器
の壁面によって隔てられる前記真空容器の内側にあるヨ
ークと前記真空容器の外側にあるヨークとの距離を抑え
ることができ，ヨーク間の漏れ磁束を抑えることが可能
となる。また，前記試料分析装置において，前記磁極内
の中心軌道イオンの偏向角は，例えば１２０度以上１８
０度以下にされる。この場合，イオン検出器を前記真空
容器の内部に設けるにあたって，前記真空容器の寸法を
抑えることが容易となる。また，前記試料分析装置にお
いて，前記真空容器の内側にある前記ヨークと前記真空
容器の外側にある前記ヨークとを隔てる前記真空容器の
壁の材料に磁性材料を用いれば，前記真空容器の内側に
ある前記ヨークと前記真空容器の外側にある前記ヨーク
とを隔てる前記真空容器の壁の厚みが多少大きくても，
そこからの漏れ磁束を抑えることができる。また，前記
内部ユニット及び前記外部ユニットが別個の駆動手段に
よりそれぞれ駆動される構成とすることが考えられ，こ
のとき，前記内部ユニットが前記真空容器内の円弧状ガ
イドレールで支持され，前記外部ユニットが前記真空容
器外の円弧状ガイドレールで支持される構成が内部ユニ
ットと外部ユニットとを試料のイオン照射点を中心とし
た円の円周方向に沿ってそれぞれ移動可能に支持する構
成とすることが考えられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下，添付図面を参照して，本発
明の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。
なお，以下の実施の形態は，本発明の具体的な例であっ
て，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではな
い。ここに，図１は本発明の実施の形態に係る高分解能
ラザフォード後方散乱分析装置Ａ１の側方断面の模式
図，図２は前記高分解能ラザフォード後方散乱分析装置
Ａ１の平面視構成図である。図１及び図２に示す如く，
本発明の実施の形態に係る高分解能ラザフォード後方散
乱分析装置Ａ１は，真空容器１，ヨーク３，ガイドレー
ル４，９，磁極５，イオン検出器７，励磁コイル８，磁
気センサ１０などを備える。真空容器１は，直径約１ｍ
φの円筒形真空容器であり，円筒の中心軸にあたる位置
Ｐには，試料２を装着するための図示しない架台が配置
される。この架台は，前記円筒の円周方向に回転自在に
試料２を支持する。ヨーク３は，真空容器１の内側に配
置される内部ヨーク３１と，真空容器１の外側に配置さ
れる外部ヨーク３２とを含み，いずれも純鉄からなる。
内部ヨーク３１は２つの部材３１ａ，３１ｂからなり，
内部ヨーク３１の下側の部材３１ａ上には，磁極５や非
磁性材からなるスペーサ６を介して，前記部材３１ａと
対向するように，内部ヨーク３１の上側で前記部材３１
ａと同一形状の部材３１ｂが配置されている。下側の部
材３１ａは真空容器１の底板１１内面上に設けられたガ
イドレール４に移動可能に支持されている。ガイドレー
ル４は，真空容器１の円筒の中心軸と軸を同じくする円
環状のレールであり，内部ヨーク３１，磁極５，スペー
サ６，検出器７などを含む真空容器１の内部に配置され
る内部ユニットは，前記円筒の円周方向（矢印Ｃ方向）
に沿って移動可能である。ガイドレール４に支持された
もののうち内部ヨーク３１及びスペーサ６は，真空容器
１の円筒側壁１２内面に近接し，内部ヨーク３１及びス
ペーサ６の円筒側壁１２内面側は，円筒側壁１２内面方
向に沿うように成形されている。磁極５は，平面視扇状
の高磁性材からなる対向する２つの磁極５ａ，５ｂを含
み，図２に示すように，試料１から１７４ｍｍ離れた位
置に，試料１で散乱された散乱イオンの中心軌道の法線
に対し，４１°の角度で傾けて配置される。外部ヨーク
３２は前記部材３１ａ，３１ｂと同じ断面形状を有する
部材３２ａ，３２ｂ，及び前記部材３２ａと前記部材３
２ｂとを連結する部材３３ｃからなる。前記部材３２
ａ，３２ｃや励磁コイル８がその上に配置される前記部
材３２ｂは，真空容器１の外側に設けられたガイドレー
ル９に移動可能に支持されている。
明の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。
なお，以下の実施の形態は，本発明の具体的な例であっ
て，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではな
い。ここに，図１は本発明の実施の形態に係る高分解能
ラザフォード後方散乱分析装置Ａ１の側方断面の模式
図，図２は前記高分解能ラザフォード後方散乱分析装置
Ａ１の平面視構成図である。図１及び図２に示す如く，
本発明の実施の形態に係る高分解能ラザフォード後方散
乱分析装置Ａ１は，真空容器１，ヨーク３，ガイドレー
ル４，９，磁極５，イオン検出器７，励磁コイル８，磁
気センサ１０などを備える。真空容器１は，直径約１ｍ
φの円筒形真空容器であり，円筒の中心軸にあたる位置
Ｐには，試料２を装着するための図示しない架台が配置
される。この架台は，前記円筒の円周方向に回転自在に
試料２を支持する。ヨーク３は，真空容器１の内側に配
置される内部ヨーク３１と，真空容器１の外側に配置さ
れる外部ヨーク３２とを含み，いずれも純鉄からなる。
内部ヨーク３１は２つの部材３１ａ，３１ｂからなり，
内部ヨーク３１の下側の部材３１ａ上には，磁極５や非
磁性材からなるスペーサ６を介して，前記部材３１ａと
対向するように，内部ヨーク３１の上側で前記部材３１
ａと同一形状の部材３１ｂが配置されている。下側の部
材３１ａは真空容器１の底板１１内面上に設けられたガ
イドレール４に移動可能に支持されている。ガイドレー
ル４は，真空容器１の円筒の中心軸と軸を同じくする円
環状のレールであり，内部ヨーク３１，磁極５，スペー
サ６，検出器７などを含む真空容器１の内部に配置され
る内部ユニットは，前記円筒の円周方向（矢印Ｃ方向）
に沿って移動可能である。ガイドレール４に支持された
もののうち内部ヨーク３１及びスペーサ６は，真空容器
１の円筒側壁１２内面に近接し，内部ヨーク３１及びス
ペーサ６の円筒側壁１２内面側は，円筒側壁１２内面方
向に沿うように成形されている。磁極５は，平面視扇状
の高磁性材からなる対向する２つの磁極５ａ，５ｂを含
み，図２に示すように，試料１から１７４ｍｍ離れた位
置に，試料１で散乱された散乱イオンの中心軌道の法線
に対し，４１°の角度で傾けて配置される。外部ヨーク
３２は前記部材３１ａ，３１ｂと同じ断面形状を有する
部材３２ａ，３２ｂ，及び前記部材３２ａと前記部材３
２ｂとを連結する部材３３ｃからなる。前記部材３２
ａ，３２ｃや励磁コイル８がその上に配置される前記部
材３２ｂは，真空容器１の外側に設けられたガイドレー
ル９に移動可能に支持されている。
【０００９】ガイドレール９は，真空容器１の円筒の中
心軸と軸を同じくし前記円筒よりも直径の大きい円環状
のレールであり，外部ヨーク３２及び励磁コイル８を含
む外部ユニットは，前記内部ユニットと同様，前記円筒
の円周方向（矢印Ｃ方向）に沿って移動可能である。ガ
イドレール９に支持されたもののうち励磁コイル９，及
び前記部材３２ａ，３２ｂは，真空容器１の円筒側壁１
２外面に近接し，励磁コイル９及び前記部材３２ａ，３
２ｂの円筒側壁１２外面側は，円筒側壁１２外面方向に
沿うように成形されている。内部ヨーク３１と外部ヨー
ク３２とを円筒側壁１２を隔てて対向する位置に配置す
れば，励磁コイル９に電流を流すことによって真空容器
１の外側で発生した磁束の磁路が，外部ヨーク３２，内
部ヨーク３１，及び磁極５によって形成される。前記磁
束が外部ヨーク３２及び内部ヨーク３２により磁極５に
導かれ，磁極５ａ，５ｂ間に磁場が印加されるのであ
る。試料により散乱された散乱イオンは，この磁極５
ａ，５ｂ間の磁場によって偏向を受ける。例えば散乱イ
オンの軌道半径が１５０Ｒの磁場の強度で，散乱イオン
を約１２０°偏向する。この実施の形態において，内部
ヨーク３１と外部ヨーク３２とを円筒側壁１２を隔てて
配置するようにしたのは，前記磁路の磁気抵抗をできる
だけ抑えるためである。円筒側壁１２は一定曲率をもつ
ために，例えば５ｍｍ程度と非常に薄くしても大気圧に
耐え歪むことがなく，５０ｍｍ程度の厚みが必要な底板
１１や天板１３と異なり，内部ヨーク３１と外部ヨーク
３２との距離を小さくすることができる。従って，内部
ヨーク３１と外部ヨーク３２とを隔てるのが円筒側壁１
２であれば，真空容器１（の円筒側壁１２）の基材にス
テンレスなどの非磁性材を用いても，前記磁路の磁気抵
抗は十分に抑えられる。なお，励磁コイル８が磁極５を
囲むが如く，真空容器１の上部及び下部に張り出してい
るのも，少しでも漏れ磁束を抑え，必要な磁場強度を効
率的に得るためである。
心軸と軸を同じくし前記円筒よりも直径の大きい円環状
のレールであり，外部ヨーク３２及び励磁コイル８を含
む外部ユニットは，前記内部ユニットと同様，前記円筒
の円周方向（矢印Ｃ方向）に沿って移動可能である。ガ
イドレール９に支持されたもののうち励磁コイル９，及
び前記部材３２ａ，３２ｂは，真空容器１の円筒側壁１
２外面に近接し，励磁コイル９及び前記部材３２ａ，３
２ｂの円筒側壁１２外面側は，円筒側壁１２外面方向に
沿うように成形されている。内部ヨーク３１と外部ヨー
ク３２とを円筒側壁１２を隔てて対向する位置に配置す
れば，励磁コイル９に電流を流すことによって真空容器
１の外側で発生した磁束の磁路が，外部ヨーク３２，内
部ヨーク３１，及び磁極５によって形成される。前記磁
束が外部ヨーク３２及び内部ヨーク３２により磁極５に
導かれ，磁極５ａ，５ｂ間に磁場が印加されるのであ
る。試料により散乱された散乱イオンは，この磁極５
ａ，５ｂ間の磁場によって偏向を受ける。例えば散乱イ
オンの軌道半径が１５０Ｒの磁場の強度で，散乱イオン
を約１２０°偏向する。この実施の形態において，内部
ヨーク３１と外部ヨーク３２とを円筒側壁１２を隔てて
配置するようにしたのは，前記磁路の磁気抵抗をできる
だけ抑えるためである。円筒側壁１２は一定曲率をもつ
ために，例えば５ｍｍ程度と非常に薄くしても大気圧に
耐え歪むことがなく，５０ｍｍ程度の厚みが必要な底板
１１や天板１３と異なり，内部ヨーク３１と外部ヨーク
３２との距離を小さくすることができる。従って，内部
ヨーク３１と外部ヨーク３２とを隔てるのが円筒側壁１
２であれば，真空容器１（の円筒側壁１２）の基材にス
テンレスなどの非磁性材を用いても，前記磁路の磁気抵
抗は十分に抑えられる。なお，励磁コイル８が磁極５を
囲むが如く，真空容器１の上部及び下部に張り出してい
るのも，少しでも漏れ磁束を抑え，必要な磁場強度を効
率的に得るためである。
【００１０】イオン検出器７は，試料２表面から磁極５
（の散乱イオンの入り口側）までの距離と同じ距離，即
ち磁極５（の散乱イオンの出口側）から１７４ｍｍ離れ
た位置に配置される。イオン検出器７は，図示しない支
持部材によって内部ヨーク３１等と連結されており，内
部ヨーク３１等と相対位置関係を変えずに，前記円筒の
円周方向に沿って移動する。上述のように試料１，磁極
５，及びイオン検出器７を配置した場合の散乱イオンの
軌道をシミュレーションした結果を図３に示す。図３の
上段は散乱イオンの経路とＸ方向の変位の大きさとの関
係を示し，図３の下段は散乱イオンの経路とＹ方向の変
位の大きさとの関係を示している。上述の配置関係で２
重収束の条件が満たされており，図３に示す如く，Ｘ方
向及びＹ方向のいずれの方向においても，試料１表面の
一点から散乱された散乱イオンは，イオン検出器７の検
出面において再び焦点を結んでおり，高精度且つ感度の
良いエネルギー分析が可能となる。また，中心軌道の散
乱イオンを約１２０°偏向させるのは，イオン検出器７
を真空容器１の円筒側壁１２内面に近接して配置するた
めである。これによって，円筒容器の直径を最小限に抑
えることができる。このことは，内部ヨーク３１の寸法
を抑えることにもつながり，漏れ磁束を抑えるのにも寄
与する。磁気センサ１０は，磁極５ａ，５ｂ間に配置さ
れ，磁極５ａ，５ｂ間の磁場の強度を検出する。磁気セ
ンサ１０により検出された磁場の強度は，励磁コイル８
に流す電流を制御する図示しない制御回路に供給され，
制御回路は，磁場の強度の検出された値に基づいて，適
当な磁場の強度が得られるように電流を制御する。
（の散乱イオンの入り口側）までの距離と同じ距離，即
ち磁極５（の散乱イオンの出口側）から１７４ｍｍ離れ
た位置に配置される。イオン検出器７は，図示しない支
持部材によって内部ヨーク３１等と連結されており，内
部ヨーク３１等と相対位置関係を変えずに，前記円筒の
円周方向に沿って移動する。上述のように試料１，磁極
５，及びイオン検出器７を配置した場合の散乱イオンの
軌道をシミュレーションした結果を図３に示す。図３の
上段は散乱イオンの経路とＸ方向の変位の大きさとの関
係を示し，図３の下段は散乱イオンの経路とＹ方向の変
位の大きさとの関係を示している。上述の配置関係で２
重収束の条件が満たされており，図３に示す如く，Ｘ方
向及びＹ方向のいずれの方向においても，試料１表面の
一点から散乱された散乱イオンは，イオン検出器７の検
出面において再び焦点を結んでおり，高精度且つ感度の
良いエネルギー分析が可能となる。また，中心軌道の散
乱イオンを約１２０°偏向させるのは，イオン検出器７
を真空容器１の円筒側壁１２内面に近接して配置するた
めである。これによって，円筒容器の直径を最小限に抑
えることができる。このことは，内部ヨーク３１の寸法
を抑えることにもつながり，漏れ磁束を抑えるのにも寄
与する。磁気センサ１０は，磁極５ａ，５ｂ間に配置さ
れ，磁極５ａ，５ｂ間の磁場の強度を検出する。磁気セ
ンサ１０により検出された磁場の強度は，励磁コイル８
に流す電流を制御する図示しない制御回路に供給され，
制御回路は，磁場の強度の検出された値に基づいて，適
当な磁場の強度が得られるように電流を制御する。
【００１１】上述のような構成を有する高分解能ラザフ
ォード後方散乱分析装置Ａ１では，真空容器１内部の前
記円筒の中心軸にあたる位置Ｐに配置された試料２に対
して，図示しないイオン加速器によって所定のエネルギ
ーに加速され，その後コリメータやレンズ系を利用して
平行性が確保されたＨｅなどイオンが照射される。試料
２中の成分原子により弾性散乱されたイオンは，１７４
ｍｍ離れた磁極５によって約１２０°偏向されることに
よりエネルギー分析された後，磁極５出口から１７４ｍ
ｍ下流のイオン検出器７によって電気信号に変換され
る。イオン検出器７の各所で得られた前記電気信号から
散乱イオンのエネルギースペクトルが得られる。このス
ペクトルの高エネルギー端のエネルギー値を用いれば成
分同定が，それに続く連続スペクトルを用いれば試料深
さ方向の組成分析がそれぞれ可能である。前記高分解能
ラザフォード後方散乱分析装置Ａ１では，磁極５，ヨー
ク３，及び励磁コイル８を含む電磁石スペクトロメータ
（磁場偏向手段）のうち，磁極５とヨーク３の一部だけ
が真空容器１内に配置されるため，真空容器１内で磁場
分析と検出を行いながらも，真空容器１の寸法を抑える
ことが比較的容易であり，また発熱する励磁コイルから
の熱が分析に悪影響を与えるのを回避することもでき
る。また，回転導入子やモータなどにより前記内部ユニ
ット及び前記外部ユニットをそれぞれ駆動すれば，真空
を破らずに，図４に示す如く，磁極５，イオン検出器
７，励磁コイル８，内部ヨーク３１，外部ヨーク３２な
ど（前記内部ユニット及び前記外部ユニット）を前記円
筒の円周方向（矢印Ｃ方向）に沿って移動させることが
でき，任意の散乱角のイオンの分析検出が可能となる。
その結果，高エネルギー分解能を実現しながら，試料の
表面構造や組成に合わせて，真空を破ることなく（試料
の吸着汚染を招く恐れなく），目的の情報が最も得られ
やすい最適角度を選択することができる。また，同じ試
料２についてＲＢＳ分析に続いてＥＲＤＡ分析を行う場
合でも，真空を破ることなく，前記内部ユニット及び前
記外部ユニットを移動させるだけで，ＲＢＳ分析からＥ
ＲＤＡ分析に移行することができる。
ォード後方散乱分析装置Ａ１では，真空容器１内部の前
記円筒の中心軸にあたる位置Ｐに配置された試料２に対
して，図示しないイオン加速器によって所定のエネルギ
ーに加速され，その後コリメータやレンズ系を利用して
平行性が確保されたＨｅなどイオンが照射される。試料
２中の成分原子により弾性散乱されたイオンは，１７４
ｍｍ離れた磁極５によって約１２０°偏向されることに
よりエネルギー分析された後，磁極５出口から１７４ｍ
ｍ下流のイオン検出器７によって電気信号に変換され
る。イオン検出器７の各所で得られた前記電気信号から
散乱イオンのエネルギースペクトルが得られる。このス
ペクトルの高エネルギー端のエネルギー値を用いれば成
分同定が，それに続く連続スペクトルを用いれば試料深
さ方向の組成分析がそれぞれ可能である。前記高分解能
ラザフォード後方散乱分析装置Ａ１では，磁極５，ヨー
ク３，及び励磁コイル８を含む電磁石スペクトロメータ
（磁場偏向手段）のうち，磁極５とヨーク３の一部だけ
が真空容器１内に配置されるため，真空容器１内で磁場
分析と検出を行いながらも，真空容器１の寸法を抑える
ことが比較的容易であり，また発熱する励磁コイルから
の熱が分析に悪影響を与えるのを回避することもでき
る。また，回転導入子やモータなどにより前記内部ユニ
ット及び前記外部ユニットをそれぞれ駆動すれば，真空
を破らずに，図４に示す如く，磁極５，イオン検出器
７，励磁コイル８，内部ヨーク３１，外部ヨーク３２な
ど（前記内部ユニット及び前記外部ユニット）を前記円
筒の円周方向（矢印Ｃ方向）に沿って移動させることが
でき，任意の散乱角のイオンの分析検出が可能となる。
その結果，高エネルギー分解能を実現しながら，試料の
表面構造や組成に合わせて，真空を破ることなく（試料
の吸着汚染を招く恐れなく），目的の情報が最も得られ
やすい最適角度を選択することができる。また，同じ試
料２についてＲＢＳ分析に続いてＥＲＤＡ分析を行う場
合でも，真空を破ることなく，前記内部ユニット及び前
記外部ユニットを移動させるだけで，ＲＢＳ分析からＥ
ＲＤＡ分析に移行することができる。
【００１２】なお，内部ヨーク３１と外部ヨーク３２と
の位置合わせが十分に行われていなければ，ずれている
部分から磁束が漏れてしまい，同じ大きさの電流を励磁
コイル８に流していても，磁極５ａ，５ｂ間の磁場の強
度は低下する。位置合わせを行うためには，例えば前記
内部ユニット及び前記外部ユニットの位置をそれぞれ検
出する。位置検出手段には，前記内部ユニット及び前記
外部ユニットの移動によって回転し，その回転量に応じ
た電気信号を出力するロータリーエンコーダなどを用い
ればよい。このロータリエンコーダを用いて前記内部ユ
ニット及び前記外部ユニットの位置制御を行い，両者の
相対位置関係を設定する。また，例えば内部ヨーク３１
の円筒側壁１２内面側に永久磁石を，外部ヨーク３２の
円筒側壁１２外面側の対応する位置に磁気センサを配置
しておき，円筒側壁１２を隔てた磁気センサにより検出
された永久磁石の磁場の大きさが所定値以上になるよう
に，前記内部ユニット及び前記外部ユニットのいずれか
一方又は両方の位置を調整し，両者の相対位置関係を設
定するようにしてもよい。このように前記内部ユニット
及び前記外部ユニットの相対位置関係を設定する際，両
者のずれがそれほど大きくなければ，厳密に位置合わせ
を行わず，励磁コイル８に流す電流の大きさを調整し
て，磁極５１，５２間の磁場の強度を調整するようにし
てもよい。磁気センサ１０は，前記内部ユニット及び前
記外部ユニットの相対位置関係の厳密さを緩和するため
に設けられている。例えば位置合わせを行った後，磁気
センサ１０により検出された磁極５ａ，５ｂ間の磁場の
強度が所望の値よりも小さい場合，励磁コイル８に流す
電流を大きくする。これによって，それ以上厳密に前記
内部ユニット及び前記外部ユニットの相対位置関係を設
定する必要はなくなる。
の位置合わせが十分に行われていなければ，ずれている
部分から磁束が漏れてしまい，同じ大きさの電流を励磁
コイル８に流していても，磁極５ａ，５ｂ間の磁場の強
度は低下する。位置合わせを行うためには，例えば前記
内部ユニット及び前記外部ユニットの位置をそれぞれ検
出する。位置検出手段には，前記内部ユニット及び前記
外部ユニットの移動によって回転し，その回転量に応じ
た電気信号を出力するロータリーエンコーダなどを用い
ればよい。このロータリエンコーダを用いて前記内部ユ
ニット及び前記外部ユニットの位置制御を行い，両者の
相対位置関係を設定する。また，例えば内部ヨーク３１
の円筒側壁１２内面側に永久磁石を，外部ヨーク３２の
円筒側壁１２外面側の対応する位置に磁気センサを配置
しておき，円筒側壁１２を隔てた磁気センサにより検出
された永久磁石の磁場の大きさが所定値以上になるよう
に，前記内部ユニット及び前記外部ユニットのいずれか
一方又は両方の位置を調整し，両者の相対位置関係を設
定するようにしてもよい。このように前記内部ユニット
及び前記外部ユニットの相対位置関係を設定する際，両
者のずれがそれほど大きくなければ，厳密に位置合わせ
を行わず，励磁コイル８に流す電流の大きさを調整し
て，磁極５１，５２間の磁場の強度を調整するようにし
てもよい。磁気センサ１０は，前記内部ユニット及び前
記外部ユニットの相対位置関係の厳密さを緩和するため
に設けられている。例えば位置合わせを行った後，磁気
センサ１０により検出された磁極５ａ，５ｂ間の磁場の
強度が所望の値よりも小さい場合，励磁コイル８に流す
電流を大きくする。これによって，それ以上厳密に前記
内部ユニット及び前記外部ユニットの相対位置関係を設
定する必要はなくなる。
【００１３】また，上述の例では，内部ヨーク３１と外
部ヨーク３２とが円筒側壁１２によりを隔てられていた
が，これに限られるものではなく，例えば図５に示す高
分解能ラザフォード後方散乱分析装置Ａ２の如く，内部
ヨーク３１と外部ヨーク３２とを真空容器１の底板１１
及び天板１３により隔てるように各構成を配置してもよ
い。前記高分解能ラザフォード後方散乱分析装置Ａ２で
は，円筒側壁１２内面に２つのガイドレール４′が設け
られており，前記部材３１ａ，３１ｂは，これら２つの
ガイドレール４′によってそれぞれ前記円筒の円周方向
に沿って移動可能に支持される。但し，大気圧に耐える
ためには，底板１１及び天板１３の厚みは円筒側壁１２
よりも大きくしなければならず，これらの基材にステン
レスなどの非磁性材を用いると，漏れ磁束が多くなって
しまう。そこで，このような場合には，底板１１や天板
１３の基材に磁性材を利用する。これによって，内部ヨ
ーク３１と外部ヨーク３２との距離が離れても，磁束漏
れをある程度抑えることができる。底板１１や天板１３
の基材に磁性材を利用した場合，磁極５の存在しない部
分まで磁性材が広がることになるため，その分の磁束漏
れは生じるが，図１の構成と図５の構成のいずれが好ま
しいか（磁束漏れが少ないか）は，各装置の幾何学的寸
法設計に依存する。従って，各装置の幾何学的寸法設計
に従って適宜選択すればよい。また，前記高分解能ラザ
フォード後方散乱分析装置Ａ１，Ａ２では，磁極５ａ，
５ｂが対向する対向面を前記円筒の円周方向（矢印Ｃ方
向）と平行な方向に向けて磁極５を配置したが，例えば
図６及び図７に示す高分解能ラザフォード後方散乱分析
装置Ａ３の如く，磁極５ａ，５ｂが対向する対向面５１
を前記円筒の円周方向（矢印Ｃ方向）と直交する方向に
向けて磁極５（５ａ，５ｂ）を配置するようにしてもよ
い。この場合，前記円筒の円周方向に磁極５が占める空
間を抑えることが容易となり，その結果真空容器１の直
径を小さくし，装置の全体寸法の小型化を図ることがで
きる。
部ヨーク３２とが円筒側壁１２によりを隔てられていた
が，これに限られるものではなく，例えば図５に示す高
分解能ラザフォード後方散乱分析装置Ａ２の如く，内部
ヨーク３１と外部ヨーク３２とを真空容器１の底板１１
及び天板１３により隔てるように各構成を配置してもよ
い。前記高分解能ラザフォード後方散乱分析装置Ａ２で
は，円筒側壁１２内面に２つのガイドレール４′が設け
られており，前記部材３１ａ，３１ｂは，これら２つの
ガイドレール４′によってそれぞれ前記円筒の円周方向
に沿って移動可能に支持される。但し，大気圧に耐える
ためには，底板１１及び天板１３の厚みは円筒側壁１２
よりも大きくしなければならず，これらの基材にステン
レスなどの非磁性材を用いると，漏れ磁束が多くなって
しまう。そこで，このような場合には，底板１１や天板
１３の基材に磁性材を利用する。これによって，内部ヨ
ーク３１と外部ヨーク３２との距離が離れても，磁束漏
れをある程度抑えることができる。底板１１や天板１３
の基材に磁性材を利用した場合，磁極５の存在しない部
分まで磁性材が広がることになるため，その分の磁束漏
れは生じるが，図１の構成と図５の構成のいずれが好ま
しいか（磁束漏れが少ないか）は，各装置の幾何学的寸
法設計に依存する。従って，各装置の幾何学的寸法設計
に従って適宜選択すればよい。また，前記高分解能ラザ
フォード後方散乱分析装置Ａ１，Ａ２では，磁極５ａ，
５ｂが対向する対向面を前記円筒の円周方向（矢印Ｃ方
向）と平行な方向に向けて磁極５を配置したが，例えば
図６及び図７に示す高分解能ラザフォード後方散乱分析
装置Ａ３の如く，磁極５ａ，５ｂが対向する対向面５１
を前記円筒の円周方向（矢印Ｃ方向）と直交する方向に
向けて磁極５（５ａ，５ｂ）を配置するようにしてもよ
い。この場合，前記円筒の円周方向に磁極５が占める空
間を抑えることが容易となり，その結果真空容器１の直
径を小さくし，装置の全体寸法の小型化を図ることがで
きる。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように，本発明に係る試料
分析装置では，励磁コイル及び対の磁極を含み，試料に
より散乱されたイオンを磁場により変更する磁場変更手
段を用いて，高い深さ分解能が実現されるが，試料が配
置される真空容器の内側に前記磁場変更手段の前記磁極
が，前記真空容器の外側に前記磁場変更手段の前記励磁
コイルがそれぞれ配置され，また，前記磁場変更手段
は，前記励磁コイルにより発生した磁束を前記真空容器
の壁によって隔てられた前記磁極に導くためのヨークを
前記真空容器の内側と外側とにそれぞれ備えているた
め，試料が配置される真空容器の内部で磁場分析や検出
を行って真空容器にポートを設ける必要をなくしながら
も，装置寸法が比較的小型で，励磁コイルの熱が分析に
与える悪影響も避けることができる。また，前記試料分
析装置において，前記磁極及び前記真空容器の内側にあ
る前記ヨークを含む内部ユニットと，前記励磁コイル及
び前記真空容器の外側にある前記ヨークを含む外部ユニ
ットとを，前記試料のイオン照射点を中心とした円の円
周方向に沿って両ユニットの相対位置関係を保ちながら
前記イオンの散乱角に対応させてそれぞれ移動可能に支
持すれば，前記試料分析装置では，前記真空容器の外側
の前記励磁コイルによって発生された磁束は，前記ヨー
クによって前記真空容器の内側の前記磁極に導かれるか
ら，前記内部ユニット及び前記外部ユニットを前記円の
円周方向に沿って移動させることにより，任意の散乱角
のイオンの分析検出が可能となる。その結果，試料の表
面構造や組成に合った最適な散乱角を選択することがで
きる。また，同じ試料についてＲＢＳ分析に続いてＥＲ
ＤＡ分析を行う場合でも，真空を破ることなく，前記内
部ユニット及び前記外部ユニットを移動させるだけで，
ＲＢＳ分析からＥＲＤＡ分析に移行することができる。
さらに，この場合に，前記試料分析装置が，前記磁極間
の磁場強度を検出する磁場強度検出手段を備え，前記磁
場強度検出手段の検出結果に基づいて，前記励磁コイル
への電流を制御すれば，前記磁極間の磁場強度は所望の
大きさにしながらも，前記真空容器の内側にあるヨーク
と前記真空容器の外側あるヨークとの相対位置関係の設
定の厳密性を緩和し，位置調整を容易なものとすること
ができる。また，前記試料分析装置において，前記対の
磁極が対向する対向面を前記円の円周方向と直交する方
向に向けて，前記磁極を配置すれば，前記円の円周方向
に磁極が占める空間を抑えることが容易となり，装置の
全体寸法の小型化が図り易くなる。また，前記試料分析
装置において，前記真空容器の壁面が曲面である場合，
平面である場合よりも，より薄い厚みでも大気圧に耐え
得るので，前記真空容器の壁面によって隔てられる前記
真空容器の内側にあるヨークと前記真空容器の外側にあ
るヨークとの距離を抑えることができ，ヨーク間の漏れ
磁束を抑えることが可能となる。また，前記試料分析装
置において，前記磁極内の中心軌道イオンの偏向角を，
１２０度以上１８０度以下とすることにより，イオン検
出器を前記真空容器の内部に設けるにあたって，前記真
空容器の寸法を抑えることが容易となる。また，前記試
料分析装置において，前記真空容器の内側にある前記ヨ
ークと前記真空容器の外側にある前記ヨークとを隔てる
前記真空容器の壁の材料に磁性材料を用いれば，前記真
空容器の内側にある前記ヨークと前記真空容器の外側に
ある前記ヨークとを隔てる前記真空容器の壁の厚みが多
少大きくても，そこからの漏れ磁束を抑えることができ
る。
分析装置では，励磁コイル及び対の磁極を含み，試料に
より散乱されたイオンを磁場により変更する磁場変更手
段を用いて，高い深さ分解能が実現されるが，試料が配
置される真空容器の内側に前記磁場変更手段の前記磁極
が，前記真空容器の外側に前記磁場変更手段の前記励磁
コイルがそれぞれ配置され，また，前記磁場変更手段
は，前記励磁コイルにより発生した磁束を前記真空容器
の壁によって隔てられた前記磁極に導くためのヨークを
前記真空容器の内側と外側とにそれぞれ備えているた
め，試料が配置される真空容器の内部で磁場分析や検出
を行って真空容器にポートを設ける必要をなくしながら
も，装置寸法が比較的小型で，励磁コイルの熱が分析に
与える悪影響も避けることができる。また，前記試料分
析装置において，前記磁極及び前記真空容器の内側にあ
る前記ヨークを含む内部ユニットと，前記励磁コイル及
び前記真空容器の外側にある前記ヨークを含む外部ユニ
ットとを，前記試料のイオン照射点を中心とした円の円
周方向に沿って両ユニットの相対位置関係を保ちながら
前記イオンの散乱角に対応させてそれぞれ移動可能に支
持すれば，前記試料分析装置では，前記真空容器の外側
の前記励磁コイルによって発生された磁束は，前記ヨー
クによって前記真空容器の内側の前記磁極に導かれるか
ら，前記内部ユニット及び前記外部ユニットを前記円の
円周方向に沿って移動させることにより，任意の散乱角
のイオンの分析検出が可能となる。その結果，試料の表
面構造や組成に合った最適な散乱角を選択することがで
きる。また，同じ試料についてＲＢＳ分析に続いてＥＲ
ＤＡ分析を行う場合でも，真空を破ることなく，前記内
部ユニット及び前記外部ユニットを移動させるだけで，
ＲＢＳ分析からＥＲＤＡ分析に移行することができる。
さらに，この場合に，前記試料分析装置が，前記磁極間
の磁場強度を検出する磁場強度検出手段を備え，前記磁
場強度検出手段の検出結果に基づいて，前記励磁コイル
への電流を制御すれば，前記磁極間の磁場強度は所望の
大きさにしながらも，前記真空容器の内側にあるヨーク
と前記真空容器の外側あるヨークとの相対位置関係の設
定の厳密性を緩和し，位置調整を容易なものとすること
ができる。また，前記試料分析装置において，前記対の
磁極が対向する対向面を前記円の円周方向と直交する方
向に向けて，前記磁極を配置すれば，前記円の円周方向
に磁極が占める空間を抑えることが容易となり，装置の
全体寸法の小型化が図り易くなる。また，前記試料分析
装置において，前記真空容器の壁面が曲面である場合，
平面である場合よりも，より薄い厚みでも大気圧に耐え
得るので，前記真空容器の壁面によって隔てられる前記
真空容器の内側にあるヨークと前記真空容器の外側にあ
るヨークとの距離を抑えることができ，ヨーク間の漏れ
磁束を抑えることが可能となる。また，前記試料分析装
置において，前記磁極内の中心軌道イオンの偏向角を，
１２０度以上１８０度以下とすることにより，イオン検
出器を前記真空容器の内部に設けるにあたって，前記真
空容器の寸法を抑えることが容易となる。また，前記試
料分析装置において，前記真空容器の内側にある前記ヨ
ークと前記真空容器の外側にある前記ヨークとを隔てる
前記真空容器の壁の材料に磁性材料を用いれば，前記真
空容器の内側にある前記ヨークと前記真空容器の外側に
ある前記ヨークとを隔てる前記真空容器の壁の厚みが多
少大きくても，そこからの漏れ磁束を抑えることができ
る。
【図１】 本発明の実施の形態に係る高分解能ラザフォ
ード後方散乱分析装置Ａ１の側方断面模式図。
ード後方散乱分析装置Ａ１の側方断面模式図。
【図２】 前記高分解能ラザフォード後方散乱分析装置
Ａ１の平面視構成図。
Ａ１の平面視構成図。
【図３】 試料からイオン検出器におけるイオン軌道の
シミュレーション結果の一例を示す図。
シミュレーション結果の一例を示す図。
【図４】 前記高分解能ラザフォード後方散乱分析装置
における内部ユニット及び外部ユニットの移動状態を説
明するための図。
における内部ユニット及び外部ユニットの移動状態を説
明するための図。
【図５】 本発明の実施の形態に係る高分解能ラザフォ
ード後方散乱分析装置Ａ２の側方断面模式図。
ード後方散乱分析装置Ａ２の側方断面模式図。
【図６】 本発明の実施の形態に係る高分解能ラザフォ
ード後方散乱分析装置Ａ３の側方断面模式図。
ード後方散乱分析装置Ａ３の側方断面模式図。
【図７】 前記高分解能ラザフォード後方散乱分析装置
Ａ３の平面視構成図。
Ａ３の平面視構成図。
【図８】 従来の高分解能ラザフォード後方散乱分析装
置の構成例を示す図。
置の構成例を示す図。
【図９】 ＡｌＧａＮ（１００Ａ）／ＩｎＧａＮ（１０
０Ａ）／ＧａＮ（１０００Ａ）に対して散乱角が８０°
の場合と１２５°の場合とについてそれぞれＲＢＳ装置
により得られたスペクトルの実測例と，モデルシミュレ
ーションにより得られた各元素成分毎の分布を示す図。
０Ａ）／ＧａＮ（１０００Ａ）に対して散乱角が８０°
の場合と１２５°の場合とについてそれぞれＲＢＳ装置
により得られたスペクトルの実測例と，モデルシミュレ
ーションにより得られた各元素成分毎の分布を示す図。
１…真空容器
２…試料
３…ヨーク
４，９…ガイドレール
５，５ａ，５ｂ…磁極
７…イオン検出器
８…励磁コイル
１０…磁気センサ
１１…真空容器の底板
１２…真空容器の側壁
１３…真空容器の天板
３１…内部ヨーク
３２…外部ヨーク
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 一原 主税
兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号
株式会社神戸製鋼所 神戸総合技術研
究所内
(56)参考文献 特開 平９−54053（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−209460（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−190963（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−226181（ＪＰ，Ａ)
特表 平10−513301（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 37/147
G01N 23/203
G21K 1/093
G21K 5/04
H01J 37/295
Claims (11)
- 【請求項１】 加速されたイオンを照射する試料が内部
に配置される真空容器と，励磁コイル及び対の磁極を含
み，試料により散乱されたイオンを磁場により偏向する
磁場偏向手段と，前記磁場偏向手段により磁場偏向され
たイオンを検出する検出器とを備えた試料分析装置にお
いて， 前記磁場偏向手段の前記磁極を前記真空容器の内側に配
置し， 前記磁場偏向手段の前記励磁コイルを前記真空容器の外
側に配置し， 前記磁場偏向手段は，前記励磁コイルにより発生した磁
束を前記真空容器の壁によって隔てられた前記磁極に導
くためのヨークを前記真空容器の内側と外側とにそれぞ
れ備えてなるとともに， 前記磁極及び前記真空容器の内側にある前記ヨークを含
む内部ユニットと，前記励磁コイル及び前記真空容器の
外側にある前記ヨークを含む外部ユニットとを，前記試
料のイオン照射点を中心とした円の円周方向に沿って両
ユニットの相対位置関係を保ちながら前記イオンの散乱
角に対応させてそれぞれ移動可能に支持してなる ことを
特徴とする試料分析装置。 - 【請求項２】 前記移動される内部ユニット及び外部ユ
ニットそれぞれの位置を検出する位置検出手段を更に備
え， 前記位置検出手段の検出結果に基づいて，前記内部ユニ
ット及び／又は前記外部ユニットの位置制御を行う請求
項１記載の試料分析装置。 - 【請求項３】 前記磁極間の磁場強度を検出する磁場強
度検出手段を備え， 前記磁場強度検出手段の検出結果に基づいて，前記磁場
強度が所定値以上となるように前記励磁コイルへの電流
を制御してなる請求項１記載の試料分析装置。 - 【請求項４】 前記磁極間の磁場強度を検出する磁場強
度検出手段を備え， 前記磁場強度検出手段の検出結果に基づいて，前記磁場
強度が所定値以上となるように前記内部ユニット及び／
又は前記外部ユニットの位置を調整する請求項１記載の
試料分析装置。 - 【請求項５】 前記対の磁極が対向する対向面を前記円
の円周方向と直交する方向に向けて，前記磁極を配置し
てなる請求項１記載の試料分析装置。 - 【請求項６】 前記真空容器の壁面が曲面である請求項
１記載の試料分析装置。 - 【請求項７】 前記磁極内の中心軌道イオンの偏向角
は，１２０度以上１８０度以下である請求項１記載の試
料分析装置。 - 【請求項８】 前記真空容器の内側にある前記ヨークと
前記真空容器の外側にある前記ヨークとを隔てる前記真
空容器の壁の材料が磁性材料である請求項１記載の試料
分析装置。 - 【請求項９】 前記内部ユニット及び前記外部ユニット
が別個の駆動手段によりそれぞれ駆動される請求項１又
は２に記載の試料分析装置。 - 【請求項１０】 前記内部ユニットが前記真空容器内の
円弧状ガイドレールで支持される請求項９記載の試料分
析装置。 - 【請求項１１】 前記外部ユニットが前記真空容器外の
円弧状ガイドレールで支持される請求項９記載の試料分
析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001034733A JP3442743B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 試料分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001034733A JP3442743B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 試料分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002237271A JP2002237271A (ja) | 2002-08-23 |
| JP3442743B2 true JP3442743B2 (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=18898283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001034733A Expired - Fee Related JP3442743B2 (ja) | 2001-02-09 | 2001-02-09 | 試料分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3442743B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4148864B2 (ja) | 2003-09-26 | 2008-09-10 | 株式会社神戸製鋼所 | 試料分析装置 |
| JP4680123B2 (ja) * | 2006-04-28 | 2011-05-11 | 株式会社神戸製鋼所 | 散乱イオン分析装置 |
-
2001
- 2001-02-09 JP JP2001034733A patent/JP3442743B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002237271A (ja) | 2002-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5063294A (en) | Converged ion beam apparatus | |
| JP3449198B2 (ja) | イオン注入装置 | |
| Watt et al. | The Oxford 1 μm proton microprobe | |
| US6653637B2 (en) | X-ray detector and charged-particle apparatus | |
| JPS5836464B2 (ja) | シツリヨウブンセキソウチ | |
| JP2006236601A (ja) | 軌道位置検出装置，組成分析装置，荷電粒子ビームの軌道調整方法及び位置座標検出装置 | |
| JP3442743B2 (ja) | 試料分析装置 | |
| JP6914438B2 (ja) | スピン分析装置 | |
| JPH0836990A (ja) | エネルギフィルタおよびこれを備えた透過電子顕微鏡 | |
| JPH0313702B2 (ja) | ||
| Tampo et al. | Developments on muonic X-Ray measurement system for historical-cultural heritage samples in Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) | |
| US8803087B2 (en) | Spectrum analyzer and method of spectrum analysis | |
| JPH07190963A (ja) | 散乱イオンによる分析装置 | |
| JP3904483B2 (ja) | イオン散乱分析装置 | |
| JP5338022B2 (ja) | 照射方向可変イオン照射装置および二次イオン質量分析装置 | |
| JPH07253472A (ja) | 放射線検出器用ヘリウム３クライオスタットおよび分析装置 | |
| Steierl et al. | Surface domain imaging in external magnetic fields | |
| JP4148864B2 (ja) | 試料分析装置 | |
| JP4407912B2 (ja) | 試料分析装置 | |
| JPH0382943A (ja) | 全反射蛍光ｘ線分析装置 | |
| JP3004159B2 (ja) | イオンビーム分析装置におけるイオンビーム中心位置測定方法 | |
| JP3810303B2 (ja) | 薄膜検査方法および装置ならびにマイクロデバイスの製造方法 | |
| JPH0817392A (ja) | イオン散乱分析装置 | |
| JP2008243486A (ja) | スピン偏極走査電子顕微鏡 | |
| JPH09199078A (ja) | 原子質量測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |