JPH0637564Y2 - Neutral particle scattering analyzer - Google Patents

Neutral particle scattering analyzer

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JPH0637564Y2
JPH0637564Y2 JP2574789U JP2574789U JPH0637564Y2 JP H0637564 Y2 JPH0637564 Y2 JP H0637564Y2 JP 2574789 U JP2574789 U JP 2574789U JP 2574789 U JP2574789 U JP 2574789U JP H0637564 Y2 JPH0637564 Y2 JP H0637564Y2
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chopping
pulse
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deflector
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【考案の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本考案は、試料に中性粒子を照射し、試料で散乱されて
放出される中性粒子およびイオンを検出することによ
り、試料の結晶構造の解析等を行う中性粒子散乱分析装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Industrial field of application The present invention irradiates a sample with neutral particles, and detects neutral particles and ions scattered and emitted by the sample to detect the crystal of the sample. The present invention relates to a neutral particle scattering analyzer for analyzing a structure.

(ロ)従来の技術 散乱分析法を適用して試料の元素分析、構造解析等をお
こなう場合、通常、励起源としてイオンや電子線などの
荷電粒子が使用される。たとえば、イオン散乱分析装置
(ISS)では、試料にイオンを照射し、試料からの散乱
イオンを磁場型質量分析計でエネルギ分離することによ
り試料の構造解析を行う。
(B) Conventional Technology When performing elemental analysis, structural analysis, etc. of a sample by applying the scattering analysis method, usually charged particles such as ions and electron beams are used as an excitation source. For example, in an ion scattering analyzer (ISS), the structure of the sample is analyzed by irradiating the sample with ions and separating the scattered ions from the sample with a magnetic field mass spectrometer.

(ハ)考案が解決しようとする課題 分析試料が金属などの導体の場合は、荷電粒子を利用す
ることは何等問題はないが、絶縁体を分析する場合に
は、これらの荷電粒子によって試料に電荷が蓄積する問
題がある。たとえば、半導体基板上に形成した絶縁膜の
結晶構造を解析したいような場合において、試料に電荷
が蓄積すると、荷電粒子の軌道が曲げられてしまい、精
度良い分析が行えなくなる。
(C) Problems to be solved by the invention When the analysis sample is a conductor such as a metal, there is no problem in using charged particles, but when analyzing an insulator, these charged particles are used as a sample. There is a problem of charge accumulation. For example, in the case where it is desired to analyze the crystal structure of an insulating film formed on a semiconductor substrate, when the charge is accumulated in the sample, the trajectory of the charged particles is bent, and accurate analysis cannot be performed.

これを回避するため、従来は、試料表面に導体膜をコー
ティングしたり、あるいは電子シャワーをあてて電荷蓄
積の防止を行っている。
In order to avoid this, conventionally, the surface of the sample is coated with a conductor film, or an electron shower is applied to prevent charge accumulation.

しかしながら、前者の方法では、極表面の構造を観察し
たいときには、コーティングした導体膜の情報も同時に
入り込むので、真の表面状態を分析することができな
い。また、後者の方法では、電荷が蓄積されるたびに分
析を途中で中断して中和操作が必要となるため、効率良
い分析を行うことができない。
However, in the former method, when it is desired to observe the structure of the pole surface, the information of the coated conductor film is simultaneously input, so that the true surface state cannot be analyzed. Further, in the latter method, each time charge is accumulated, the analysis is interrupted midway and a neutralization operation is required, so that efficient analysis cannot be performed.

(ニ)課題を解決するための手段 本考案は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、絶縁体の試料表面における構造解析を精度良く行え
る手段を提供するものである。
(D) Means for Solving the Problems The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a means for accurately performing structural analysis on the sample surface of the insulator.

そのため、本考案では、イオン源から出力されるイオン
を高周波でチョッピングするチョッピング偏向器と、こ
のチョッピング偏向器にイオン偏向用のチョッピングパ
ルスを与えるパルス発生器と、チョッピング偏向器を通
過したイオンを中性化する中性化器と、この中性化器か
らの中性粒子が試料で散乱されて放射される中性粒子を
エネルギ分離する飛行時間型エネルギアナライザと、エ
ネルギ分離された中性粒子を検出する検出器と、パルス
発生器のチョッピングパルスをスタートパルス、検出器
の検出出力をストップパルスとしてそれぞれ入力する時
間計測器とを備えて中性粒子分散分析装置を構成した。
Therefore, in the present invention, a chopping deflector that chops the ions output from the ion source at a high frequency, a pulse generator that gives a chopping pulse for ion deflection to the chopping deflector, and an ion that passes through the chopping deflector A neutralizer that neutralizes, a time-of-flight energy analyzer that separates the neutral particles emitted from the neutralizer that are scattered and emitted by the sample, and the neutral particles that have been separated into energy. A neutral particle dispersion analyzer was configured with a detector for detection and a time measuring device for inputting a chopping pulse of a pulse generator as a start pulse and a detection output of the detector as a stop pulse.

(ホ)作用 上記構成において、イオン源からイオンビームをチョッ
ピング偏向器でチョッピングパルスに同期してチョッピ
ングし、このチョッピング偏向器を通過したイオンを中
性化器によって中性化した後、試料に衝突させる。この
場合、試料の励起源は中性粒子であるから、電荷蓄積は
生じない。そして、試料で散乱された中性粒子を飛行時
間型エネルギアナライザで時間分離して検出器で検出す
る。飛行時間型エネルギアナライザは、飛行時間の差に
よってエネルギ分離を行うので、中性粒子も分析するこ
とができる。時間計測器には、パルス発生器のチョッピ
ングパルスがスタートパルスとして、また検出器からの
検出出力がストップパルスとしてそれぞれ入力されるの
で、時間計測器は、スタートパルスを受けてから次にス
トップパルスが入力されるまでの時間を計測する。そし
て、その計測値をエネルギ強度として、その時間頻度を
カウント値としてそれぞれ対応付けることにより所要の
エネルギスペクトルが得られる。
(E) Action In the above configuration, the ion beam from the ion source is chopped by the chopping deflector in synchronization with the chopping pulse, the ions passing through this chopping deflector are neutralized by the neutralizer, and then collide with the sample. Let In this case, charge accumulation does not occur because the excitation source of the sample is neutral particles. Then, the neutral particles scattered by the sample are time-separated by the time-of-flight energy analyzer and detected by the detector. Since the time-of-flight energy analyzer separates energy by the difference in the time of flight, neutral particles can also be analyzed. Since the chopping pulse of the pulse generator is input to the time measuring device as the start pulse and the detection output from the detector is input as the stop pulse, the time measuring device receives the start pulse and then outputs the stop pulse next. Measure the time until input. Then, the required energy spectrum is obtained by correlating the measured value as the energy intensity and the time frequency as the count value.

(ヘ)実施例 第1図は中性粒子散乱分析装置の構成図である。同図に
おいて、1は中性粒子分散分析装置の全体を示し、2は
Heガス等を電子線がイオン化して取り出すいイオン源、
4はイオン源2から出力されるイオンを高周波でチョッ
ピングするチョッピング偏向器、6はチョッピング偏向
器4にイオン偏向用のチョッピングパルスを与えるパル
ス発生器である。すなわち、パルス発生器6からは数10
KHzの周波数のパルスが発生され、このチョッピングパ
ルスがチョッピング偏向器4に加えられたときにのみイ
オン通過が許容されて光軸A上を直進し、チョッピング
パルスが加えられないときはイオンが偏向を受けて光軸
Aから外される。
(F) Example FIG. 1 is a block diagram of a neutral particle scattering analyzer. In the figure, 1 is the whole neutral particle dispersion analyzer, and 2 is
An ion source that takes out He gas etc. by ionizing the electron beam,
Reference numeral 4 is a chopping deflector for chopping the ions output from the ion source 2 at a high frequency, and 6 is a pulse generator for applying a chopping pulse for ion deflection to the chopping deflector 4. In other words, from the pulse generator 6,
A pulse having a frequency of KHz is generated, ion passage is allowed only when the chopping pulse is applied to the chopping deflector 4, and the ion travels straight on the optical axis A. When the chopping pulse is not applied, the ion is deflected. It is received and removed from the optical axis A.

8はチョッピング偏向器4を通過したイオンを収束する
静電レンズ、10はイオンを中性化する中性化器である。
この中性化器10は、たとえばイオンに電子線を照射する
などしてイオンを中性化する。12は中性化器10で十分に
中性化されずに残ったイオンを偏向して除くためイオン
除去用偏向器、14は絶縁体の試料である。
Reference numeral 8 is an electrostatic lens that converges the ions that have passed through the chopping deflector 4, and 10 is a neutralizer that neutralizes the ions.
The neutralizer 10 neutralizes the ions by, for example, irradiating the ions with an electron beam. Reference numeral 12 is an ion removing deflector for deflecting and removing the ions remaining without being sufficiently neutralized by the neutralizer 10, and 14 is an insulator sample.

16は中性粒子が試料14で散乱されて放射される中性粒子
およびイオンをエネルギ分離する飛行時間型エネルギア
ナライザであり、試料14から放出される中性粒子とイオ
ンの飛行時間を明確に区別するための静電加速チューブ
18、マイクロチャンネルプレート20とアノード22からな
る検出器24を備える。26は検出器24の検出出力を増幅す
る前段増幅器、30はパルス発生器6のチョッピングパル
スをスタートパルス、検出器22の検出出力をストップパ
ルスとしてそれぞれ入力する時間計測器であって、本例
では時間デジタル変換器が使用される。32は時間デジタ
ル変換器30で計測された時間データを計測してエネルギ
スペクトルを求めるなどのデータ処理を行うコンピュー
タ、34は試料14の解析結果を表示するCRTディスプレイ
である。
Reference numeral 16 is a time-of-flight energy analyzer that separates the neutral particles and ions emitted by the neutral particles scattered by the sample 14, and clearly distinguishes the flight times of the neutral particles and ions emitted from the sample 14. Electrostatic acceleration tube for
18, a detector 24 comprising a microchannel plate 20 and an anode 22. 26 is a pre-stage amplifier that amplifies the detection output of the detector 24, and 30 is a time measuring device that inputs the chopping pulse of the pulse generator 6 as a start pulse and the detection output of the detector 22 as a stop pulse. In this example, A time-to-digital converter is used. Reference numeral 32 is a computer for performing data processing such as measuring time data measured by the time digital converter 30 to obtain an energy spectrum, and 34 is a CRT display for displaying the analysis result of the sample 14.

次に、上記構成の中性粒子分散分析装置1を適用して絶
縁体試料14を分析する場合に動作について説明する。
Next, an operation when the insulator sample 14 is analyzed by applying the neutral particle dispersion analyzer 1 having the above-described configuration will be described.

イオン源2から出たイオンビームは、まずチョッピング
偏向器4でチョッピングされる。すなわち、パルス発生
器6からチョッピング偏向器4にチョッピングパルスが
加えられたときにのみイオン通過が許容されてイオンが
光軸A上を直進し、チョッピングパルスが加えられない
ときはイオンが偏向を受けて光軸Aから外れる。パルス
発生器6からのチョッピングパルスは、同時に時間デジ
タル変換器30にスタートパルスとして加えられる。
The ion beam emitted from the ion source 2 is first chopped by the chopping deflector 4. That is, only when the chopping pulse is applied from the pulse generator 6 to the chopping deflector 4, the passage of the ions is allowed and the ions travel straight on the optical axis A. When the chopping pulse is not applied, the ions are deflected. Off the optical axis A. The chopping pulse from the pulse generator 6 is simultaneously applied to the time digital converter 30 as a start pulse.

チョッピング偏向器4を通過して直進するイオンは、静
電レンズ8で収束され中性化器10に導入されて中性化さ
れる。中性化器10から出た中性粒子は、試料14に衝突さ
せられる。中性化器10で中性化されなかったイオンは、
イオン除去用偏向器12で偏向されて光軸Aから外れ、試
料14には照射されない。試料14は散乱された中性粒子お
よびその際に発生したイオンは、共に飛行時間型エネル
ギアナライザ16に導入される。そして、中性粒子とイオ
ンは両者を区別するために、静電加速チューブ18で飛行
時間に差をもたせた後、中性粒子とイオンのそれぞれに
ついてエネルギ分離して検出器24で検出される。そし
て、この検出器24の検出出力は、前段増幅器26を介して
時間デジタル変換器30にストップパルスとして加えられ
る。したがって、時間デジタル変換器30は、第3図に示
すように、パルス発生器6からのチョッピングパルスが
スタートパルスとして加えられた後(第2図(a)参
照)、検出器24からのイオンと中性粒子の各検出出力が
ストップパルスとしてそれぞれ入力されるまでの各々の
時間t1、t2、t3(第2図(b)参照)をデジタルデータに
変換して出力する。そして、このデジタルデータは、次
段のコンピュータ32に送られる。コンピュータ32は、そ
の時間計測値を散乱強度として、同じ飛行時間が得られ
る頻度をカウント値としてそれぞれ対応付けて記憶す
る。そして、第3図に示すように散乱強度を横軸に、カ
ウント値を縦軸にした相関関係を求めることで所要のエ
ネルギスペクトルが得られる。このエネルギスペクトル
の情報は、CRTディスプレイ34に表示される。
Ions traveling straight through the chopping deflector 4 are converged by the electrostatic lens 8 and introduced into the neutralizer 10 to be neutralized. The neutral particles emitted from the neutralizer 10 are made to collide with the sample 14. Ions that have not been neutralized by the neutralizer 10 are
It is deflected by the ion removing deflector 12 and deviates from the optical axis A, and the sample 14 is not irradiated. In the sample 14, the scattered neutral particles and the ions generated at that time are introduced into the time-of-flight energy analyzer 16. In order to distinguish the neutral particles and the ions from each other, the electrostatic accelerating tube 18 gives a difference in flight time, and then the neutral particles and the ions are separated into energy and detected by the detector 24. Then, the detection output of the detector 24 is applied as a stop pulse to the time-digital converter 30 via the pre-stage amplifier 26. Therefore, as shown in FIG. 3, the time-to-digital converter 30 receives the ions from the detector 24 after the chopping pulse from the pulse generator 6 is added as a start pulse (see FIG. 2 (a)). Each time t 1 , t 2 , t 3 (see FIG. 2B) until each detection output of the neutral particles is input as a stop pulse is converted into digital data and output. Then, this digital data is sent to the computer 32 at the next stage. The computer 32 stores the time measurement value as the scattering intensity and the frequency at which the same flight time is obtained as the count value in association with each other. Then, as shown in FIG. 3, the required energy spectrum can be obtained by obtaining the correlation with the scattering intensity on the horizontal axis and the count value on the vertical axis. This energy spectrum information is displayed on the CRT display 34.

なお、チョッピング偏向器4のチョッピング動作を停止
させるとともに、中性化器10を取り除けば通常のイオン
散乱分析を行うことができる。
If the chopping operation of the chopping deflector 4 is stopped and the neutralizer 10 is removed, normal ion scattering analysis can be performed.

(ト)考案の効果 本考案によれば、絶縁体を分析する場合に電荷蓄積を生
じることがないので、絶縁体の試料表面の構造解析を精
度良く行えるようになる。また、試料には従来のイオン
と異なり中性粒子を衝突させるので、原子同士の相互作
用の結果に基づく新たな構造解析の情報が得られる等の
優れた効果が発揮される。
(G) Effect of the Invention According to the present invention, charge accumulation does not occur when an insulator is analyzed, so that the structure analysis of the sample surface of the insulator can be performed accurately. Further, since neutral particles are made to collide with the sample unlike conventional ions, excellent effects such as obtaining information on new structural analysis based on the result of interaction between atoms are exhibited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図面は本考案の実施例を示すもので、第1図は中性粒子
散乱分析装置の構成図、第2図は時間計測器のスタート
パルスとストップパルスとの関係を示すタイムチャー
ト、第3図は最終的に得られたエネルギスペクトルの特
性図である。 1…中性粒子散乱分析装置、2…イオン源、4…チョッ
ピング偏向器、6…パルス発生器、10…中性化器、14…
試料、16…飛行時間型エネルギアナライザ、24…検出
器、30…時間計測器(時間デジタル変換器)。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram of a neutral particle scattering analyzer, FIG. 2 is a time chart showing the relationship between start pulse and stop pulse of a time measuring instrument, and FIG. Is a characteristic diagram of an energy spectrum finally obtained. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Neutral particle scattering analyzer, 2 ... Ion source, 4 ... Chopping deflector, 6 ... Pulse generator, 10 ... Neutralizer, 14 ...
Sample, 16 ... Time-of-flight energy analyzer, 24 ... Detector, 30 ... Time measuring instrument (time digital converter).

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】イオン源から出力されるイオンを高周波で
チョッピングするチョッピング偏向器と、 このチョッピング偏向器にイオン偏向用のチョッピング
パルスを与えるパルス発生器と、 前記チョッピング偏向器を通過したイオンを中性化する
中性化器と、 この中性化器からの中性粒子が試料で散乱されて放射さ
れる中性粒子をエネルギ分離する飛行時間型エネルギア
ナライザと、 エネルギ分離された中性粒子を検出する検出器と、 前記パルス発生器のチョッピングパルスをスタートパル
ス、検出器の検出出力をストップパルスとしてそれぞれ
入力する時間計測器と、 を備えることを特徴とする中性粒子散乱分析装置。
1. A chopping deflector for chopping ions output from an ion source at a high frequency, a pulse generator for applying a chopping pulse for ion deflection to the chopping deflector, and an ion passing through the chopping deflector. Neutralizer that neutralizes, neutral particles from this neutralizer are time-of-flight energy analyzer that separates the neutral particles that are scattered and emitted by the sample into energy, and the neutral particles that have been separated into energy. A neutral particle scattering analyzer, comprising: a detector for detecting; and a time measuring device for inputting a chopping pulse of the pulse generator as a start pulse and a detection output of the detector as a stop pulse, respectively.
JP2574789U 1989-03-07 1989-03-07 Neutral particle scattering analyzer Expired - Lifetime JPH0637564Y2 (en)

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JP4987416B2 (en) * 2006-10-11 2012-07-25 公立大学法人大阪府立大学 Neutral particle beam generator
JP5499356B2 (en) * 2009-11-20 2014-05-21 公立大学法人大阪府立大学 Timing device

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