JPS63102150A - イオン散乱分光顕微鏡 - Google Patents

イオン散乱分光顕微鏡

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JPS63102150A
JPS63102150A JP61246777A JP24677786A JPS63102150A JP S63102150 A JPS63102150 A JP S63102150A JP 61246777 A JP61246777 A JP 61246777A JP 24677786 A JP24677786 A JP 24677786A JP S63102150 A JPS63102150 A JP S63102150A
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JP
Japan
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ions
scattered
ion
time
incident
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JP61246777A
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Masakazu Aono
正和 青野
Mitsuhiro Katayama
光浩 片山
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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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〕 本発明は入射イオンビームを材料表面上で2次元走査し
ながら材料表面からほぼ180°の散乱角で散乱されて
くるイオンのエネルギー分布を測定し、材料表面の局所
の化学的組成および原子配列を解析するイオン散乱分光
顕微鏡に関する。
〔従来の技術〕
従来から用いられているイオン散乱分光装置では、イオ
ンビームを集束しこれを材料表面上で走査する機能がな
く、材料表面の化学組成および原子配列を表面上での分
布として観察することができなかった。また、従来のイ
オン散乱分光装置では180°よりはるかに小さな散乱
角(典型的には90°)で散乱されたイオンを観測して
いたため、表面の各原子の中心からずれた位置を観測す
ることになり表面原子の中心位置に関する直接的な情報
を得ることができず、表面の原子配列の解析が複雑とな
るという難点を有していた。
材料表面上の組成分布を観察することができる代表的な
装置としては走査型オージェ電子顕微鏡(SAM)と電
子プローブマイクロアナリシス(E P M A )が
挙げられる。これらはともに入射粒子として電子を用い
ており、前者はオージェ電子を後者は特性X線を検出し
、入射電子を集束して材料表面上を走査することにより
材料表面上の組成分布をを二次元の画像として得るもの
である。
しかし前者はIO人程度後者はμm程度の表面からの深
さについて平均化した組成に関する情報を与えるので、
表面の最外層の組成に関し正確な値を与えることができ
ず、かつこのために表面の構造を解析することが困難で
あるという欠点をもっていた。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は、材料表面に入射するイオンビームに対し
てほぼ180@の散乱角で散乱されるイオンのエネルギ
ー分布を測定するイオン散乱分光装置と、前記イオンビ
ームを集束する集束レンズと、前記イオンビームを偏向
して材料表面上で2次元走査する走査用偏向器とを備え
る本発明のイオン散乱分光顕微鏡によって解決される。
〔作 用〕
集束レンズによって集束されたイオンビームは走査用偏
向器によって偏向されて材料表面上を2次元走査する。
このとき入射イオンビームに対してほぼ180°の散乱
角で散乱されてくるイオンのエネルギー分析が、エネル
ギー分析器によって行われる。
〔発明の効果〕
(1)  イオン散乱顕微鏡は材料表面で散乱されたイ
オンを検出するので、走査型オージェ電子顕微鏡(SA
M)や電子マイクロプローブアナリシス(EPMA)と
較べ、表面最外層に極めて敏感であり、表面最外層の組
成の局所的な分布を解析することができる。
(2)入射イオンビーム発生源と散乱イオンのエネルギ
ー分析器の検出部とが同軸上に配置されているので装置
を小型一体化することができ、試料チャンバーに試料を
見込む単一のポートさえあれば本発明の顕微鏡を取り付
けることができる。
(3)  材料表面で180°に極めて近い散乱角で散
乱されてくるイオンを観測するので、表面の原子の中心
位置に関する情報を得ることができ、表面の構造を定量
的に容易に解析することができる。また、入射軌道をほ
ぼ逆にたどって散乱されるイオンのみを観測するので、
入射イオンの材料表面上での散乱を1回散乱とみなすこ
とができ、解析が著しく容易となる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に従ってより詳細に説明する。第
1図は散乱イオンのエネルギー分布を飛行時間型エネル
ギー分析器によって行う場合の実施例の概略図である。
一端に開口Aを有する真空容器1の内部には、イオンビ
ームIBを発生するイオン源であるイオン銃11このイ
オン銃■と軸を一致して飛行時間型エネルギー分析器の
検出部D1入射イオン集束レンズEL、および入射イオ
ンの進行方向に垂直なX、Y方向への走査用の偏向器D
X、DYが収容されている。飛行時間型エネルギー分析
器は散乱イオンを検出する検出部、ドリフトチューブD
T、および散乱イオンがドリフトチューブ中を飛行する
に要する時間を測定するエレクトロニクスから成る。容
器1は開口Aにおいて試料チャンバーCのポートPに接
続されている。イオン銃IはHe″″、Ne″″、Ar
+等の希ガスイオン又はLビ、Na”、K” 等のアル
カリ金属イオンを発生し得るもので、イオンエネルギー
は100〜10000eV程度である。イオンiIと検
出部りとの間にはスリブ)S、、S2 が配されており
、更にこれらスリブトSt  、S2 の間にイオンビ
ームをパルス化するためのビームチョッピングプレート
CPが設置されている。このビームチョッピングブレー
)CPは約5 mm間隔の平行平板電極から構成されて
おり、この電極間には一定周波数のパルス状の方形波電
圧がパルス発生器PGによって印加される。従って、ス
リットS1を通過したイオンビームIBは周期的に偏向
されて、断続的にスリットS2を通過することになり、
これによってパルス状のイオンビームが形成される。ビ
ームチョッピングプレートCPとスリットS2 との間
には偏向板D+ 、D2 が設けられており、偏向器用
電源DSの電圧を変化させることによってXおよびY方
向にイオンビームを偏向してスリブ)S2 の約0.5
雅の小孔にイオンビームの軌道が一致するようにされる
。飛行時間型エネルギー分析器の検出部りは中心軸に2
 mmの穴を開けた2枚のマイクロチャンネルプレート
3を使用している。このマイクロチャンネルプレート3
は内壁が二次電子放出材料でコーティングされた細いガ
ラス管を多数束ねたものであり、散乱イオンの(k5に
よって生じた二次電子をマイクロチャンネルプレート3
内で加速する必要から、マイクロチャンネルプレート3
の両端には高圧電源7により高電圧が印加されている。
検出器りの中心軸上には、入射イオン導入用のコリメー
タ4が挿入されており、上記の高電圧による電界から遮
蔽するためコリメータ4は接地され、絶縁体によって検
出器りから絶縁されている。また、コリメータ4を出た
入射イオンビームに上記の高電圧による高電界が作用し
ない様に、検出器りの前面にはコリメータ4を囲んで、
接地を施したグリッド2が置かれている。なお、試料S
は二軸回転可能なマニピュレーターに取付けられている
以上の様にして構成されたイオン散乱分光顕微鏡は以下
の様にして動作する。
イオン銃■からでたイオンビームIBはパルス発生器P
C,ビームチョッピングプレートCP。
およびスリットS2の組合わせによりパルス状にされ、
トリガ回路TCはビームチョッピングプレー)CPに印
加する方形波電圧が入射イオンのパルスを発生させる時
刻を飛行時間測定の始点としてスタート信号を時間波高
変換器8に人力する。
入射イオンのパルスはコリメータ4を通過しドリフトチ
ューブDT内で集束レンズELにより集束され偏向器D
X、D¥によりX、Y方向に偏向されて試料Sの表面上
を走査する。試料の表面原子により散乱されるイオンの
うち180°に極めて近い散乱角で散乱されてくるイオ
ンは前記の入射イオンと同じドリフトチューブDT内を
通るが、この場合偏向器DX、DY、集束レンズELが
散乱イオンに作用しない様、これらに印加する電圧はビ
ーム走査用電源11および集束レンズ用電源12のスイ
ッチングを制御するゲート回路GCによりパルス状にさ
れている。第2図は入射イオンのパルスの発生と共に動
作する集束レンズELと偏向器DXSDYに印加した電
圧の時間相関図を示している。集束レンズELと偏向器
DX、DYは入射イオンのパルスがビームチョッピング
プレー)CPを出発し試料Sに到達するまでの時間T。
のあいだ設定した電圧を保ち、入射イオンのパルスが試
料Sに到達した後は次の入射イオンのパルスが出発する
まで電圧はゼロとなる様に、ゲート回路GCにより制御
されている。前記の散乱イオンはこの様に無電界のドリ
フトチューブDT内を進み、グリッド2を透過して検出
部りにより検出され、この検出信号が増幅器AMPを経
て時間波高変換器8に飛行時間測定の終点であるストッ
プ信号として入力される。前記のスタート信号とストッ
プ信号との時間差が飛行時間Tとして前記の時間波高変
換器8によりアナログ量として測定され、これが波高分
析器9内でアナログ−ディジタル変換されて、横軸に飛
行時間T1縦軸に検出された散乱イオンの計数をとった
ヒストグラム上にIIされる。コンピューター10はこ
れらのデータを読みとり、飛行時間Tから既知の値であ
る入射イオンのパルスの試料Sへの飛行時間T0を差引
くことにより、第2図に示す様に試料Sから飛行時間型
エネルギー分析器の検出部りまで飛行距離りを進む散乱
イオンの飛行時間T、を求め、第3図に示される様な飛
行時間T、に対する散乱イオンの飛行時間スペクトルを
記憶する。
以上の飛行時間測定を行うと同時に入射イオンのパルス
の発生毎にコンピューター10によりビーム走査用電源
11を制御して入射イオンのパルスを試りs上で走査し
、且つその走査時の偏向電圧から試料S上での入射イオ
ンの走査位置をコンピューター10により算出し、試料
S表面の各微小部分における散乱イオンの飛行時間スペ
クトルを入射イオンの走査位置とともに記録してい(こ
とにより、試料表面の組成分布を解析することができる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のイオン散乱分光顕微鏡の一実施例の概
略図、 第2図は第1図に示された実施例の動作を説明するタイ
ミング図、および 第3図は本発明によって得られる散乱イオンの飛行時間
スペクトル。 ■・・・・・・イオン銃、IB・・・・・・入射イオン
ビーム、S+  −S2  ・・・・・・スリット、C
P・・・・・・ビームチョッピングプレート、Dt 、
Dt・・・・・・偏向器、 S・・・・・・試料、EL
・・・・・・ビーム集束用レンズ、DXSDY・・・・
・・ビーム走査用偏向器、D・・・・・・エネルギー分
析器の検出部、DT・・・・・・ドリフトチューブ、 L・・・・・・散乱イオンの飛行距離、C・・・・・・
試料チャンバー、 P・・・・・・ポート、  A・・・・・・開口、PG
・・・・・・パルス発生器、TC・・・・・・トリガ回
路、GC・・・・・・ゲート回路、AMP・・・・・・
増幅器、DC・・・・・・偏向器用電源、1・・・・・
・真空容器、To・・・・・・入射イオンが試料に到達
するまでの飛行時間、 TL・・・・・・散乱イオンの飛行時間、2・・・・・
・グリッド、 3・・・・・・マイクロチャンネルプレート、4・・・
・・・コリメータ、7・・・・・・高圧電源、8・・・
・・・時間−波高変換器、9・・・・・・波高分析器、
10・・・・・・コンピューター、 11・・・・・・ビーム走査用電源、 12・・・・・・レンズ用電源。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 材料表面に入射するイオンビームに対してほぼ180°
    の散乱角で散乱されるイオンのエネルギー分布を測定す
    るイオン散乱分光装置と、前記イオンビームを集束する
    集束レンズと、前記イオンビームを偏向して材料表面上
    で2次元走査する走査用偏向器とを備えるイオン散乱分
    光顕微鏡。
JP61246777A 1986-10-17 1986-10-17 イオン散乱分光顕微鏡 Granted JPS63102150A (ja)

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JP61246777A JPS63102150A (ja) 1986-10-17 1986-10-17 イオン散乱分光顕微鏡

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JPH0535541B2 (ja) 1993-05-26

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