JP3938323B2 - Parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer, energy spectrum measurement method of scattered ions using the same, and sample crystal axis detection method using the same - Google Patents

Parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer, energy spectrum measurement method of scattered ions using the same, and sample crystal axis detection method using the same Download PDF

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，高中エネルギーのイオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを，前記イオンビームと平行な磁場を用いてビーム軸に収束させる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平７−１９０９６３号公報（公報１）には，高中エネルギーのイオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを，前記イオンビームと平行な磁場を用いてビーム軸に収束させる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置が記載されている。前記公報に記載されたラザフォード後方散乱分析装置の概略構成を図３に示す。
図３に示す如く，４００ｋＶ程度の高電圧が給電されたイオン源１から発せられたヘリウムイオンビーム２は，加速管３を通過中に該加速管３に印加された電圧によって加速され，試料４に向かう。試料４表面において，弾性散乱された散乱イオン５は，ソレノイドコイル６１及びマグネットヨーク６２からなる電磁石６によって発生されたイオンビーム２のビーム軸に平行な磁場によって，軌道が曲げられ，螺旋運動を行いながら繰り返しビーム軸に接する（収束する）軌道を描く。
特定のエネルギーと散乱角とをもった散乱イオン５がビーム軸に収束する位置にイオンビーム２を中心に通すように，アイリス型のスリット７（アパーチャ）が配置されており，そのスリット７により特定のエネルギーを有する散乱イオン５のみを弁別し，再度発散していく散乱イオン５を２次元の散乱イオン検出器８により検出しエネルギースペクトルを得ていた。このようにして得られたエネルギースペクトルに基づいて試料４の成分元素の同定や深さ方向の組成分析（イオンチャネリング分析）を行うことができる。
前記散乱イオン検出器８には，例えば２次元状に微細検出管が多数配列されたマイクロチャンネルプレートを用いることができる。前記散乱イオン検出器８の簡略的な外観を図４に示す。
図４に示す如く，前記散乱イオン検出器８は，その中心に，イオンビーム２を通過させるための小さな開口８１を備えたドーナツ型の形状を有する。前記散乱イオン検出器８の表面に２次元状に多数配列された微細検出管によって，前記スリット７を通過してきた散乱イオン５の位置を測定することが可能である。
試料４表面から散乱された同じ散乱角，同じエネルギーの散乱イオン５は，一旦スリット７の位置で収束した後，再度発散して，検出器中心から距離Ｒの位置に入射する。
エネルギーの異なる散乱イオン５が，スリット７の位置で収束するためには，散乱角度が異なることになるため，前記距離Ｒによりエネルギーを決定することができる。
このとき，測定したい散乱イオン５のエネルギーごとに磁場強度を変化させる，又は磁場強度を一定として，試料４と前記散乱イオン検出器８や前記スリット７との距離を変化させることにより，前記散乱イオン検出器８で検出される散乱イオン５，即ち，前記スリット７を通過する散乱イオン５をそのエネルギーごとに選別し，散乱イオン５のエネルギースペクトルを測定していた。
【０００３】
一方，ラザフォード後方散乱分析装置による散乱イオン５のチャネリング測定では，測定前に試料４の結晶軸を検出し，該結晶軸とイオンビーム２のビーム軸とが一致するよう軸合わせを行う必要がある。
従来，試料４の結晶軸を検出する方法としては，特開平５−３４６４１２号公報（公報２）に示されるように，Ｘ線反射を利用して試料４の結晶軸を検出する方法や，前記公報２の段落０００６〜０００７に従来技術として示されるように，試料４を回転させながら各回転位置ごとに散乱イオン５を検出し，検出された散乱イオン５の検出量に基づいて試料４の結晶軸を検出する方法等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，図３に示すような構成では，図５に示す通り，収束回数が異なる散乱イオン５１，５２，５３，５４，…は前記スリット７を通過してしまう。
なお，符号５１は収束回数が１回の散乱イオンの軌道を，符号５２は収束回数が２回の散乱イオンの軌道を，符号５３は収束回数が３回の散乱イオンの軌道を，符号５４は収束回数が４回の散乱イオンの軌道をそれぞれ表す。もちろん，収束回数が５回以上の散乱イオンも存在するが，図５には表していない。また，矢印Ｂは磁場の向きである。
収束回数が異なる散乱イオンが前記スリット７を通過すると，結局エネルギーの異なる散乱イオンが前記散乱イオン検出器８に入射することになる。例えば図６に示すように，前記散乱イオン検出器８の中心から７５ｍｍの同心円上には，散乱イオン５１，５２，５３，５４において，散乱エネルギー４００，１００，５０，３０ｋｅＶのイオンが入射することになり，エネルギー分析が困難になっていた。
【０００５】
また，磁場強度や，試料４と前記散乱イオン検出器８と前記スリット７との位置関係を変化させることにより，散乱イオン５のエネルギースペクトルを測定する方法では，磁場強度変更後の安定化や試料４等の位置決めに手間と時間を要するという問題点があった。さらに，磁場強度の変更精度や試料４等の位置決め精度の制約により，散乱イオン５のエネルギースペクトルを高分解能で測定することが困難であるという問題点もあった。
例えば，散乱イオン５がＨｅ+イオンである場合，試料４表面からＨｅ+イオンがビーム軸（ｚ軸）に接する位置までの距離Ｌ（即ち，試料４〜前記スリット７間の距離）は，次の（ａ１）式で表される。
【数１】

Figure 0003938323
但し，ｍは散乱イオン５の質量，ｑｅは散乱イオンの電荷，ωcはサイクロトロン周波数，ｖはイオン速度，θは散乱イオン５の散乱角度，Ｅは散乱イオン５のエネルギー，Ｂは磁場強度を表す（以下同様）。
ここで，同じ散乱角度のＨｅ+イオンについて，３００ｋｅＶのイオンと２９９ｋｅＶのイオンとを選別（エネルギー分解能ΔＥ／Ｅ＝０．３％）するためには，例えば，２テスラ前後の磁場強度Ｂでエネルギースペクトルを検出する場合，必要な磁場強度Ｂの変化量はわずか３３．４ｇａｕｓｓ（＝２−２×√（２９９／３００）［テスラ］）と小さく，このような磁場強度Ｂの微小な変化を安定的に制御することは困難である。
また，試料４〜前記スリット７〜前記散乱イオン検出器８間の距離を変化させる場合，次の（ａ２）式を用いて考える。
【数２】
Figure 0003938323
但し，ｔは散乱イオン５が試料４表面で散乱した後に前記散乱イオン検出器８に到達するまでの経過時間，ｘ，ｙ，ｚは散乱イオン５が前記散乱イオン検出器８上に到達した位置をビーム軸をｚ軸として表した座標（即ち，ｚ＝Ｌ），ｒは散乱イオン５が前記散乱イオン検出器８上に到達した位置のｚ軸（ビーム軸）からの距離を表す（以下同様）。ここで，前記散乱イオン検出器８が前記公報１に示されるように円環状であり，ｒが一定であるとすれば，時間ｔは次の（ａ３）式で表される。
【数３】
Figure 0003938323
この（ａ３）式を（ａ２）式におけるｚの式に代入すると，次の（ａ４）式が導かれる。
【数４】
Figure 0003938323
また，前記スリット７の位置で前記散乱イオンはｚ軸（ビーム軸Ｏ）に接するので，前記散乱イオンが前記スリット７を通過後に前記散乱イオン検出器８に到達するまでの時間をｔ１とすれば，ｌ＝ｖｃｏｓθ・ｔ１と表されるので，これを（ａ２）式におけるｒの式に代入すると，次の（ａ５）式が導かれる。
【数５】
Figure 0003938323
ここで，Ｌ∝ｖであり，距離Ｌを変化させればその距離Ｌで収束する散乱イオンのｖも異なるので，前記スリット７〜前記散乱イオン検出器８間の距離ｌも変化させなければならないことがわかる。例えば，同じ散乱角度４５°のＨｅ+イオンについて，３００ｋｅＶのイオンと２９９ｋｅＶのイオンとを選別するためには，Ｌを０．５８４ｍｍ変化させる必要があるが，そのときのｌの変化量はわずか０．１４５ｍｍと小さい。さらに距離Ｌ，ｌの変化量は，散乱イオン５の速度ｖによって異なり（２９９ｋｅＶと２９８ｋｅＶとを選別するためのＬ，ｌの変化量は，それぞれ０．５９４ｍｍ，０．１７３ｍｍ），この微小な距離を安定的に制御することは困難である。
【０００６】
また，前記公報２に示される試料の結晶軸検出方法では，Ｘ線源及びＸ線検出器が必要となる上，そのＸ線源及びＸ線検出器の設置位置を結晶方位により変更可能な構成とする必要があり，装置が大型化及び高コスト化するという問題点があった。さらに，結晶軸の測定を行う際には，Ｘ線をモニターしながら軸調整を行う必要があり，この軸合わせに手間がかかるという問題点もあった。また，前記公報２に従来技術として示される前記方法においても，前記公報２に示されるように，試料を３６０°回転させながら散乱イオンを検出する手間が多大である上，軸合わせのための散乱イオン検出作業中，常にイオンビームを照射し続けることにより試料表面に汚染が生じるという問題点があった。
【０００７】
従って本発明は，このような従来の技術における課題を解決するために，平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置を改良し，試料とエネルギー弁別用のスリットとの間にイオンビームと平行に移動し得るように配置され，散乱イオン検出器側から前記試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた板状の可動板状スリットと，前記試料と前記可動板状スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた筒状の可動筒状スリットとを具備することにより，収束回数の異なる散乱イオンを弁別し，好適にエネルギー分析を行うこと，さらに，高分解能でのエネルギースペクトル測定を容易に行うこと，並びに，試料に汚染を生じさせずかつ手間なく試料の結晶軸を検出して結晶軸とイオンビームとの軸合わせを行うこと，が可能な平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置及び該装置における試料の結晶軸検出方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【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，イオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを検出するための散乱イオン検出器と，前記イオンビームと平行な磁場を少なくとも前記試料から前記散乱イオン検出器にかけて発生させる磁場発生手段と，前記試料と前記散乱イオン検出器との間の前記散乱イオン検出器に対して予め定められた位置に配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に収束した特定のエネルギーと散乱角を有する前記散乱イオンを前記散乱イオン検出器側に通過させるための開口を備えた板状の弁別用スリットと，を具備してなる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，前記試料と前記弁別用スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた板状の可動板状スリットと，前記試料と前記可動板状スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた筒状の可動筒状スリットと，を具備してなることを特徴とする平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置として構成されている。
この発明では，散乱イオン検出器側から試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた板状の可動板状スリットが，前記試料と弁別用スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置され，前記散乱イオン検出器側から試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた筒状の可動筒状スリットが，前記試料と前記可動板状スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置される。前記可動板状スリットと前記可動筒状スリットとの位置関係を適当に設定すれば，前記弁別用スリットを通過させる特定の収束回数の散乱イオンを除いた他の収束回数の散乱イオンを，前記可動板状スリットか前記可動筒状スリットにあてて，前記可動板状スリットより前記散乱イオン検出器側に到達するのを防止することができる。このため，好適にエネルギー分析を行うことが可能になる。
前記平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，前記可動筒状スリットの軸方向の長さＬｓは，例えば前記弁別用スリットと前記試料との間の距離Ｌに対し１／６Ｌ＜Ｌｓ＜１／３Ｌの関係を満たすように定められる。
さらに，前記散乱イオン検出器が，２次元のイオン検出器，即ち，前記散乱イオン検出器の検出面上での前記散乱イオンの検出位置を検知可能なものであれば，前記散乱イオン検出器により検出された前記散乱イオンの検出位置に基づいて，前記散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するエネルギースペクトル測定手段を具備するものも考えられる。
これにより，保有エネルギーごとにその検出位置（具体的には，イオンビームのビーム軸からの距離）が異なる前記散乱イオンを同時に検出できるので，測定対象とする前記散乱イオンのエネルギーごとに磁場発生手段による磁場強度や前記試料，前記弁別用スリット，及び前記散乱イオン検出器の相互間の距離を変更する必要がなく，１度の測定で前記散乱イオンのエネルギースペクトルを測定することが可能となる。２次元のイオン検出器としては，例えば２次元状に微細検出管が多数配列されたマイクロチャンネルプレートや，１次元（線状）のイオン検出器を複数配列したもの等が考えられる。
【０００９】
また，イオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを検出するための散乱イオン検出器と，前記イオンビームと平行な磁場を少なくとも前記試料から前記散乱イオン検出器にかけて発生させる磁場発生手段と，前記試料と前記散乱イオン検出器との間の前記散乱イオン検出器に対して予め定められた位置に配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に収束した特定のエネルギーと散乱角を有する前記散乱イオンを前記散乱イオン検出器側に通過させるための開口を備えた板状の弁別用スリットと，を具備してなる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，前記散乱イオン検出器が，２次元のイオン検出器であることを特徴とする平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置として構成されたものも考えられる。
これにより，前述したように，保有エネルギーごとにその検出位置が異なる前記散乱イオンを同時に検出できるので，前記散乱イオン検出器により検出された前記散乱イオンの検出位置に基づいて，前記散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するエネルギースペクトル測定手段を具備すれば，１度の測定で前記散乱イオンのエネルギースペクトルを測定することが可能となる。
【００１０】
また，前記散乱イオン検出器により検出される散乱イオンの検出量分布に基づいて前記試料の結晶軸を検出する結晶軸検出手段を具備するものも考えられる。
この場合，前記結晶軸検出手段が，前記散乱イオンの検出量が相対的に低い部分で形成される複数の帯状の低検出量領域を検出し，該低検出量領域に基づいて前記試料の結晶軸を検出するものが考えられ，さらに，前記結晶軸検出手段が，複数の前記低検出量領域が互いに交差する部分の中心位置と前記散乱イオン検出器を通過する前記イオンビームのビーム軸とのずれに基づいて前記試料の結晶軸を検出するものが考えられる。
これは，イオンの散乱が前記試料の成分原子によって阻まれるいわゆるブロッキング現象により，前記試料の結晶面に沿った方向に散乱される前記散乱イオンの検出量は相対的に低くなるので，前記散乱イオンの検出量分布から，複数の前記結晶面の方向，及びそれら結晶面が交差する軸である結晶軸を検出（特定）するものである。これにより，Ｘ線源等を要せず，１回の前記散乱イオンの検出で前記試料の結晶軸を検出することができる。
さらに，前記結晶軸検出手段の検出結果に基づいて，前記イオンビームのビーム軸が前記試料に入射する角度を調節する入射角調節手段を具備すれば，ビーム軸と前記試料の結晶軸とを一致させることが可能となる。
また，本発明は，２次元のイオン検出器である前記散乱イオン検出器を有する前記平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置を用いた散乱イオンのエネルギースペクトル測定方法，或いは試料の結晶軸検出方法として捉えたものであってもよい。
【００１１】
【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。尚，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平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置の要部を説明するための図である。
本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置の基本的な構成は，従来の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置と同様である。
図１に示しているのは，イオンビーム２，試料４と，従来の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置と同様の，電磁石（磁場発生手段の具体例）６，アイリス型スリット（弁別用スリットの具体例）７，及び散乱イオン検出器８と，本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置の特徴的な構成である。
前記散乱イオン検出器８は，前記イオンビーム２が入射した試料４にて後方散乱された散乱イオンを検出するためのものであり，前記電磁石７は，前記イオンビーム２と平行な矢印Ｂ方向に向く磁場を少なくとも前記試料４から前記散乱イオン検出器８にかけて発生させる。また，前記アイリス型スリット７は，前記試料４と前記散乱イオン検出器８との間の前記散乱イオン検出器８に対して予め定められた位置に配置され，前記散乱イオン検出器８側から前記試料４に入射する前記イオンビーム２を通過させると共に，前記電磁石６の磁場により前記イオンビーム２のビーム軸に収束した特定のエネルギーと散乱角を有する前記散乱イオンを前記散乱イオン検出器８側に通過させるための開口７１を備えた円盤状のものである。
（収束回数の異なる散乱イオンの弁別）
そして，本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置が，特徴とするところは，前記試料４と前記アイリス型スリット７との間に前記イオンビーム２と平行に移動し得るように配置され，前記散乱イオン検出器８側から前記試料４に入射するイオンビーム２を通過させる開口９１を備えた円盤状の円盤型スリット（可動板状スリットの具体例）９と，前記試料４と前記円盤型スリット９との間に前記イオンビーム２と平行に移動し得るように配置され，前記散乱イオン検出器８側から前記試料４に入射するイオンビーム２を通過させる開口１０１を備えた筒状の円筒型スリット（可動筒状スリットの具体例）１０とを具備する点である。
【００１２】
以下，本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード公報散乱分析装置の詳細について説明する。
一般に，一様な平行磁場中においては，微小点から生成された荷電粒子は必ず磁場と平行な軸に収束する。
前記平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置について言い換えれば，前記電磁石６によって発生する一様で平行な矢印Ｂ方向に向く磁場中においては，前記磁場と平行な前記イオンビーム２が入射した前記試料４にて散乱された散乱イオンは，必ず前記イオンビーム２のビーム軸上に収束する。
さらに，前記試料４と前記アイリス型スリット７との距離をＬで表すとき，前記アイリス型スリット７の開口７１を通過する散乱イオンは，前記距離Ｌの整数分の１の間隔（Ｌ／Ｎ，ただしＮは整数である）で，前記ビーム軸に対して収束する。前記整数Ｎが収束回数となる。
このような収束回数Ｎが異なる多数の散乱イオンのうちの一部は，前記円筒型スリット１０に衝突する。前記円筒型スリット１０の軸方向の長さをＬｓで表すとき，次式（１）を満たすＮ回以上の収束周期の散乱イオンは，収束周期が短いために必ず前記円筒型スリット１０に衝突し，前記アイリス型スリット７には到達しない。
Ｌｓ＞Ｌ／Ｎ （１）
例えば前記円筒型スリット１０の軸方向の長さＬｓを次式（２）を満たすように定めると，６回以上収束する全ての散乱イオンを排除することができる。
Ｌ／６＜Ｌｓ＜Ｌ／３ （２）
また，収束回数が偶数のとき，散乱イオンは，必ず前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置で収束することになる。このため，前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置に前記円筒型スリット１０を配置すれば，前記円筒型スリット１０に収束回数が偶数回数の散乱イオンを衝突させて，前記アイリス型スリット７に到達するのを阻止することができる。
さらに，前記円盤型スリット９を，前記アイリス型スリット７の直近から収束回数が１回のイオンが開口９１を通過しない所まで，前記試料４側に配置すれば，収束回数が１回の散乱イオンを前記円盤型スリット９に衝突させ，前記アイリス型スリット７に到達するのを阻止することができる。
結局のところ，上式（２）を満たすような前記円筒型スリット１０を用いると，前記円筒型スリット１０と前記アイリス型スリット７との位置関係を適当に定めることにより，収束回数が１，２，３，５の散乱イオンを弁別することが可能になる。
【００１３】
弁別が可能となることの説明を具体的に行うために，図２に前記円筒型スリットと前記円盤型スリットとの位置関係を３例示す。なお，図５と同様，図２における符号５１は収束回数が１回の散乱イオンの軌道を，符号５２は収束回数が２回の散乱イオンの軌道を，符号５３は収束回数が３回の散乱イオンの軌道を，符号５４は収束回数が４回の散乱イオンの軌道をそれぞれ表す。
前記円筒型スリット１０が上式（２）を満たすようなものであれば，収束回数が６回以上の散乱イオンは前記円筒型スリット１０に衝突し，前記アイリス型スリット７には到達しないので，以降では収束回数が５回以下の散乱イオンのみを考慮する。
例えば図２（ａ）の例では，前記円筒型スリット１０の先端１０２が，前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置から，やや前記試料４側に配置されている。また，前記円盤型スリット９は，前記アイリス型スリット７の直近まで退避している。
この配置では，前記円筒型スリット１０が前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置を遮るので，収束回数が偶数である散乱イオン５２，５４は前記円筒型スリット１０に衝突する。
また，散乱イオン５の収束回数が３の場合，前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置からＬ／６の位置で収束する。前記円筒型スリット１０の軸方向長さＬｓはＬ／６より大きいので，図２（ａ）の円筒型スリット１０の配置では，収束回数３の散乱イオン５３も前記円筒型スリット１０に衝突する。散乱イオン５の収束回数が５の場合の軌道は，図２に示していないが，収束回数が５の散乱イオンが収束する位置と，前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置との距離は，収束回数が３の散乱イオン５３の場合よりも小さくなるため，収束回数が５の散乱イオンも前記円筒型スリット１０に衝突する。
図２（ａ）の例についてまとめると，前記円筒型スリット１０によって収束回数が２回以上の散乱イオンは全て阻止される。このとき，前記円盤型スリット９を前記アイリス型スリット７の直近に退避させれば，前記円盤型スリット９の開口９１を収束回数が１回の散乱イオン５１が通過して，前記散乱イオン５１のみが前記アイリス型スリット７に到達する。すなわち，図２（ａ）の例では，収束回数が１回の散乱イオン５１のみが弁別される。
また，図２（ｂ）の例では，前記円筒型スリット１０の後端１０３が，前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置を遮らない程度に，前記試料４側に配置されている。また，前記円盤型スリット９は，前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置に配置されている。
この配置では，収束回数が１回の散乱イオン５１は，前記円盤型スリット９に衝突し，前記アイリス型スリット７に到達しない。
また，収束回数が３回，４回，５回の散乱イオンは，前記円筒型スリット１０に衝突し，前記アイリス型スリット７に到達しない。
図２（ｂ）の例では，前記円盤型スリット９によって収束回数１回の散乱イオンが阻止され，また，前記円筒型スリット１０によって収束回数が３，４，５回の散乱イオンは阻止される。このとき，収束回数が２回の散乱イオン５２のみが，前記円筒型スリット１０に衝突せず，前記円盤型スリット９の開口９１を通過する。すなわち，図２（ａ）の例では，収束回数が２回の散乱イオン５２のみが弁別される。
また，図２（ｃ）の例では，前記円筒型スリット１０の中央位置が，前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置に配置されている。また，前記円盤型スリット９は前記アイリス型スリット７の直近から離れた前記試料４側の位置に配置されている。
この配置では，収束回数が１回の散乱イオン５１は，前記円盤型スリット９に衝突し，前記アイリス型スリット７に到達しない。
また，前記円筒型スリット１０が前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置を遮るので，収束回数が偶数である散乱イオン５２，５４は前記円筒型スリット１０に衝突する。
また，収束回数が３の散乱イオン５３は，前記円筒型スリット１０の軸方向長さＬｓがＬ／３より小さいので，前記円筒型スリット１０に衝突しない。
さらに，収束回数が５の散乱イオンは，収束する位置が前記散乱イオン５３より前記試料４と前記アイリス型スリット７との間の中央にあたる位置に近く，前記円筒型スリット１０の軸方向長さＬｓによっては衝突してしまう場合がある。前記円筒型スリット１０の軸方向長さＬｓがＬ／５より小さければ，収束回数が５の散乱イオンも衝突しない。
このとき，収束回数が３の散乱イオン５３，又は収束回数が５の散乱イオンのいずれかが前記開口９１を通過するように前記円盤型スリット９を配置すれば，他方は前記円盤型スリット９に衝突するから，収束回数が３又は５の散乱イオンを弁別することができる。
このように，本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置では，散乱イオン検出器側から試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた円盤型スリットが，前記試料とアイリス型スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置され，前記散乱イオン検出器側から試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた円筒型スリットが，前記試料と前記円筒型スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置され，さらに前記円筒型スリットの軸方向の長さＬｓが，前記散乱イオン検出器と前記試料との間の距離Ｌに対し，１／６Ｌ＜Ｌｓ＜１／３Ｌの関係を満たすように定められるため，収束回数が１，２，３，５の散乱イオンを弁別することができる。その結果，好適にエネルギー分析を行うことが可能となる。
なお，前記実施の形態は好ましい例であり，本発明における可動板状スリット，及び可動筒状スリットは，それぞれ前記円盤型スリット，及び前記円筒型スリットの構成に限られるものではない。
【００１４】
（散乱イオンのエネルギースペクトル測定）
次に，前記散乱イオン検出器８として，その中央部に前記イオンビーム２を通過させる開口を有する２次元のイオン検出器を用いた場合の前記散乱イオンの選別（分別）方法について説明する。
前記散乱イオン検出器８として２次元のイオン検出器を用いた場合には，前記電磁石６による磁場強度や，前記試料４〜前記スリット７〜前記散乱イオン検出器８間の距離を変化させる必要がない。以下，これについて説明する。
前記散乱イオンが前記散乱イオン検出器８に到達した位置の前記イオンビーム２のビーム軸からの距離ｒは，前述した（ａ５）式で表される。
ここでｒは，２次元のイオン検出器である前記散乱イオン検出器８により検出したイオンの位置（ｘ，ｙ）（ｚ軸＝ビーム軸とする）から，ｒ＝√（ｘ2＋ｙ2）により求まるので，ｒが求まれば，（ａ５）式により，その位置（ビーム軸からの距離がｒの位置）に到達した前記散乱イオンのエネルギーが求まる。そして，例えば，同じ散乱角度のＨｅ+イオンについて，２テスラ前後の磁場強度下で３００ｋｅＶのイオンと２９９ｋｅＶのイオンとを選別（エネルギー分解能ΔＥ／Ｅ＝０．３％）するためには，前記散乱イオン検出器８の位置検出分解能（例えば，前記マイクロチャンネルプレートにおける前記微細検出管の間隔）が０．３３ｍｍ程度であれば足り，この程度の位置検出分解能を有する２次元のイオン検出器を構成することは容易である。仮に，前記試料４〜前記スリット７間の距離Ｌを３５０ｍｍ，前記スリット７〜前記散乱イオン検出器８間の距離ｌを１２０ｍｍ，前記磁場強度Ｂを２テスラ，前記散乱イオン検出器８の検出範囲の半径を１００ｍｍ，その位置検出分解能を０．３３ｍｍとすれば，１ｋｅＶ以下の前記エネルギー分解能ΔＥ／Ｅで，１５０ｋｅＶ〜３００ｋｅＶの範囲の散乱Ｈｅ+イオンを１度に測定することが可能となり，従来，１５０回の測定を要して得られたデータを１回の測定で得られることになる。これにより，磁場強度や，前記試料４等の位置関係を変化させる手間が省けるとともに，試料へのイオン照射時間が短縮され，試料表面の汚染を最小限に抑えることができる。さらに，前記マイクロチャンネルプレート等である２次元の前記散乱イオン検出器８の位置検出分解能を０．３３ｍｍより小さくすることも可能であり，従来の方法では困難であった１ｋｅＶ以下のエネルギー分解能を得ることも可能となる。上述した前記散乱イオンの検出位置に基づくエネルギーの計算（即ち，エネルギースペクトルの測定）は，例えば，前記散乱イオン検出器８による検出量データを取り込むインターフェースを備えた計算機等（前記エネルギースペクトル測定手段の一例）により実行すればよい。
【００１５】
（試料の結晶軸検出，軸合わせ）
次に，前記散乱イオン検出器８として，その中央部に前記イオンビーム２を通過させる開口を有する２次のイオン検出器を用いた場合の前記試料４の結晶軸検出及び該結晶軸と前記イオンビーム２のビーム軸との軸合わせについて説明する。
図７は，前記散乱イオン検出器８に２次元のイオン検出器を用いた平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置の概略構成及び前記散乱イオン検出器８上におけるイオン検出量の分布を表す図である。
前記イオンビーム２のビーム軸が前記試料４の結晶軸と一致していない（ずれている）場合，イオンの散乱が前記試料４の成分原子によって阻まれるいわゆるブロッキング現象により，前記試料４の結晶面に沿った方向に散乱される前記散乱イオンの検出量は低くなる。このため，例えば，前記イオンビーム２のビーム軸が，前記試料４の＜１１１＞軸から少しずれている場合，前記散乱イオン検出器８により検出される前記散乱イオンの検出量の分布を濃度分布（白抜きの部分が前記散乱イオンの検出量が低い部分）として示すと，図７（の８ａ）に示すように，前記散乱イオンの検出量が相対的に低い部分（検出量＝０を含む）で形成される帯状の低検出量領域（以下，低検出量ラインＬlowという）が複数形成される。該低検出量ラインＬlowの特定方法としては，例えば，全体の平均イオン検出量に対して所定比率以下の部分を前記低検出量ラインＬlowとする等の方法が考えられる。前記低検出量ラインＬlowそれぞれは，前記試料４の結晶面それぞれに対応するため，前記イオンビーム２のビーム軸Ｏと前記低検出量ラインＬlowが互いに交差する部分の中心位置Ｏ１（交点）とのずれが，前記ビーム軸Ｏと前記試料４の結晶軸（＜１１１＞軸）とのずれを表すことになる。従って，前記試料４の測定前に，一度だけ前記散乱イオンの分布を検出することにより，前記ビーム軸Ｏと前記低検出量ラインＬlowの交点Ｏ１とのずれ（相対位置関係）がわかれば，そのずれ分だけ前記イオンビーム２が前記試料４に入射する角度を調節することによって前記ビーム軸Ｏと前記試料４の結晶軸とを一致させる（軸合わせする）ことができる。
【００１６】
以下，前記ビーム軸Ｏと前記低検出量ラインＬlowの交点Ｏ１とのずれに基づく軸合わせの方法について説明する。
まず，前記散乱イオン検出器８上において，前記散乱イオンが検出される位置（ｘ，ｙ）（前記ビーム軸Ｏをｚ軸とする）と前記ビーム軸Ｏとの距離ｒは，前述した（ａ４）式で表される。
また，前記散乱イオン検出器８の検出面（ｘ−ｙ平面）方向の角度（即ち，図９に示すように前記ビーム軸Ｏ方向から見たときの角度）をψとし（図８参照），前記検出位置（ｘ，ｙ）のψ＝ψb’とすると，前記散乱イオンの散乱角度θの前記散乱イオン検出器８の検出面に平行な方向の角度成分ψbは，以下のようにして求められる。
前述した（ａ５）式を導出したのと同様に，前記散乱イオンが前記スリット７を通過後に前記散乱イオン検出器８に到達するまでの時間をｔ１とすれば，ｌ＝ｖｃｏｓθ・ｔ１と表されるので，これを（ａ２）式におけるｘ，ｙの式に代入すれば，ψｂとψb’の差Δψb（図９参照）に関する次の（ａ６）式が導かれる。
【数６】
Figure 0003938323
この（ａ６）式より，ψbは次の（ａ７）式により求めることができる。
【数７】
Figure 0003938323
（ａ５）式及び（ａ７）式により，前記低検出量ラインＬlowの交点Ｏ１の位置情報から，前記散乱イオンのエネルギー，前記散乱イオンの散乱角度θの試料表面に垂直な方向の角度成分θb，同試料表面に平行な方向の角度成分ψbを求めることができる。従って，前記ビーム軸に対する前記試料の角度（即ち，前記ビーム軸が前記試料に入射する角度）を調節する所定の入射角調節手段（不図示）により，前記試料をψb方向の軸と前記ビーム軸とを含む面に沿った調節角度φ＝θbだけ傾斜させる（調節する）ことにより，前記ビーム軸と前記試料の結晶軸とを一致させることができる。
このように，前記ビーム軸Ｏと前記低検出量ラインＬlowの交点Ｏ１とのずれ（即ち，座標（ｘ，ｙ））に基づいて軸合わせを行うことができる。上述した前記散乱イオンの検出量分布に基づく前記試料の結晶軸の検出，及び前記入射角調節手段による調節角度の計算は，例えば，前記散乱イオン検出器８による検出量データを取り込むインターフェースを備えた計算機等（前記結晶軸検出手段の一例）により実行すればよい。
図１０は，上述した方法で前記試料の結晶軸と前記ビーム軸Ｏとを一致させたときの前記散乱イオン検出器８上におけるイオン検出量の分布を濃度分布（白抜きの部分が前記散乱イオンの検出量が低い部分）として表したものである。図１０に示すように前記低検出量ラインＬlowの交点Ｏ１と前記ビーム軸Ｏとが一致することがわかる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明した通り，本発明では，散乱イオン検出器側から試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた板状の可動板状スリットが，前記試料と弁別用スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置され，前記散乱イオン検出器側から試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた筒状の可動筒状スリットが，前記試料と前記可動板状スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置されるため，前記可動板状スリットと前記可動筒状スリットとの位置関係を適当に設定すれば，前記弁別用スリットを通過させる特定の収束回数の散乱イオンを除いた他の収束回数の散乱イオンを，前記可動板状スリットか前記可動筒状スリットにあてて，前記可動板状スリットより前記散乱イオン検出器側に到達するのを防止することができる。このため，好適にエネルギー分析を行うことが可能になる。
さらに，前記平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，前記可動筒状スリットの軸方向の長さＬｓを，例えば前記散乱イオン検出器と前記試料との間の距離Ｌに対し，１／６Ｌ＜Ｌｓ＜１／３Ｌの関係を満たすように定めれば，収束回数が１，２，３，５の散乱イオンを弁別することが可能となる。
【００１８】
また，前記散乱イオン検出器として，試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた２次元のイオン検出器を用いれば，１回の測定で広範囲のエネルギースペクトルを測定できるので，測定工数を大幅に縮減できるとともに，試料へのイオンビーム照射時間を短縮できるので，試料表面の汚染も最小限に抑えることができる。さらに，前記散乱イオン検出器の位置検出分解能を上げる（例えば，０．３３ｍｍ以下）ことにより，従来困難であった１ｋｅＶ以下の高分解能でエネルギーエネルギースペクトルを測定することが可能となる。
また，前記２次元のイオン検出器を用いることにより，Ｘ線源及びＸ線検出装置を設けたり，試料を回転させながら散乱イオン検出を長時間行う必要がなく，シンプルな構成で間便かつ短時間で，しかも試料表面の汚染を最小限に抑えながら試料の結晶軸を検出して該結晶軸とイオンビームとの軸合わせを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置の要部を説明するための図。
【図２】 収束回数が異なる散乱イオンの弁別を具体的に説明するための図。
【図３】 従来の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置の概略構成例を示す図。
【図４】 散乱イオン検出器の簡略的な外観の一例を示す図。
【図５】 収束回数が異なる散乱イオンの描く軌道を示す図。
【図６】 散乱イオンのエネルギーと散乱イオン検出器の中心からの距離との関係を収束回数の異なる散乱イオン毎に示す図。
【図７】 散乱イオン検出器に２次元のイオン検出器を用いた平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置の概略構成及び散乱イオン検出器上におけるイオン検出量の分布を表す図。
【図８】 イオンビームのビーム軸方向から見た試料表面からの散乱イオンの散乱角度を表す図。
【図９】 イオンビームのビーム軸方向から見た散乱イオンの散乱角度と散乱イオンが検出器に到達した位置の角度との差を表した図。
【図１０】 試料の結晶軸とイオンビームのビーム軸とを一致させたときの散乱イオン検出器上におけるイオン検出量の分布を表す図。
【符号の説明】
２…イオンビーム
４…試料
６…電磁石
７…アイリス型スリット（アパーチャ）
８…散乱イオン検出器
９…円盤型スリット
１０…円筒型スリット
９１，１０１…開口
Ｏ…イオンビームのビーム軸
８ａ…散乱イオン検出器上におけるイオン検出量の分布（濃度分布）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer that converges scattered ions backscattered by a sample with a high-medium energy ion beam incident on a beam axis using a magnetic field parallel to the ion beam. .
[0002]
[Prior art]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-190963 (Patent Publication 1) discloses a method in which scattered ions back-scattered by a sample on which a high-medium energy ion beam is incident are converged on a beam axis using a magnetic field parallel to the ion beam. A magnetic field type Rutherford backscattering analyzer is described. FIG. 3 shows a schematic configuration of the Rutherford backscattering analyzer described in the publication.
As shown in FIG. 3, the helium ion beam 2 emitted from the ion source 1 fed with a high voltage of about 400 kV is accelerated by the voltage applied to the acceleration tube 3 while passing through the acceleration tube 3, and the sample 4 Head for. On the surface of the sample 4, the scattered ions 5 elastically scattered are bent in a trajectory by a magnetic field parallel to the beam axis of the ion beam 2 generated by the electromagnet 6 including the solenoid coil 61 and the magnet yoke 62, thereby performing a spiral motion. Draw a trajectory that repeatedly touches (converges) the beam axis.
An iris-type slit 7 (aperture) is arranged so that the scattered ion 5 having a specific energy and scattering angle passes through the ion beam 2 at a position where it converges on the beam axis. Only the scattered ions 5 having the following energy are discriminated, and the scattered ions 5 that diverge again are detected by a two-dimensional scattered ion detector 8 to obtain an energy spectrum. Based on the energy spectrum thus obtained, identification of the component elements of the sample 4 and composition analysis in the depth direction (ion channeling analysis) can be performed.
For the scattered ion detector 8, for example, a microchannel plate in which a large number of fine detection tubes are arranged two-dimensionally can be used. A simplified appearance of the scattered ion detector 8 is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the scattered ion detector 8 has a donut shape with a small opening 81 for allowing the ion beam 2 to pass through at the center thereof. It is possible to measure the position of the scattered ions 5 that have passed through the slit 7 by means of fine detector tubes that are arranged two-dimensionally on the surface of the scattered ion detector 8.
The scattered ions 5 having the same scattering angle and the same energy scattered from the surface of the sample 4 once converge at the position of the slit 7, diverge again, and enter the position of the distance R from the center of the detector.
In order for the scattered ions 5 having different energies to converge at the position of the slit 7, the scattering angle is different, so that the energy can be determined by the distance R.
At this time, by changing the magnetic field intensity for each energy of the scattered ions 5 to be measured, or by changing the distance between the sample 4 and the scattered ion detector 8 or the slit 7 while keeping the magnetic field intensity constant, the scattered ions are changed. The scattered ions 5 detected by the detector 8, that is, the scattered ions 5 passing through the slit 7 are selected for each energy, and the energy spectrum of the scattered ions 5 is measured.
[0003]
On the other hand, in the channeling measurement of the scattered ions 5 by the Rutherford backscattering analyzer, it is necessary to detect the crystal axis of the sample 4 before the measurement and align the crystal axis with the beam axis of the ion beam 2. .
Conventionally, as a method for detecting the crystal axis of the sample 4, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-346212 (Publication 2), the method for detecting the crystal axis of the sample 4 using X-ray reflection, As shown in paragraphs 0006 to 0007 of the publication 2, as the prior art, the scattered ions 5 are detected at each rotational position while rotating the sample 4, and the crystal of the sample 4 is crystallized based on the detected amount of the scattered ions 5 detected. There is a method for detecting an axis.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the configuration shown in FIG. 3, as shown in FIG. 5, scattered ions 51, 52, 53, 54,... Having different convergence times pass through the slit 7.
Reference numeral 51 denotes a scattered ion trajectory with one convergence, reference numeral 52 denotes a scattered ion trajectory with two convergences, reference numeral 53 denotes a scattered ion trajectory with three convergences, and reference numeral 54 denotes a scattered ion trajectory. Each represents the trajectory of the scattered ions having a convergence number of four. Of course, there are scattered ions having a convergence frequency of 5 times or more, which are not shown in FIG. Arrow B is the direction of the magnetic field.
When scattered ions having different convergence times pass through the slit 7, eventually scattered ions having different energies enter the scattered ion detector 8. For example, as shown in FIG. 6, ions having scattering energy of 400, 100, 50, and 30 keV are incident on the scattered ions 51, 52, 53, and 54 on a concentric circle of 75 mm from the center of the scattered ion detector 8. As a result, energy analysis became difficult.
[0005]
In the method of measuring the energy spectrum of the scattered ions 5 by changing the magnetic field strength or the positional relationship between the sample 4, the scattered ion detector 8, and the slit 7, stabilization after changing the magnetic field strength and the sample There is a problem that it takes time and labor to position 4 or the like. Furthermore, there is a problem that it is difficult to measure the energy spectrum of the scattered ions 5 with high resolution due to restrictions on the accuracy of changing the magnetic field strength and the positioning accuracy of the sample 4 and the like.
For example, the scattered ions 5 are He + In the case of ions, He is removed from the sample 4 surface. + A distance L (that is, a distance between the sample 4 and the slit 7) to a position where the ions are in contact with the beam axis (z axis) is expressed by the following equation (a1).
[Expression 1]
Figure 0003938323
Where m is the mass of the scattered ion 5, qe is the charge of the scattered ion, ω c Is the cyclotron frequency, v is the ion velocity, θ is the scattering angle of the scattered ions 5, E is the energy of the scattered ions 5, and B is the magnetic field strength (the same applies hereinafter).
Where He has the same scattering angle. + In order to select ions of 300 keV and ions of 299 keV (energy resolution ΔE / E = 0.3%), for example, when detecting an energy spectrum with a magnetic field intensity B of about 2 Tesla, a necessary magnetic field is required. The amount of change in strength B is as small as 33.4gauss (= 2-2 × √ (299/300) [Tesla]), and it is difficult to stably control such a small change in magnetic field strength B. .
When the distance between the sample 4 to the slit 7 to the scattered ion detector 8 is changed, the following equation (a2) is considered.
[Expression 2]
Figure 0003938323
Where t is the elapsed time until the scattered ions 5 reach the scattered ion detector 8 after being scattered on the surface of the sample 4, and x, y, and z are positions where the scattered ions 5 have reached the scattered ion detector 8. Is a coordinate representing the beam axis as the z-axis (ie, z = L), and r represents the distance from the z-axis (beam axis) at the position where the scattered ions 5 have reached the scattered ion detector 8 (the same applies hereinafter). ). Here, if the scattered ion detector 8 has an annular shape as shown in the publication 1, and r is constant, the time t is expressed by the following equation (a3).
[Equation 3]
Figure 0003938323
Substituting this equation (a3) into the equation z in equation (a2) yields the following equation (a4).
[Expression 4]
Figure 0003938323
Further, since the scattered ions are in contact with the z-axis (beam axis O) at the position of the slit 7, if the time until the scattered ions reach the scattered ion detector 8 after passing through the slit 7 is assumed to be t1. , L = v cos θ · t1 and substituting it into the expression r in the expression (a2) leads to the following expression (a5).
[Equation 5]
Figure 0003938323
Here, L∝v, and if the distance L is changed, the v of the scattered ions converging at the distance L is also different. Therefore, the distance l between the slit 7 and the scattered ion detector 8 must also be changed. I understand that. For example, He with the same scattering angle of 45 ° + In order to select ions of 300 keV and 299 keV, it is necessary to change L by 0.584 mm, but the amount of change of l at that time is as small as 0.145 mm. Furthermore, the amount of change in the distances L and l varies depending on the velocity v of the scattered ions 5 (the amounts of change in L and l for selecting 299 keV and 298 keV are 0.594 mm and 0.173 mm, respectively). Is difficult to control stably.
[0006]
In addition, in the sample crystal axis detection method disclosed in the publication 2, an X-ray source and an X-ray detector are required, and the installation position of the X-ray source and the X-ray detector can be changed depending on the crystal orientation. Therefore, there is a problem that the apparatus is increased in size and cost. In addition, when measuring the crystal axis, it is necessary to adjust the axis while monitoring the X-rays, and there is a problem that this axis alignment takes time. Also, in the method described as the prior art in the publication 2, as shown in the publication 2, it takes much time to detect the scattered ions while rotating the sample by 360 °, and the scattering for axial alignment. During ion detection, there was a problem that the sample surface was contaminated by constantly irradiating the ion beam.
[0007]
Therefore, the present invention improves the parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer to solve such problems in the prior art and can move in parallel with the ion beam between the sample and the slit for energy discrimination. A plate-shaped movable plate-shaped slit provided with an aperture through which an ion beam incident on the sample passes from the scattered ion detector side, and the ion beam between the sample and the movable plate-shaped slit. Scattering with different convergence times is provided by including a cylindrical movable cylindrical slit that is arranged so as to be movable in parallel and has an aperture through which an ion beam incident on the sample passes from the scattered ion detector side. Distinguish ions, perform energy analysis suitably, easily perform energy spectrum measurement at high resolution, and contaminate samples Provided is a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer capable of detecting a crystal axis of a sample and aligning the crystal axis with an ion beam without any trouble, and a method for detecting a crystal axis of a sample in the apparatus It is intended to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a scattered ion detector for detecting scattered ions back-scattered by a sample incident with an ion beam, and a magnetic field parallel to the ion beam from at least the sample. Magnetic field generating means for generating over the scattered ion detector, and disposed at a predetermined position with respect to the scattered ion detector between the sample and the scattered ion detector, and from the scattered ion detector side Passing the ion beam incident on the sample and passing the scattered ions having specific energy and scattering angle converged on the beam axis of the ion beam to the scattered ion detector side by the magnetic field of the magnetic field generating means. A parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer comprising a plate-shaped discriminating slit having a plurality of openings. And a plate-shaped movable plate having an opening through which the ion beam incident on the sample passes from the scattered ion detector side is arranged between the discrimination slit and the ion beam. The slit is arranged between the sample and the movable plate slit so as to be movable in parallel with the ion beam, and has an opening through which the ion beam incident on the sample passes from the scattered ion detector side. A parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer characterized by comprising a cylindrical movable cylindrical slit.
In the present invention, a plate-like movable plate-shaped slit having an aperture through which an ion beam incident on the sample passes from the scattered ion detector side moves in parallel with the ion beam between the sample and the discrimination slit. A cylindrical movable cylindrical slit having an opening that allows an ion beam incident on the sample from the scattered ion detector side to pass between the sample and the movable plate slit. It is arranged so that it can move in parallel. If the positional relationship between the movable plate slit and the movable cylindrical slit is set appropriately, the scattered ions having a different number of convergence times except for the scattered ions having a specific number of convergence times that pass through the discrimination slit are allowed to move. The plate-like slit or the movable cylindrical slit can be prevented from reaching the scattered ion detector side from the movable plate-like slit. For this reason, it becomes possible to perform an energy analysis suitably.
In the parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer, the axial length Ls of the movable cylindrical slit is, for example, 1 / 6L <Ls <1 / 3L with respect to the distance L between the discrimination slit and the sample. It is determined to satisfy the relationship.
Furthermore, if the scattered ion detector is a two-dimensional ion detector, that is, can detect the detection position of the scattered ions on the detection surface of the scattered ion detector, the scattered ion detector It is also conceivable to include an energy spectrum measuring means for measuring the energy spectrum of the scattered ions based on the detected position of the scattered ions detected.
As a result, the scattered ions having different detection positions (specifically, the distance from the beam axis of the ion beam) can be detected at the same time for each stored energy. Therefore, the magnetic field generating means is provided for each energy of the scattered ions to be measured. The energy spectrum of the scattered ions can be measured by one measurement without having to change the magnetic field strength due to or the distance between the sample, the discrimination slit, and the scattered ion detector. As the two-dimensional ion detector, for example, a microchannel plate in which a large number of fine detection tubes are arranged two-dimensionally, or a plurality of one-dimensional (linear) ion detectors are considered.
[0009]
And a scattered ion detector for detecting scattered ions back-scattered by the sample on which the ion beam is incident, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field parallel to the ion beam from at least the sample to the scattered ion detector. And the ion beam that is disposed at a predetermined position with respect to the scattered ion detector between the sample and the scattered ion detector and that is incident on the sample from the scattered ion detector side. A plate-shaped discriminating slit having an opening for allowing the scattered ions having a specific energy and a scattering angle converged on the beam axis of the ion beam to the scattered ion detector side by the magnetic field of the magnetic field generating means In the parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer, the scattered ion detector is a two-dimensional ion. That it is configured as a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analysis apparatus, characterized in that the output device is also conceivable.
Thus, as described above, since the scattered ions having different detection positions for each stored energy can be detected simultaneously, the energy of the scattered ions is determined based on the detection position of the scattered ions detected by the scattered ion detector. If energy spectrum measuring means for measuring the spectrum is provided, the energy spectrum of the scattered ions can be measured by one measurement.
[0010]
It is also conceivable to include a crystal axis detecting means for detecting the crystal axis of the sample based on the detection amount distribution of the scattered ions detected by the scattered ion detector.
In this case, the crystal axis detection means detects a plurality of strip-like low detection amount regions formed in a portion where the detection amount of the scattered ions is relatively low, and the crystal of the sample is based on the low detection amount region. An axis can be detected, and the crystal axis detecting means can further include a center position of a portion where the plurality of low detection amount regions intersect with each other and a beam axis of the ion beam passing through the scattered ion detector. One that detects the crystal axis of the sample based on the deviation can be considered.
This is because the detected amount of the scattered ions scattered in the direction along the crystal plane of the sample is relatively low due to a so-called blocking phenomenon in which ion scattering is blocked by the component atoms of the sample. From the detected amount distribution, a plurality of crystal plane directions and crystal axes that are axes where the crystal planes intersect are detected (specified). Thereby, the X-ray source or the like is not required, and the crystal axis of the sample can be detected by detecting the scattered ions once.
Further, if an incident angle adjusting means is provided for adjusting the angle at which the beam axis of the ion beam is incident on the sample based on the detection result of the crystal axis detecting means, the beam axis and the crystal axis of the sample coincide with each other. It becomes possible to make it.
Further, the present invention is understood as a method for measuring the energy spectrum of scattered ions using the parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer having the scattered ion detector which is a two-dimensional ion detector, or a method for detecting the crystal axis of a sample. It may be.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention. The following embodiments are specific examples of the present invention, and do not limit the technical scope of the present invention. FIG. 1 is a diagram for explaining a main part of the parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer according to the embodiment of the present invention.
The basic configuration of the parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer according to the embodiment of the present invention is the same as that of the conventional parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer.
1 shows an ion magnet 2, a sample 4, and an electromagnet (specific example of magnetic field generating means) 6, an iris type slit (discrimination slit) similar to a conventional parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer. Specific example) 7 and the scattered ion detector 8, and the characteristic configuration of the parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer according to the embodiment of the present invention.
The scattered ion detector 8 is for detecting scattered ions back-scattered by the sample 4 on which the ion beam 2 is incident, and the electromagnet 7 is arranged in the direction of arrow B parallel to the ion beam 2. A facing magnetic field is generated from at least the sample 4 to the scattered ion detector 8. Further, the iris-type slit 7 is disposed at a predetermined position with respect to the scattered ion detector 8 between the sample 4 and the scattered ion detector 8, and from the scattered ion detector 8 side, While passing the ion beam 2 incident on the sample 4, the scattered ions having a specific energy and a scattering angle converged on the beam axis of the ion beam 2 by the magnetic field of the electromagnet 6 are moved to the scattered ion detector 8 side. It is a disk-shaped thing provided with the opening 71 for making it pass.
(Discrimination of scattered ions with different convergence times)
The parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer according to the embodiment of the present invention is characterized in that it can move in parallel with the ion beam 2 between the sample 4 and the iris slit 7. And a disk-shaped disk-shaped slit (specific example of a movable plate-shaped slit) 9 having an opening 91 through which the ion beam 2 incident on the sample 4 from the scattered ion detector 8 side passes, and the sample 4 And an opening 101 through which the ion beam 2 incident on the sample 4 from the side of the scattered ion detector 8 passes is arranged so as to be movable in parallel with the ion beam 2. And a cylindrical cylindrical slit (a specific example of a movable cylindrical slit) 10.
[0012]
Hereinafter, the details of the parallel magnetic field type Rutherford gazette scattering analyzer according to the embodiment of the present invention will be described.
In general, in a uniform parallel magnetic field, charged particles generated from minute points always converge on an axis parallel to the magnetic field.
In other words, in the parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer, in the magnetic field generated by the electromagnet 6 and directed in the direction of the uniform and parallel arrow B, the ion beam 2 parallel to the magnetic field is incident on the sample 4 incident thereon. The scattered ions thus scattered always converge on the beam axis of the ion beam 2.
Furthermore, when the distance between the sample 4 and the iris slit 7 is represented by L, the scattered ions passing through the opening 71 of the iris slit 7 are separated by an interval (L / N, Where N is an integer) and converges with respect to the beam axis. The integer N is the number of convergence times.
Some of the many scattered ions having different convergence times N collide with the cylindrical slit 10. When the length of the cylindrical slit 10 in the axial direction is expressed by Ls, scattered ions having a convergence period of N times or more satisfying the following formula (1) always collide with the cylindrical slit 10 because the convergence period is short. The iris-type slit 7 is not reached.
Ls> L / N (1)
For example, if the length Ls in the axial direction of the cylindrical slit 10 is determined so as to satisfy the following expression (2), all scattered ions that converge six times or more can be eliminated.
L / 6 <Ls <L / 3 (2)
Further, when the number of times of convergence is an even number, the scattered ions always converge at a position corresponding to the center between the sample 4 and the iris slit 7. For this reason, if the cylindrical slit 10 is arranged at the center between the sample 4 and the iris slit 7, the cylindrical slit 10 is caused to collide with scattered ions having an even number of times of convergence, and Reaching the iris slit 7 can be prevented.
Further, if the disk-type slit 9 is arranged on the sample 4 side from the position closest to the iris-type slit 7 to the point where the ion with one convergence does not pass through the opening 91, the scattered ion with one convergence is obtained. Can be made to collide with the disk-type slit 9 to prevent it from reaching the iris-type slit 7.
After all, when the cylindrical slit 10 that satisfies the above equation (2) is used, the number of convergence times is 1, 2 by appropriately determining the positional relationship between the cylindrical slit 10 and the iris slit 7. , 3 and 5 can be discriminated.
[0013]
In order to specifically explain that the discrimination is possible, FIG. 2 shows three examples of the positional relationship between the cylindrical slit and the disc-shaped slit. As in FIG. 5, reference numeral 51 in FIG. 2 denotes a scattered ion trajectory with one convergence, reference numeral 52 denotes a scattered ion trajectory with two convergences, and reference numeral 53 denotes a scattering with three convergences. The ion trajectory 54 represents a scattered ion trajectory having a convergence number of four.
If the cylindrical slit 10 satisfies the above formula (2), the scattered ions having a convergence number of 6 or more collide with the cylindrical slit 10 and do not reach the iris slit 7. Hereinafter, only scattered ions having a convergence frequency of 5 or less are considered.
For example, in the example of FIG. 2A, the tip 102 of the cylindrical slit 10 is disposed slightly on the sample 4 side from the position corresponding to the center between the sample 4 and the iris slit 7. Further, the disk-type slit 9 is retracted to the nearest position of the iris-type slit 7.
In this arrangement, since the cylindrical slit 10 blocks the center position between the sample 4 and the iris slit 7, the scattered ions 52 and 54 having an even number of times of convergence collide with the cylindrical slit 10. .
Further, when the number of times of convergence of the scattered ions 5 is 3, it converges at a position of L / 6 from a position corresponding to the center between the sample 4 and the iris type slit 7. Since the axial length Ls of the cylindrical slit 10 is larger than L / 6, in the arrangement of the cylindrical slit 10 in FIG. 2A, the scattered ions 53 having the number of convergences of 3 also collide with the cylindrical slit 10. The trajectory when the number of times of convergence of the scattered ions 5 is not shown in FIG. 2, but is the center between the position where the scattered ions of the number of convergence 5 converge and the sample 4 and the iris-type slit 7. Since the distance to the position is smaller than that of the scattered ion 53 having a convergence number of 3, the scattered ions having a convergence number of 5 also collide with the cylindrical slit 10.
To summarize the example of FIG. 2A, the cylindrical slit 10 prevents all scattered ions having a convergence number of two or more. At this time, if the disk-type slit 9 is retracted in the immediate vicinity of the iris-type slit 7, the scattered ions 51 having one convergence pass through the opening 91 of the disk-type slit 9 and only the scattered ions 51 are passed. Reaches the iris slit 7. That is, in the example of FIG. 2A, only the scattered ions 51 with one convergence are discriminated.
Further, in the example of FIG. 2B, the rear end 103 of the cylindrical slit 10 is arranged on the sample 4 side so as not to block the position corresponding to the center between the sample 4 and the iris slit 7. Has been. The disk-type slit 9 is disposed at a position corresponding to the center between the sample 4 and the iris-type slit 7.
In this arrangement, the scattered ions 51 having one convergence time collide with the disk-type slit 9 and do not reach the iris-type slit 7.
Further, the scattered ions having the convergence times of 3, 4, and 5 collide with the cylindrical slit 10 and do not reach the iris slit 7.
In the example of FIG. 2B, scattered ions having a convergence frequency of 1 are blocked by the disk-shaped slit 9, and scattered ions having a convergence frequency of 3, 4, and 5 are blocked by the cylindrical slit 10. . At this time, only the scattered ions 52 having two convergence times do not collide with the cylindrical slit 10 and pass through the opening 91 of the disk-shaped slit 9. That is, in the example of FIG. 2 (a), only the scattered ions 52 having two convergence times are discriminated.
In the example of FIG. 2C, the center position of the cylindrical slit 10 is arranged at a position corresponding to the center between the sample 4 and the iris slit 7. Further, the disk-type slit 9 is disposed at a position on the sample 4 side, which is away from the immediate vicinity of the iris-type slit 7.
In this arrangement, the scattered ions 51 having one convergence time collide with the disk-type slit 9 and do not reach the iris-type slit 7.
Further, since the cylindrical slit 10 blocks a position corresponding to the center between the sample 4 and the iris slit 7, the scattered ions 52 and 54 having an even number of times of convergence collide with the cylindrical slit 10.
Further, the scattered ions 53 having a convergence number of 3 do not collide with the cylindrical slit 10 because the axial length Ls of the cylindrical slit 10 is smaller than L / 3.
Further, the scattered ion having the number of convergences of 5 is closer to the center position between the sample 4 and the iris slit 7 than the scattered ion 53, and the axial length Ls of the cylindrical slit 10 is closer to the center. Depending on the situation. If the axial length Ls of the cylindrical slit 10 is smaller than L / 5, the scattered ions having the number of convergences of 5 do not collide.
At this time, if the disc-shaped slit 9 is arranged so that either the scattered ions 53 with the convergence frequency of 3 or the scattered ions with the convergence frequency of 5 pass through the opening 91, the other is in the disc-shaped slit 9. Since they collide, it is possible to discriminate scattered ions having a convergence frequency of 3 or 5.
As described above, in the parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer according to the embodiment of the present invention, the disk-shaped slit provided with the aperture through which the ion beam incident on the sample from the scattered ion detector side passes is provided between the sample and the iris. A cylindrical slit having an opening through which an ion beam incident on the sample passes from the scattered ion detector side is arranged between the sample slit and the cylinder. It is arranged so that it can move in parallel with the ion beam, and the axial length Ls of the cylindrical slit is relative to the distance L between the scattered ion detector and the sample. , 1 / 6L <Ls <1 / 3L, the scattered ions having 1, 2, 3, and 5 convergence times can be discriminated. As a result, energy analysis can be suitably performed.
The above embodiment is a preferred example, and the movable plate-like slit and the movable cylindrical slit in the present invention are not limited to the configuration of the disk-type slit and the cylindrical-type slit, respectively.
[0014]
(Measurement of energy spectrum of scattered ions)
Next, a method for selecting (sorting) the scattered ions when the scattered ion detector 8 is a two-dimensional ion detector having an opening that allows the ion beam 2 to pass through at the center will be described.
When a two-dimensional ion detector is used as the scattered ion detector 8, it is necessary to change the magnetic field intensity by the electromagnet 6 and the distance between the sample 4 to the slit 7 to the scattered ion detector 8. Absent. This will be described below.
The distance r from the beam axis of the ion beam 2 at the position where the scattered ions reach the scattered ion detector 8 is expressed by the above-described equation (a5).
Here, r is calculated from the position (x, y) (z axis = beam axis) of ions detected by the scattered ion detector 8 which is a two-dimensional ion detector, and r = √ (x 2 + Y 2 Therefore, if r is obtained, the energy of the scattered ions that have reached the position (position where the distance from the beam axis is r) can be obtained from equation (a5). And, for example, He with the same scattering angle + In order to select ions (energy resolution ΔE / E = 0.3%) between 300 keV ions and 299 keV ions under a magnetic field strength of about 2 Tesla, the position detection resolution of the scattered ion detector 8 (for example, , The interval between the fine detection tubes in the microchannel plate) is about 0.33 mm, and it is easy to construct a two-dimensional ion detector having such a position detection resolution. Temporarily, the distance L between the sample 4 and the slit 7 is 350 mm, the distance l between the slit 7 and the scattered ion detector 8 is 120 mm, the magnetic field strength B is 2 Tesla, and the detection range of the scattered ion detector 8. Is 100 mm and the position detection resolution is 0.33 mm, the scattering He in the range of 150 keV to 300 keV with the energy resolution ΔE / E of 1 keV or less. + It becomes possible to measure ions at a time, and conventionally, data obtained by requiring 150 measurements can be obtained by one measurement. This saves time and effort for changing the magnetic field strength and the positional relationship of the sample 4, etc., shortens the ion irradiation time on the sample, and minimizes contamination of the sample surface. Furthermore, the position detection resolution of the two-dimensional scattered ion detector 8 such as the microchannel plate can be made smaller than 0.33 mm, and an energy resolution of 1 keV or less, which was difficult with the conventional method, is obtained. It is also possible. The calculation of energy based on the detection position of the scattered ions (that is, measurement of the energy spectrum) described above is performed by, for example, a computer equipped with an interface for importing detection amount data by the scattered ion detector 8 (of the energy spectrum measurement means). For example).
[0015]
(Sample crystal axis detection and alignment)
Next, as the scattered ion detector 8, when the secondary ion detector having an opening through which the ion beam 2 passes is used at the center, the crystal axis detection of the sample 4 and the crystal axis and the ion are detected. The alignment of the beam 2 with the beam axis will be described.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer using a two-dimensional ion detector for the scattered ion detector 8 and a distribution of ion detection amounts on the scattered ion detector 8. .
When the beam axis of the ion beam 2 is not coincident (displaced) with the crystal axis of the sample 4, the crystal plane of the sample 4 is caused by a so-called blocking phenomenon in which ion scattering is blocked by component atoms of the sample 4. The detection amount of the scattered ions scattered in the direction along the line becomes low. Therefore, for example, when the beam axis of the ion beam 2 is slightly deviated from the <111> axis of the sample 4, the distribution of the detected amount of the scattered ions detected by the scattered ion detector 8 is a concentration distribution. As shown in FIG. 7 (8a), when the white portion is shown as a portion where the amount of scattered ions detected is low, the portion where the amount of detected scattered ions is relatively low (including detection amount = 0). ) Formed in a plurality of belt-like low detection amount regions (hereinafter referred to as low detection amount lines Llow). As a method for specifying the low detection amount line Llow, for example, a method in which a portion having a predetermined ratio or less with respect to the entire average ion detection amount is used as the low detection amount line Llow can be considered. Since each of the low detection amount lines Llow corresponds to each crystal plane of the sample 4, the beam axis O of the ion beam 2 and the center position O1 (intersection) of the portion where the low detection amount line Llow intersects each other. The deviation represents the deviation between the beam axis O and the crystal axis (<111> axis) of the sample 4. Accordingly, by detecting the distribution of the scattered ions only once before the measurement of the sample 4, if the deviation (relative positional relationship) between the beam axis O and the intersection O1 of the low detection amount line Llow is known, The beam axis O and the crystal axis of the sample 4 can be matched (aligned) by adjusting the angle at which the ion beam 2 is incident on the sample 4 by the amount of deviation.
[0016]
Hereinafter, an axis alignment method based on the deviation between the beam axis O and the intersection O1 of the low detection amount line Llow will be described.
First, the distance r between the position (x, y) (where the beam axis O is the z axis) where the scattered ions are detected on the scattered ion detector 8 and the beam axis O is as described above (a4 ) Expression.
Further, the angle in the detection surface (xy plane) direction of the scattered ion detector 8 (that is, the angle when viewed from the beam axis O direction as shown in FIG. 9) is ψ (see FIG. 8), Ψ = ψ of the detection position (x, y) b ′, The angle component ψ in the direction parallel to the detection surface of the scattered ion detector 8 of the scattering angle θ of the scattered ions b Is obtained as follows.
Similarly to the above-described expression (a5), if the time taken for the scattered ions to reach the scattered ion detector 8 after passing through the slit 7 is t1, it is expressed as l = v cos θ · t1. Therefore, if this is substituted into the expressions x and y in the expression (a2), ψb and ψ b 'Difference of Δψ b The following equation (a6) relating to (see FIG. 9) is derived.
[Formula 6]
Figure 0003938323
From this equation (a6), ψ b Can be obtained by the following equation (a7).
[Expression 7]
Figure 0003938323
From the position information of the intersection point O1 of the low detection amount line Llow, the angle component θ in the direction perpendicular to the sample surface of the scattered ion energy and the scattering angle θ of the scattered ions is obtained from the equations (a5) and (a7). b , Angle component ψ in the direction parallel to the sample surface b Can be requested. Therefore, the sample is ψ by a predetermined incident angle adjusting means (not shown) for adjusting the angle of the sample with respect to the beam axis (that is, the angle at which the beam axis is incident on the sample). b Adjustment angle φ = θ along the plane containing the direction axis and the beam axis b By tilting (adjusting) only, the beam axis and the crystal axis of the sample can be matched.
Thus, the axis alignment can be performed based on the deviation (that is, the coordinates (x, y)) between the beam axis O and the intersection O1 of the low detection amount line Llow. The above-described detection of the crystal axis of the sample based on the detection amount distribution of the scattered ions and the calculation of the adjustment angle by the incident angle adjusting means include, for example, an interface for capturing detection amount data by the scattered ion detector 8. What is necessary is just to perform by a computer etc. (an example of the said crystal axis detection means).
FIG. 10 shows the concentration distribution of the ion detection amount on the scattered ion detector 8 when the crystal axis of the sample and the beam axis O coincide with each other by the method described above (the white portion indicates the scattered ion). This is expressed as a portion having a low detection amount. As shown in FIG. 10, it can be seen that the intersection point O1 of the low detection amount line Llow and the beam axis O coincide with each other.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a plate-shaped movable plate-shaped slit having an aperture through which an ion beam incident on the sample from the scattered ion detector side passes is provided between the sample and the discrimination slit. A cylindrical movable cylindrical slit provided with an aperture through which an ion beam incident on the sample from the scattered ion detector side passes, and is arranged between the sample and the movable plate slit. Since it is arranged so that it can move in parallel with the ion beam, if the positional relationship between the movable plate slit and the movable cylindrical slit is set appropriately, a specific convergence that allows the discrimination slit to pass through Scattered ions other than the number of scattered ions are applied to the movable plate slit or the movable cylindrical slit, and the scattered ion detection is performed from the movable plate slit. It can be prevented from reaching the side. For this reason, it becomes possible to perform an energy analysis suitably.
Furthermore, in the parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer, the axial length Ls of the movable cylindrical slit is set to, for example, 1 / 6L <Ls with respect to the distance L between the scattered ion detector and the sample. If it is determined so as to satisfy the relationship <1 / 3L, it becomes possible to discriminate scattered ions having 1, 2, 3, and 5 convergence times.
[0018]
In addition, if a two-dimensional ion detector having an aperture through which an ion beam incident on the sample passes is used as the scattered ion detector, a wide range of energy spectrum can be measured in one measurement, greatly increasing the number of measurement steps. In addition to shortening the ion beam irradiation time to the sample, contamination of the sample surface can be minimized. Furthermore, by increasing the position detection resolution of the scattered ion detector (for example, 0.33 mm or less), it becomes possible to measure an energy energy spectrum with a high resolution of 1 keV or less, which has been difficult in the past.
In addition, by using the two-dimensional ion detector, there is no need to provide an X-ray source and an X-ray detector, or to perform scattered ion detection for a long time while rotating the sample. It is possible to detect the crystal axis of the sample and minimize the contamination of the sample surface in time and to align the crystal axis with the ion beam.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a main part of a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for specifically explaining discrimination of scattered ions having different convergence times.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration example of a conventional parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a simple appearance of a scattered ion detector.
FIG. 5 is a diagram showing trajectories drawn by scattered ions having different convergence times.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the energy of scattered ions and the distance from the center of the scattered ion detector for each scattered ion having a different number of convergences.
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer using a two-dimensional ion detector as a scattered ion detector and a distribution of ion detection amounts on the scattered ion detector.
FIG. 8 is a diagram showing the scattering angle of scattered ions from the sample surface as seen from the beam axis direction of the ion beam.
FIG. 9 is a diagram showing the difference between the scattering angle of scattered ions as seen from the beam axis direction of the ion beam and the angle at which the scattered ions reach the detector.
FIG. 10 is a diagram showing a distribution of ion detection amounts on a scattered ion detector when a crystal axis of a sample is coincident with a beam axis of an ion beam.
[Explanation of symbols]
2 ... Ion beam
4 ... Sample
6 ... Electromagnet
7 ... Iris type slit (aperture)
8 ... Scattered ion detector
9 ... Disc type slit
10 ... Cylindrical slit
91, 101 ... opening
O ... Beam axis of ion beam
8a: Distribution of ion detection amount (concentration distribution) on the scattered ion detector

Claims (13)

イオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを検出するための散乱イオン検出器と，前記イオンビームと平行な磁場を少なくとも前記試料から前記散乱イオン検出器にかけて発生させる磁場発生手段と，前記試料と前記散乱イオン検出器との間の前記散乱イオン検出器に対して予め定められた位置に配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に収束した特定のエネルギーと散乱角を有する前記散乱イオンを前記散乱イオン検出器側に通過させるための開口を備えた板状の弁別用スリットと，を具備してなる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，
前記試料と前記弁別用スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた板状の可動板状スリットと，
前記試料と前記可動板状スリットとの間に前記イオンビームと平行に移動し得るように配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射するイオンビームを通過させる開口を備えた筒状の可動筒状スリットと，
を具備してなることを特徴とする平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。A scattered ion detector for detecting scattered ions back-scattered by a sample incident with an ion beam, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field parallel to the ion beam from at least the sample to the scattered ion detector; The ion beam is disposed at a predetermined position with respect to the scattered ion detector between the sample and the scattered ion detector, passes the ion beam incident on the sample from the scattered ion detector side, and A plate-shaped discrimination slit having an opening for allowing the scattered ions having a specific energy and a scattering angle converged on the beam axis of the ion beam by the magnetic field of the magnetic field generating means to pass to the scattered ion detector; In a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer comprising:
A plate-like movable member disposed between the sample and the discrimination slit so as to be movable in parallel with the ion beam, and having an aperture through which the ion beam incident on the sample passes from the scattered ion detector side. A plate slit;
A cylindrical shape provided between the sample and the movable plate-shaped slit so as to be able to move in parallel with the ion beam, and having an aperture through which the ion beam incident on the sample passes from the scattered ion detector side. A movable cylindrical slit;
A parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer characterized by comprising: 前記可動筒状スリットの軸方向の長さＬｓが，前記弁別用スリットと前記試料との間の距離Ｌに対し，１／６Ｌ＜Ｌｓ＜１／３Ｌの関係を満たすように定められた請求項１記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。  The axial length Ls of the movable cylindrical slit is determined so as to satisfy a relationship of 1 / 6L <Ls <1 / 3L with respect to a distance L between the discrimination slit and the sample. 1. A parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer according to 1. 前記散乱イオン検出器が，２次元のイオン検出器である請求項１又は２のいずれかに記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。  3. The parallel magnetic field type Rutherford backscattering analysis apparatus according to claim 1, wherein the scattered ion detector is a two-dimensional ion detector. 前記散乱イオン検出器により検出された前記散乱イオンの検出位置に基づいて，前記散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するエネルギースペクトル測定手段を具備してなる請求項１〜３のいずれかに記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。  The parallel magnetic field according to any one of claims 1 to 3, further comprising energy spectrum measuring means for measuring an energy spectrum of the scattered ions based on a detection position of the scattered ions detected by the scattered ion detector. Type Rutherford backscattering analyzer. イオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを検出するための散乱イオン検出器と，前記イオンビームと平行な磁場を少なくとも前記試料から前記散乱イオン検出器にかけて発生させる磁場発生手段と，前記試料と前記散乱イオン検出器との間の前記散乱イオン検出器に対して予め定められた位置に配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に収束した特定のエネルギーと散乱角を有する前記散乱イオンを前記散乱イオン検出器側に通過させるための開口を備えた板状の弁別用スリットと，を具備してなる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，
前記散乱イオン検出器が，２次元のイオン検出器であることを特徴とする平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。A scattered ion detector for detecting scattered ions back-scattered by a sample incident with an ion beam, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field parallel to the ion beam from at least the sample to the scattered ion detector; The ion beam is disposed at a predetermined position with respect to the scattered ion detector between the sample and the scattered ion detector, passes the ion beam incident on the sample from the scattered ion detector side, and A plate-shaped discrimination slit having an opening for allowing the scattered ions having a specific energy and a scattering angle converged on the beam axis of the ion beam by the magnetic field of the magnetic field generating means to pass to the scattered ion detector; In a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer comprising:
A parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer characterized in that the scattered ion detector is a two-dimensional ion detector. 前記散乱イオン検出器により検出された前記散乱イオンの検出位置に基づいて，前記散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するエネルギースペクトル測定手段を具備してなる請求項５に記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。  6. The parallel magnetic field type Rutherford backscattering analysis according to claim 5, further comprising energy spectrum measuring means for measuring an energy spectrum of the scattered ions based on a detection position of the scattered ions detected by the scattered ion detector. apparatus. 前記散乱イオン検出器により検出される散乱イオンの検出量分布に基づいて前記試料の結晶軸を検出する結晶軸検出手段を具備してなる請求項５又は６のいずれかに記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。  7. A parallel magnetic field type Rutherford according to claim 5, further comprising crystal axis detecting means for detecting a crystal axis of the sample based on a detection amount distribution of scattered ions detected by the scattered ion detector. Backscatter analyzer. 前記結晶軸検出手段が，前記散乱イオンの検出量が相対的に低い部分で形成される複数の帯状の低検出量領域を検出し，該低検出量領域に基づいて前記試料の結晶軸を検出するものである請求項７に記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。  The crystal axis detecting means detects a plurality of band-like low detection amount regions formed in a portion where the detection amount of the scattered ions is relatively low, and detects the crystal axis of the sample based on the low detection amount region. The parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer according to claim 7. 前記結晶軸検出手段が，複数の前記低検出量領域が互いに交差する部分の中心位置と前記散乱イオン検出器を通過する前記イオンビームのビーム軸とのずれに基づいて前記試料の結晶軸を検出するものである請求項８に記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。  The crystal axis detecting means detects a crystal axis of the sample based on a deviation between a center position of a portion where the plurality of low detection amount regions intersect each other and a beam axis of the ion beam passing through the scattered ion detector. The parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer according to claim 8. 前記結晶軸検出手段の検出結果に基づいて，前記イオンビームのビーム軸が前記試料に入射する角度を調節する入射角調節手段を具備してなる請求項７〜９のいずれかに記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。  The parallel magnetic field according to claim 7, further comprising incident angle adjusting means for adjusting an angle at which a beam axis of the ion beam is incident on the sample based on a detection result of the crystal axis detecting means. Type Rutherford backscattering analyzer. イオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを検出するための散乱イオン検出器と，前記イオンビームと平行な磁場を少なくとも前記試料から前記散乱イオン検出器にかけて発生させる磁場発生手段と，前記試料と前記散乱イオン検出器との間の前記散乱イオン検出器に対して予め定められた位置に配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に収束した特定のエネルギーと散乱角を有する前記散乱イオンを前記散乱イオン検出器側に通過させるための開口を備えた板状の弁別用スリットと，を具備してなる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置を用いた散乱イオンのエネルギースペクトル測定方法であって，
２次元のイオン検出器である前記散乱イオン検出器により検出される散乱イオンの検出位置に基づいて，前記散乱イオンのエネルギースペクトルを測定してなることを特徴とする平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置を用いた散乱イオンのエネルギースペクトル測定方法。A scattered ion detector for detecting scattered ions back-scattered by a sample incident with an ion beam, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field parallel to the ion beam from at least the sample to the scattered ion detector; The ion beam is disposed at a predetermined position with respect to the scattered ion detector between the sample and the scattered ion detector, passes the ion beam incident on the sample from the scattered ion detector side, and A plate-shaped discrimination slit having an opening for allowing the scattered ions having a specific energy and a scattering angle converged on the beam axis of the ion beam by the magnetic field of the magnetic field generating means to pass to the scattered ion detector; A method for measuring the energy spectrum of scattered ions using a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer comprising: ,
A parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer characterized by measuring an energy spectrum of the scattered ions based on a detection position of the scattered ions detected by the scattered ion detector which is a two-dimensional ion detector. Method for measuring the energy spectrum of scattered ions using イオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを検出するための散乱イオン検出器と，前記イオンビームと平行な磁場を少なくとも前記試料から前記散乱イオン検出器にかけて発生させる磁場発生手段と，前記試料と前記散乱イオン検出器との間の前記散乱イオン検出器に対して予め定められた位置に配置され，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に収束した特定のエネルギーと散乱角を有する前記散乱イオンを前記散乱イオン検出器側に通過させるための開口を備えた板状の弁別用スリットと，を具備してなる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置を用いた試料の結晶軸検出方法であって，
２次のイオン検出器である前記散乱イオン検出器により検出される散乱イオンの検出量分布に基づいて，前記試料の結晶軸を検出してなることを特徴とする平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置を用いた試料の結晶軸検出方法。A scattered ion detector for detecting scattered ions back-scattered by a sample incident with an ion beam, and a magnetic field generating means for generating a magnetic field parallel to the ion beam from at least the sample to the scattered ion detector; The ion beam is disposed at a predetermined position with respect to the scattered ion detector between the sample and the scattered ion detector, passes the ion beam incident on the sample from the scattered ion detector side, and A plate-shaped discrimination slit having an opening for allowing the scattered ions having a specific energy and a scattering angle converged on the beam axis of the ion beam by the magnetic field of the magnetic field generating means to pass to the scattered ion detector; A method for detecting a crystal axis of a sample using a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer comprising:
A parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer characterized by detecting a crystal axis of the sample based on a detection amount distribution of scattered ions detected by the scattered ion detector which is a secondary ion detector. A method for detecting a crystal axis of a sample using the above. 前記散乱イオン検出器による前記散乱イオンの検出量が相対的に低い部分で形成される複数の帯状の低検出量領域が互いに交差する部分の中心位置と，前記散乱イオン検出器を通過する前記イオンビームのビーム軸と，のずれに基づいて前記試料の結晶軸を検出してなる請求項１２に記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置を用いた試料の結晶軸検出方法。  A center position of a portion where a plurality of band-like low detection amount regions formed in a portion where the detection amount of the scattered ions detected by the scattered ion detector is relatively low, and the ions passing through the scattering ion detector The method for detecting a crystal axis of a sample using a parallel magnetic field type Rutherford backscattering analyzer according to claim 12, wherein the crystal axis of the sample is detected based on a deviation from a beam axis of the beam.
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