JPH04349334A - 飛行時間型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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は試料にイオンビームを照
射したとき、イオンビーム照射方向に対し１８０°反転
した方向に散乱されるイオンのエネルギー分析を行う同
軸型直衝突イオン散乱分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】同軸直衝突イオン散乱分析法は試料表面
の元素分析および表面の構造解析法として広く利用され
ており、半導体とかその他の新材料の研究に対して甚だ
有効である。所で試料を照射するイオンビーム中にはイ
オン源でイオン化されなかった中性原子も含まれている
が、従来は照射粒子が荷電粒子か中性粒子が弁別するこ
となく、全部を一括して試料に入射させている。しかし
同軸型直衝突イオン散乱分析法では入射イオンビームと
反対方向に散乱された粒子を検出するので、試料照射イ
オンビームと検出しようとする粒子とは同軸上にあり、
そのためエネルギー分析器として電場を用いたものが使
えなくて、飛行時間型エネルギー分析器が用いられてい
る。

【０００３】所が試料に照射するイオンビームに中性粒
子が混じっていると、中性粒子はイオンビームをチョッ
ピングする手段によるチョッピング作用を受けないから
、試料に継続的に入射し、この粒子が試料により散乱さ
れて検出されることにより分析データのバックグラウン
ドを構成する。装置中の残留ガスのイオン等、所定イオ
ン以外のイオン種も分析結果を混乱させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は同軸型直衝突
イオン散乱分析装置で、試料照射粒子から不要な妨害イ
オンや中性粒子を除き、所定元素の純粋なイオンビーム
を試料に照射することにより、測定のバックグラウンド
を低下させようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】一直線上に同軸的に配置
されたイオン源と試料からの散乱粒子を検出する粒子検
出器とよりなる同軸型直衝突イオン散乱分析装置におい
て、上記イオン源と粒子検出器との間に、試料面から上
記一直線に沿ってイオン源を見たとき、イオン源のイオ
ン出射開口が見通せないように遮蔽板を配置し、この遮
蔽板の前後に、イオンビームに遮蔽板の一端縁を迂回さ
せて上記一直線上に戻す軌道を与える複数のイオンビー
ム偏向手段を配置した。

【０００６】

【作用】イオンビームは電場，磁場等の偏向手段により
軌道を曲げられるが中性粒子は電場，磁場等の作用を受
けず直進する。所が本発明装置ではイオン源，粒子検出
器等が配置される共通軸（装置の光軸と云うことにする
）上に試料側から見てイオン源のイオン出射開口が見通
せないように遮蔽板が挿入されているので、中性粒子は
試料に到達できない。他方イオンはイオンビーム偏向手
段により軌道が曲げられるが、偏向手段を複数配置する
ことにより、曲げた軌道をもとの軌道の延長上に戻すこ
とができ、上記遮蔽板をこれら偏向手段の間に位置させ
ることで、イオンビームは遮蔽手段を迂回させて試料に
入射させることができる。しかも偏向手段は質量選別作
用を有し、特定質量のイオンだけがもとの軌道の延長上
に戻るので、所定の元素（原子種）のイオンだけが試料
に照射される。

【０００７】

【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。図で１はイ
オン源で、矢線Ａはその光軸であり、この方向にイオン
ビームを出射する。この光軸はデフレクタ電極６，チョ
ッピング開口４等よりなるイオン光学系の光軸でもある
。イオン光学系において３はチョッピング電極で、パル
ス状の電圧が印加され、イオンビームを周期的に偏向さ
せ、イオンビームが短時間だけイオン光学系の光軸Ａ上
のチョッピング開口４を通るようにして、試料を照射す
るイオンビームをチョッピングしている。５は粒子検出
器である。イオン光学系の光軸Ａに沿って試料７に入射
したイオンビームのうち入射イオンビームと反対の方向
に散乱された後方散乱粒子８が検出器５に入射して検出
される。チョッピング電極３の前側即ちイオン源１側に
二対の偏向電極２，２’が配置されている。これらの偏
光電極２，２’には常時一定電圧が印加してある。偏向
電極２と２’との間に遮蔽板１０が光軸Ａを遮蔽するよ
うに図で上方から挿入されている。偏向電極２はイオン
軌道を光軸Ａから外らせて下方に曲げ、偏向電極２’は
下方に曲げられたイオン軌道を上方に曲げて、遮蔽板１
０の下縁の下をくぐり抜ける屈曲イオン軌道を形成する
。このようなイオン軌道に対してチョッピング電極３に
電圧を印加してないときは、イオン軸道は上方を向いて
おり、イオンビームはチョッピング開口４を通過できな
い。チョッピング電極に適当電圧のパルスを印加すると
、そのときだけ、偏向電極２’を通過したイオンビーム
がもとの軌道の延長即ち光軸Ａに沿うように引戻されて
チョッピング開口４を通過し、試料に入射せしめられる
。即ちこの実施例では偏向電極２，２’およびチョッピ
ング電極３によってイオン軌道を遮蔽板１０の下縁を迂
回させてもとの軌道の延長上に戻す複数のイオンビーム
偏向手段を構成している。これらの偏向手段、特に偏向
電極２，２’は磁場を発生するコイルであってもよい。

【０００８】イオン源１はイオン化ガスを導入し、その
分子に加速電子を衝突させてイオン化し、このイオンを
電極により加速し、矢線Ａ方向のイオンビームとして出
射させるものであるが、導入したガスの分子でイオン化
されなかったもので熱運動により矢線Ａの方向に運動し
ていた分子もイオンビームに混入してイオン源から出射
されている。このような中性粒子は電場，磁場の作用を
受けないから、チョッピング電極３によるチョッピング
作用も受けない。そのため従来のイオン源の光軸とイオ
ンの試料照射光学系の光軸とが一致している構成ではチ
ョッピングを受けない中性粒子が常時継続的に試料に入
射しており、その後方散乱成分が検出器５に入射して検
出されて、測定出力のバックグラウンドとなる。しかし
本発明では、中性粒子を遮断する遮蔽板１０を設け、イ
オンビームはこれを迂回するように偏向電極２，２’お
よびチョッピング電極により、イオン軌道を曲げてイオ
ン照射光学系の光軸上にイオンビームを戻しているので
、中性粒子は偏向電極の前面を直進することにより、試
料照射イオンビームからは除去される。また目的以外の
イオン種もイオンビーム偏向手段によって質量差に基づ
き除去される。

【０００９】図１でチョッピング電極３，粒子検出器５
および回路部分９は飛行時間型エネルギー分析器を構成
している。試料から出た粒子が検出器５に入射し検出さ
れるまでの時間はその粒子の速度が遅い程長くなるから
、その時間を計測することによって粒子の速度、従って
エネルギーを求めることができる。そのときの時間測定
の基準としてチョッピング電極３に印加するパルスの一
つの位相を利用する。９１はパルス発生器でチョッピン
グ電極にパルス電圧を印加すると共に、そのパルス電圧
の立上がり、或は立下がりによって時間ディジタル変換
器９２を始動させ、粒子検出器５からの粒子検出信号に
よって時間ディジタル変換器９２を停止させる。時間デ
ィジタル変換器は作動期間中クロックパルスを計数し、
停止したときのその計数値が、試料照射粒子がチョッピ
ング開口４を通過したときから、試料により散乱されて
検出器５に入射する迄の時間を表わす。コンピュータ９
３はこの時間データを取込み、イオンビームのチョッピ
ングを繰り返して、この時間データを採取し、粒子検出
時間の頻度ヒストグラムを作ると、これが散乱粒子のエ
ネルギースペクトルとなる。試料照射ビームの中に中性
粒子が混入している場合、これはチョッピングを受けな
い上エネルギーも不特定であるから、検出器５に入射す
ると分析上全く意味のない検出信号を出させることにな
り、測定のバックグラウンドとなるのである。装置内の
残留ガスのイオン等、所定のイオン種以外のイオンも散
乱後のエネルギーは所定イオンのものとは全く異なり、
分析結果を混乱させるが、本発明ではこれも除かれてい
る。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、同軸型直衝突イオン散
乱分析装置で、照射イオンビームに混入している中性粒
子および不要イオン種を除去することにより、測定結果
におけるバックグラウンドが低下し、分析感度および精
度の向上が得られる。

【００１１】

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例の構成図。

【符号の説明】

１　　　　イオン源 ２，２’　　偏向電極 ３　　　　チョッピング電極 ４　　　　チョッピング開口 ５　　　　粒子検出器 ６　　　　デフレクタ電極 ７　　　　試料 ９　　　　回路部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料に入射せしめられるイオンビームの中
   心線に対して、側方より遮蔽板を挿入し、その前後に複
   数の荷電粒子偏向手段を配置して、イオン源から出射し
   たイオンビームの軌道を上記遮蔽板の縁を迂回してもと
   のイオン軌道の延長に沿うように回曲させて試料面に入
   射せしめるようにしたことを特徴とするイオン散乱分析
   装置。