JPH04206432A - イオン散乱分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は試料にイオンビームを照射し、試料から照射ビ
ームの入射側で照射ビームと同軸方向に散乱される粒子
をエネルギー分析する直衝突イオン散乱分光装置（Ｉｍ
ｐａｃｔ　Ｃｏｔｌｉｓｉｏｎ　Ｉｏｎ　Ｓｃａｕｅｒ
ｉｎｇ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；　　Ｉ　ＣＩ　Ｓ
　Ｓ　）に関する。

（従来の技術） ＩＣＩＳＳにおけるエネルギー分析方法としては飛行時
間型分析器が用いられる場合が多い。飛行時間型分析器
は試料から同時に散乱された粒子が検出器に到達するま
での時間差によってエネルギー分析を行うものなので、
粒子の荷電の有無に関係なしにエネルギー分析ができる
特徴がある。

所で試料にイオンを照射したとき、そのイオンの中には
電荷を持ったま＼散乱されるものと、電荷を試料に取ら
れて中１１粒子となって散乱されるものとがあり、飛行
時間型エネルギー分析器ではこの両種のイオンを合せた
全散乱粒子に対してエネルギー分析を行っていることに
なる。しかし試料により散乱される粒子で電荷を保有し
たま＼のものは試料の表面に配列している原子により散
乱されたものが多く、他方中性化した粒子は試料表面よ
り内部に進入し、試料原子との間で交互作用があった後
散乱されたちのが多いので、夫々の散乱粒子は試料に関
して異なった情報を担っている。従って飛行時間型分析
器を用いたＩＣｌ５Ｓはこれら両種の粒子の夫々の情報
を捨て、両者共通の情報だけを得ていることになる。

また飛行時間型分析器を用いる場合、イオン源と検出器
とは一１ｉＩ線の共通光軸上に配置され、検出器が試料
とイオン源との間に位置する構造となるが、飛行時間に
よりエルギー分析を行うには相当の粒子飛行距離が必要
であるためイオン銃から試料面までの距離が長くなり、
イオンビームを試料面で微小点に収束させることが困難
となり、この型のｒｃｒｓｓは試料面の微細構造の分析
に不向きて、成る領域の平均的分析情報が得られるに過
ぎない。

しかし飛行時間型分析器を用いたＴＣＩＳＳは上述した
ように構造が直線型となって装置設置スペースが小さく
てすむ上、荷電非荷電の両種散乱粒子を検出てきると云
う利点があるので、広く用いられている。

（発明力く解決しようとする課８） 本発明は飛行時間型分析器を用いたＩｃｌ５ｓの利点を
失うことな（、荷電、非荷電両種の散乱粒子を弁別して
検出しててきると共に照射イオンビームを試料面に細く
収束させて試料面の微細構造の分析を可能にしようとす
るものである。

（課題を解決するための手段） イオン源と試料との間にイオン源と同軸的に粒子検出器
を配置し、粒子検出器と試料との間に上記イオン源と同
軸的にイオン加速電極を配ｚし、或は同加速電極をアイ
ンツェル型レンズとして、その中央電極に粒子からの散
乱イオンを加速する電位を印加するようにした。

（作用） −アインツェル型レンズは両端の電極がレンズ前後の空
間と同電位になっているので、レンズ通過の前後で荷電
粒子のエネルギーつまり速度は変わっていないが、試料
から散乱されたイオンは試料領の電極と中央電極との間
で加速され、中央電極の中を加速後の速度で通過するた
め試料から同じ速度て飛出したイオンは中性粒子よりア
インツエルレンズの中を高速で通過するため、中性粒子
より短時間でアインツエルレンズを通過して粒子検出器
に入射する。従って散乱粒子が検出されるときの時間差
によりイオンと中性粒子とに弁別することができる。そ
してイオン中性粒子夫々のエネルギー分析は夫々の粒子
群の中でアインツエルレンズ内を通過している間の速度
差により検出される時間に差を生ずることによって行わ
れる。

他方試料面を照射するイオンビームは上記アインツエル
レンズの収束作用により、試料面に収束せしめられるか
ら微小領域の分析が可能となる。

（実施例） 第１図に本発明の一実施例を示す。図で１は装置外筺　
、２はイオン源、３はチョッピング電極、４は検出器、
５は加速電極でＳは試料である。イオン源２、検出器４
、加速電極５は同一軸Ｘ上に配置され、検出器４は中央
に孔のあいたマイクロチャンネルプレートが用いられて
おり、加速電極５は同軸上に配置された三つの円ｉ電極
５１．５２．５３よりなり、中央の５１にイオン加速電
圧が印加され、前後両側の電極５２．５３は試料Ｓと同
じ接地電位に設定されて、全体でアインツェル型レンズ
を構成している。チョッピング電極３にはイオンビーム
を偏向させる電圧が印加されておりチョッピングパルス
が印加されることにより、−時的に印加電圧がＯとなり
、この間、試料にイオンビームが入射せしめられ、これ
によって一定周期で極く短時間ずつ試料にイオンビーム
を入射せしめられる。イオンビームの強度および照射時
間は一回の照射時間で大体１個の粒子が検出される程度
に設定されている。イオンビームは右方から試料に入射
し、試料から散乱した粒子のうち、入射イオンと反対向
きに散乱された粒子が加速電極５を通過して検出器４に
入射する。

６はチョッピング電極３に印加するパルス電圧を発生す
るパルス発生器、７は時間をディジタルデータ変換する
時間ディジタル変換用のカウンタで、パルス発生器６の
出力パルスによって計時用パルスのカウントを開始し、
検出器４がらの検出信号によって、カウントを停止する
ようになっている。８は検出器４の出力を増幅しでカウ
ンタ７に印加するものである。９はデータ処理を行うコ
ンピュータで、カウンタ７の計数値のヒストグラムを作
成する。このヒストグラムが試料からの散乱粒子のエネ
ルギースペクトルである。１０は定電圧源で加速電極５
の中央電極５１にイオン加速電圧を印加している。

上の構成で、イオン加速電極５１に電圧を印加していな
ければ、従来のＴＣＩＳＳと同じで、試料Ｓから検出器
４までの距離が散乱粒子を速度差によって選別する速度
選別距離となる。本発明では電極５１にイオン加速電圧
を印加しているので、電極５２と５１との間でイオンの
加速が行われ、試料Ｓから同速で出た粒子でもイオンは
中性粒子よりも高速で加速管５１の中を通過し、検出器
には中性粒子よりも短時間で到達する。従って間軸をエ
ネルギー展開軸としているエネルギースペクトルはイオ
ンと中性粒子とではずれて表われ、両者別々にエネルギ
ースペクトルが得られる。つまりイオンのスペクトルの
方が見掛上高エネルギー側にシフトして表われる。この
シフト量は電極５１に印加する電圧によって変化するが
、スペクトルの形自体には変化はない。

本発明において、散乱粒子をイオンと中性粒子とに分け
て夫々のエネルギースペクトルを測定すると云う立場だ
けに立脚すれば、加速電極５は中央の電極５１でけてよ
＜、５２．５３はなくてもよい。電極５２．５３を加え
て全体としてアインツェル型レンズとするときはイオン
と中性粒子とを弁別して夫々測定できると云う点に加え
て次の作用が加わることになる。第２図は電極５１，５
２．５３の配置を通過する荷電粒子の軌道を示す。この
図で左向きの矢印を持った軌道はイオン−源から試料に
向うイオンビームのイオン軌道を示し、右向きの矢印を
持った軌道は試料から散乱されたイオンの軌道である。

何れのイオンも電極５１．５２．５３の影響を受け、そ
の収束作用によって、試料照射イオンビームは図に示さ
れるように試料に向って収束せしめられ、試料から散乱
されたイオンはレンズ光軸方向を中心にαの立体角内に
散乱されたものが略々平行線束となってイオン検出器４
に入射することになる。つまり従来型に比し、広い立体
角中の散乱イオンを捕捉することが可能となるため、イ
オン検出効率が向上する。上述実施例ではイオン検出器
４は一つのアノードを有し、検出のどの部分に入射した
粒子でも一律に一つと数えるようにしであるが、アノー
ドを同心円的に分割しておいて、同心円アノードの一つ
一つに第１図のプリアンプ８．カウンタ７を接続してお
くことにより、散乱イオンの散乱角による分布をも調べ
ることができる。

（発明の効果） 本発明によればイオン加速電極を設けることにより、散
乱粒子をイオンと中性粒子とに分けて夫々を検出できる
ため、従来両方を合せた平均的情報しか得られなかった
のに比し、分析情報が増大し、ｔｃＩｓｓの機能が向上
し、更に加速電極をアインツェル型レンズとすることに
より、上の機能に加えて、試料照射イオンビームを試料
面に収束させて微小領域の分析が可能となり、また試料
から散乱されたイオンのうち検出されるイオンの取込み
立体角が増加することによって検出感度が上がると共に
、散乱イオンの散乱角分布をも測定することが可能とな
って、ＩＣｌ５Ｓの機能が更に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は同実施
例におけるイオン軌道の図である。 １・・・筺体、２・・・イオン源、３・・・チョッピン
グ電極、４・・・粒子検出器、５・・・加速電極、Ｓ・
・・試料、６・・・パルス発生器、７・・・計時用カウ
ンタ、８・・・プリアンプ、９・・・コンピュータ、１
０・・・定電圧電源。 代理人　　弁理士　縣　　浩　介 箪１１ＩＩ 手続補正書く自発） 平成　３年　５月３１日 特許庁長官　植　松　　敏　　殿 １　事件の表示　　平成　２年特許願第３３８６６１号
２　発明の名称 イオン散乱分析装置　　　　　　　　（ら１ニニ： ３、補正する者 事件との関係　　特許出願人 住　所　埼玉県和光市広沢２番１号 名　称　理化学研究所 代表者　理事長　小　１）稔　ｆｌ！！１名４、代　理
　人 住　所　　大阪市中央区久太部町４丁目２番５号中甚ビ
ル内 氏　名　　（７０４５）弁理士　　縣　　浩　介ｊ””
”’−’　−５補正により増加する発明の数　　　Ｏ゛
６．補正の対象　　　　　　　　　　　°°−−〜゛９
、その他の補正する者 事件との関係　　特許出願人 住　所　京都市中京区西ノ京桑原町１番地名称（１９９
）株式会社島津製作所 代表者西八條　實 特願平２−３３８６６１号補正の内容別紙１　明細書の
第６頁第１０行目〜１２行目「イオンビーム・・・・・
・・・・・に限定されている。」を削除しｔす。 ２、明細書の第６頁第１８行目Ｆ変換用のカウンタ」を
、「変換器」と訂正します。 ３　明細書の第７頁第２行目〜３行目「増幅してカウン
タに印加するものである。」を、「増幅するプリアンプ
である。」と訂正します。 ４、明細書の第７頁第４行目「カウンタ７」を、「時間
デジタル変換器７」と訂正します。 ５、明細書の第９頁第１０行目「カウンタ７」を、「時
間デジタル変換器７」と訂正します。 ６、明細書の第９頁第１２行目「分布をも」を、「違い
を」と訂正します。 ７、明細書の第１０頁第１２行目「７・・・時計用カウ
ンタ」を、「７・・・時間デジタル変換器」と訂正しま
す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン源と試料との間にイオン源と同軸的にかつ
   試料からの距離を粒子の飛行時間による選別が可能な距
   離にとって、粒子検出器を配置し、この粒子検出器と試
   料との間にイオン源と同軸的に試料から散乱されるイオ
   ンを加速するイオン加速電極を配置したことを特徴とす
   るイオン散乱分析装置。
2. （２）イオン加速電極を、中央電極と、その前後の電極
   とよりなるアインツェル型レンズとし、中央電極に試料
   から散乱されたイオンを加速する電圧を印加するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオ
   ン散乱分析装置。