JPS6319746A - Surface analysis device - Google Patents

Surface analysis device

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JPS6319746A
JPS6319746A JP16429986A JP16429986A JPS6319746A JP S6319746 A JPS6319746 A JP S6319746A JP 16429986 A JP16429986 A JP 16429986A JP 16429986 A JP16429986 A JP 16429986A JP S6319746 A JPS6319746 A JP S6319746A
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magnet
sample
scattered
scattered beam
deflecting
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Masahiko Aoki
青木 正彦
Naoto Okazaki
尚登 岡崎
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable a scattering angle to be set nearly at 180 deg., by disposing a first deflecting magnet on the passage for both of ion beams before radiation and scattered beams from a sample, and then disposing a second deflecting magnet on the passage for scattered beams passing through the first magnet. CONSTITUTION:The first deflecting magnet 30 is disposed on the passage for both of ion beams 3 before radiation and scattered beams 4a from a sample 15, and then the second deflecting magnet 32 is disposed on the passage of scattered beams 4b passing through the first magnet, and then the radiated beams 4 are put into an instrument 20 through a deceleration tube 18, so that a surface analysis device can be composed. When deflecting angles phi1 and phi2, emission angles alpha1 and alpha2, radiuses r1 and r2 of curvature of the scattered beams having no energy loss are respectively formed in the deflecting magnets 30 and 32, the relation of phi1=phi2, alpha1=alpha2=(phi1/2)-90 deg., and r1=r2 is needed to be satisfied. Therefore, measurement can be performed with the scattering angle being nearly 180 deg., so that sharp spectra become available. 15: sample.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、PELS (陽子エネルギー損失スペクト
ル分析)による表面解析装置、即ち、加速されたプロト
ンビーム等のイオンビームを試料に照射し、試料表面数
層からの散乱ビームを減速管中を通過させて減速し、こ
の減速された散乱ビームのエネルギーを測定することに
より試料表面の物性を解析する表面解析装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] This invention is a surface analysis device using PELS (Proton Energy Loss Spectrum Analysis). The present invention relates to a surface analysis device that analyzes the physical properties of a sample surface by passing scattered beams from several layers through a deceleration tube to decelerate them and measuring the energy of the decelerated scattered beams.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第5図は、従来のPELSによる表面解析装置を示す概
略平面図である。イオン[2から引き出された例えばプ
ロトンビーム等のイオンビームを加速管6で加速し、加
速されたイオンビームを必要に応じて集束系8により集
束させる。その後質量分析マグネット10によりビーム
偏向(質量分析)を行う。偏向後、散乱チャンバ14内
の試料(図示省略)にイオンビームを照射するが、試料
の一部分にイオンビームを照射するために散乱チャンバ
14に入射前のビームライン上に1mmφ程度のスリッ
ト(図示省略)を設置している。尚、イオンビームとし
ては、He等を使用すると1価のイオン以外に2価のイ
オンも散乱される可能性があり計測が複雑となるため、
実際は、1価イオンしか存在しないプロトンが用いられ
る。図中12は真空ポンプでるある。
FIG. 5 is a schematic plan view showing a conventional surface analysis apparatus using PELS. An ion beam, such as a proton beam, extracted from the ions [2] is accelerated by an acceleration tube 6, and the accelerated ion beam is focused by a focusing system 8 as required. Thereafter, beam deflection (mass analysis) is performed using the mass analysis magnet 10. After deflection, the sample (not shown) in the scattering chamber 14 is irradiated with the ion beam. In order to irradiate a part of the sample with the ion beam, a slit of approximately 1 mm diameter (not shown) is placed on the beam line before entering the scattering chamber 14. ) is installed. Furthermore, if an ion beam such as He is used, there is a possibility that divalent ions will be scattered in addition to monovalent ions, making measurement complicated.
In reality, protons are used in which only monovalent ions exist. In the figure, 12 is a vacuum pump.

試料に照射されたイオンビームは試料表面数層で散乱さ
れる。この散乱ビームは一般に種々のエネルギーを持っ
ており、そのエネルギー幅を抑制するために2mmφ程
度のスリット(図示省略)を散乱後のビームライン上に
設置している。そしてこのスリットを通過した散乱ビー
ムを減速管18によって減速させた後、測定器20によ
ってそのエネルギースペクトルを測定する。この場合の
減速後の電位は次のようにして決められる。
The ion beam irradiated onto the sample is scattered by several layers on the sample surface. This scattered beam generally has various energies, and in order to suppress the energy width, a slit (not shown) with a diameter of about 2 mm is installed on the beam line after scattering. After the scattered beam passing through this slit is decelerated by the deceleration tube 18, its energy spectrum is measured by the measuring device 20. The potential after deceleration in this case is determined as follows.

即ち、第6図も併せて参照して、イオン源2におけるイ
オンビームの引出し電圧をVex加速管6での加速電圧
をV、散乱チャンバ14は接地されているものとしてそ
の電位をOとすれば、イオンビームの全加速電圧Vaは
、Va =V+Veとなる。この電圧からオフセント電
圧Voだけ下がった電位Vdを測定器20が設置されて
いる架台19(大地からは絶縁されている)の電位とす
ると(即ち減速管18での減速電圧を(Va −V。
That is, referring also to FIG. 6, if the extraction voltage of the ion beam in the ion source 2 is the acceleration voltage in the Vex acceleration tube 6 is V, and the scattering chamber 14 is assumed to be grounded, its potential is O. , the total acceleration voltage Va of the ion beam is Va=V+Ve. If the potential Vd, which is lower than this voltage by the offset voltage Vo, is the potential of the pedestal 19 (insulated from the earth) on which the measuring device 20 is installed, then the deceleration voltage at the deceleration tube 18 is (Va - V).

)とすると)、減速されて測定器20に入る散乱ビーム
のエネルギーはqXVo  (eV)となる(試料に衝
突した時のエネルギー損失を無視した場合)。ここでq
はイオン、例えばプロトンの単位電荷である。
), the energy of the scattered beam that is decelerated and enters the measuring device 20 is qXVo (eV) (ignoring energy loss when colliding with the sample). Here q
is the unit charge of an ion, such as a proton.

この場合、試料に照射するイオンビームの加速エネルギ
ーは、試料表面でのイオンビームの中性化確率を抑える
等のために高い方が好ましく例えば100KeV程度で
あり、一方、散乱後のビームは、高精度でそのエネルギ
ースペクトルを測定可能とするために低い方が好ましく
例えばIKeV程度以下に減速する。
In this case, the acceleration energy of the ion beam irradiated to the sample is preferably high, for example, about 100 KeV, in order to reduce the probability of neutralization of the ion beam on the sample surface. In order to be able to measure the energy spectrum with precision, it is preferable to reduce the speed to a lower value, for example, to about IKeV or less.

上記のように減速された散乱ビームのエネルギースペク
トルを測定することにより、固体の試料表面の結晶構造
等の物性を調べることができる。
By measuring the energy spectrum of the scattered beam decelerated as described above, physical properties such as the crystal structure of the surface of a solid sample can be investigated.

例えば第7図を参照して、イオンビーム3と試料15と
の衝突により生じるイオンビーム3のエネルギー損失を
八Eとし、測定器20に入射する散乱ビーム4のエネル
ギーをEとすると次の関係式が成立する。
For example, referring to FIG. 7, if the energy loss of the ion beam 3 caused by the collision between the ion beam 3 and the sample 15 is 8E, and the energy of the scattered beam 4 incident on the measuring instrument 20 is E, then the following relational expression is obtained. holds true.

ΔE=qVo −E     ・・・ (1)なぜなら
ば、測定器20に入射する散乱ビーム4のエネルギーE
は次のように表され、 E−qVa−ΔE−q(Va −Vo )これを変形す
れば(1)式が得られるからである。
ΔE=qVo −E (1) Because the energy E of the scattered beam 4 incident on the measuring instrument 20
is expressed as follows, E-qVa-ΔE-q(Va-Vo) If this is transformed, equation (1) can be obtained.

また、ここでは測定器20として例えばエネルギー分析
器21とチャネルトロン等の検出器22を用いており、
エネルギー分析器21に印加する電圧をV E3Aとす
れば、上記エネルギーEは次のよう−に表現することも
できる。ここでkは定数である。
In addition, here, as the measuring device 20, for example, an energy analyzer 21 and a detector 22 such as a channeltron are used.
If the voltage applied to the energy analyzer 21 is V E3A, the energy E can also be expressed as follows. Here k is a constant.

E”kqVEjA      ・・・ (2)従って、
(1)式および(2)式から分かるように、エネルギー
損失スペクトルはオフセット電圧Voか電圧Y ESA
を変化させることにより求めることができる。例えば、
試料表面の第1層目の原子と第2層目等の原子により散
乱されるビームを比較すると、第2層目等からの散乱ビ
ームは格子内を走る距離が長いためエネルギー損失ΔE
が大きくなり、例えば第8図のようなスペクトルが得ら
れる。
E"kqVEjA... (2) Therefore,
As can be seen from equations (1) and (2), the energy loss spectrum depends on whether the offset voltage Vo or the voltage Y ESA
It can be obtained by changing . for example,
Comparing the beams scattered by atoms in the first layer and atoms in the second layer, etc. on the sample surface, the scattered beam from the second layer, etc. has an energy loss ΔE because it travels a long distance within the lattice.
becomes large, and a spectrum as shown in FIG. 8, for example, is obtained.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

所が上記のような装置においては、散乱角θ(第7図参
照)は10度程度にしか設定できなかった。これは、散
乱角θを0度から大きくするに従って散乱ビーム4の立
体角が小さくなってビーム検出効率が低下するためと、
散乱角θをあまり大きくすると装置の各部分が機械的に
干渉してしまうためである。従って散乱角θがこのよう
に小さいため、散乱ビーム4が試料15の表面の乱れの
影g(即ちエネルギーストラグリング)を受けて、その
スペクトルがブロードになり解析精度があまり良くない
という問題があった。
However, in the above-mentioned apparatus, the scattering angle θ (see FIG. 7) could only be set to about 10 degrees. This is because as the scattering angle θ increases from 0 degrees, the solid angle of the scattered beam 4 becomes smaller and the beam detection efficiency decreases.
This is because if the scattering angle θ is made too large, various parts of the device will mechanically interfere. Therefore, since the scattering angle θ is such a small value, the scattered beam 4 is affected by disturbances g on the surface of the sample 15 (that is, energy straggling), resulting in a problem that the spectrum becomes broad and the analysis accuracy is not very good. Ta.

また、イオンビーム3を試料15で散乱させずに測定器
20に直接入れて、エネルギー損失の原点(即ち測定器
20におけるエネルギー損失ΔE=0の散乱ビーム4が
入射する点)や装置のエネルギー分解能を測定する場合
には、上記散乱角θがO変になるように散乱チャンバ1
4以陣のビームトランスポートライン等を接続し直す必
要があり、そのための作業およびアライメント調整に非
常に手間がかかると共に、組立の再現性も悪化するとい
う問題もあった。
In addition, by directly inputting the ion beam 3 into the measuring device 20 without being scattered by the sample 15, the origin of energy loss (i.e., the point where the scattered beam 4 enters with energy loss ΔE = 0 in the measuring device 20) and the energy resolution of the device can be determined. When measuring , the scattering chamber 1 is set so that the scattering angle θ becomes O angle.
It is necessary to reconnect the four beam transport lines, etc., which requires a lot of effort and alignment adjustment, and there is also the problem that the reproducibility of assembly is deteriorated.

これに対して発明者は、散乱角θと散乱ビーム4の立体
角との関係の詳細な検討により、散乱角θをほぼ180
度に設定すれば、シャープなスペクトルを得ることがで
きると共にビーム検出効率もかえって大幅に向上するこ
とを見出した。
On the other hand, the inventor determined that the scattering angle θ was approximately 180 degrees by a detailed study of the relationship between the scattering angle θ and the solid angle of the scattered beam 4.
It has been found that by setting the angle at a certain degree, it is possible to obtain a sharp spectrum, and the beam detection efficiency is also significantly improved.

従ってこの発明は、散乱角がほぼ180度の測定を行う
ことができると共に、エネルギー損失の原点やエネルギ
ー分解能の測定も容易に行うことができる表面解析装置
を提供することを主たる目的とする。
Therefore, the main object of the present invention is to provide a surface analysis device that can measure a scattering angle of approximately 180 degrees and also easily measure the origin of energy loss and energy resolution.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明の表面解析装置は、試料に照射前のイオンビー
ムおよび試料からの散乱ビームの経路上に両ビームを偏
向させる第1の偏向磁石を設け、かつ第1の偏向磁石を
通過して来る散乱ビームの経路上に当該散乱ビームを第
1の偏向磁石と同方向に偏向させて前記減速管へ入射さ
せる第2の偏向磁石を設け、そして第1の偏向磁石にお
ける散乱ビームの経路側の偏向角をφ1、出射角をα。
The surface analysis apparatus of the present invention is provided with a first deflection magnet that deflects both the ion beam before irradiating the sample and the scattered beam from the sample on the path of the ion beam, and the scattering that passes through the first deflection magnet. A second deflection magnet is provided on the beam path to deflect the scattered beam in the same direction as the first deflection magnet and enter the deceleration tube, and a deflection angle on the path side of the scattered beam in the first deflection magnet is provided. is φ1, and the exit angle is α.

、エネルギー損失が零の散乱ビームの曲率半径をrlと
し、第2の偏向磁石における偏向角をφ2、入射角をα
2、エネルギー損失が零の散乱ビームの曲率半径をr2
とした場合、φ、=φz1α宜−α2=(φl /2)
 −90C度〕かつr、=rzとしていることを特徴と
する。
, the radius of curvature of the scattered beam with zero energy loss is rl, the deflection angle at the second deflection magnet is φ2, and the incident angle is α
2. The radius of curvature of the scattered beam with zero energy loss is r2
In this case, φ, = φz1α - α2 = (φl /2)
-90C degree] and r, = rz.

〔作用〕[Effect]

第1の偏向磁石は試料に照射するイオンビームと試料か
らの散乱ビームの軌道を分離させるので、散乱角をほぼ
180度に設定することができる。
Since the first deflection magnet separates the trajectories of the ion beam irradiated onto the sample and the scattered beam from the sample, the scattering angle can be set to approximately 180 degrees.

その場合、試料でのエネルギー損失を受けた程度の違い
により、散乱ビームは第1の偏向磁石によって分散され
るけれども、この分散された散乱ビームは、第1の偏向
磁石とほぼ対称の構造をした第2の偏向磁石によって偏
向されることによって、再び一つの軌道に集束されて減
速管に入射される。
In that case, although the scattered beam is dispersed by the first deflecting magnet due to the difference in the degree of energy loss in the sample, this dispersed scattered beam has a structure that is almost symmetrical to that of the first deflecting magnet. By being deflected by the second deflection magnet, the light is again focused into one trajectory and enters the deceleration tube.

その結果、この発明の装置においては、シャープなスペ
クトルを得ることができると共にビーム検出効率も大幅
に向上する。しかも広範囲のエネルギー損失の測定を正
確に行うこともできる。
As a result, in the apparatus of the present invention, a sharp spectrum can be obtained and beam detection efficiency is also greatly improved. Moreover, it is also possible to accurately measure energy loss over a wide range.

また、第1の偏向磁石を制御することにより、イオンビ
ームを試料に照射せずにそのまま減速管へ導(ことがで
き、これによって装置の配置を変更することなく容易に
エネルギー損失の原点やエネルギー分解能を測定するこ
とができる。
In addition, by controlling the first deflection magnet, the ion beam can be directly guided to the deceleration tube without irradiating the sample. Resolution can be measured.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、この発明の一実施例に係る表面解析装置を示
す概略平面図である。この装置も上述した従来の装置と
原理は同様である。尚、従来例との相違点の説明に特に
関係ない部分は省略している。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a surface analysis device according to an embodiment of the present invention. This device is also similar in principle to the conventional device described above. Note that parts not particularly relevant to the explanation of differences from the conventional example are omitted.

この装置においては、散乱チャンバ14の手前側に例え
ば電磁石から成る概ねT形をした第1の偏向磁石30を
設け、その左右にイオンビーム3の加速系と散乱ビーム
4の測定系とを配置しており、これによって180度の
散乱角θにおける測定を可能にしている。
In this device, a first deflection magnet 30 made of, for example, an electromagnet and approximately T-shaped is provided in front of the scattering chamber 14, and an acceleration system for the ion beam 3 and a measurement system for the scattered beam 4 are arranged on the left and right sides of the first deflection magnet 30. This allows measurement at a scattering angle θ of 180 degrees.

即ち、イオン源2から引き出され、f!分析マグネット
10で質量分析された例えばプロトンビーム等のイオン
ビーム3は、何枚かの電極7を有する加速管6によって
例えば従来と同様に100KeV程度のエネノにギーに
まで加速され、その経路上に設けられた偏向磁石30で
偏向されて例えば超高真空の散乱チャンバ14内に導か
れ、試料15に照射される。この場合、試料15は、前
述した散乱角θが180度になるように設定されており
、従ってイオンビーム3は試料15の表面に垂直に入射
すると共に、当該試料15からの散乱ビーム4もその表
面に垂直に出て行く。
That is, f! is extracted from the ion source 2. An ion beam 3, such as a proton beam, subjected to mass analysis by an analysis magnet 10 is accelerated to an energy of about 100 KeV by an acceleration tube 6 having several electrodes 7, for example, as in the conventional case, and on its path. It is deflected by a provided deflecting magnet 30 and guided into, for example, an ultra-high vacuum scattering chamber 14, where it is irradiated onto a sample 15. In this case, the sample 15 is set so that the aforementioned scattering angle θ is 180 degrees, so that the ion beam 3 is incident perpendicularly to the surface of the sample 15, and the scattered beam 4 from the sample 15 is also incident on the surface of the sample 15. go out perpendicular to the surface.

従って上記散乱ビーム4は、イオンビーム3と同一経路
を逆向きに進むことによって偏向磁石30を通過し、そ
こでイオンビーム3とは左右反対側に偏向される。つま
り偏向磁石30によって、試料15に照射前のイオンビ
ーム3と試料15からの散乱ビーム4の軌道が分離され
る。ちなみに、この例の場合の偏向磁石30の磁束の向
きは紙面に対して上向きである。
Therefore, the scattered beam 4 passes through the deflection magnet 30 by traveling along the same path as the ion beam 3 in the opposite direction, where it is deflected to the left and right opposite sides of the ion beam 3. That is, the deflection magnet 30 separates the trajectories of the ion beam 3 before irradiating the sample 15 and the scattered beam 4 from the sample 15. Incidentally, the direction of the magnetic flux of the deflecting magnet 30 in this example is upward with respect to the plane of the paper.

尚、加速管6の下流側に設けたQレンズ(静電三重四極
子レンズ)8aおよび散乱チャンバ140手前側に設け
たQレンズ8bは、それぞれ、イオンビーム3あるいは
散乱ビーム4を整形してその発散(特に紙面に上下方向
の発散)を防止するためのものであり、いずれも必須の
ものではないが、測定をより正確にするためにはこの実
施例のように設けるのが好ましい。
A Q lens (electrostatic triple quadrupole lens) 8a provided downstream of the accelerating tube 6 and a Q lens 8b provided in front of the scattering chamber 140 respectively shape the ion beam 3 or the scattered beam 4 and This is to prevent divergence (particularly divergence in the vertical direction on the paper), and although neither is essential, it is preferable to provide it as in this embodiment in order to make measurements more accurate.

一方、偏向磁石30を通過して来る散乱ビーム4の経路
上には、当該散乱ビーム4を偏向磁石30と同方向に偏
向させて、何枚かの電極17を有する減速管18の中心
軸付近に入射させる第2の偏向磁石32を設けている。
On the other hand, on the path of the scattered beam 4 passing through the deflecting magnet 30, the scattered beam 4 is deflected in the same direction as the deflecting magnet 30, and the scattered beam 4 is placed near the central axis of the deceleration tube 18 having several electrodes 17. A second deflection magnet 32 is provided to make the light incident on the light beam.

この偏向磁石32も例えば電磁石から成り、その磁束の
向きは紙面に対して上向きである。
This deflecting magnet 32 is also made of, for example, an electromagnet, and the direction of its magnetic flux is upward with respect to the plane of the paper.

そして減速管18によって散乱ビーム4をそのエネルギ
ーが例えば従来と同様に1KeV程度以下になるように
減速し、測定器20によってそのエネルギースペクトル
を測定するようにしている。
Then, the scattered beam 4 is decelerated by the deceleration tube 18 so that its energy becomes, for example, about 1 KeV or less as in the conventional case, and the energy spectrum thereof is measured by the measuring device 20.

上記のような偏向磁石32を設ける理由は次のとおりで
ある。即ち、偏向磁石30を通過して来る散乱ビーム4
は、試料15でのエネルギー損失ΔEを受けた程度の違
いにより、例えば第1図中に42(そのエネルギー損失
ΔE=0)および4b(そのエネルギー損失ΔE≠0)
で模式的に示すように偏向磁石30によって分散される
ので、この分散された散乱ビーム4を偏向磁石32によ
って再び一つの軌道にまとめて減速管18に入射させる
ためである。
The reason for providing the deflection magnet 32 as described above is as follows. That is, the scattered beam 4 passing through the deflection magnet 30
For example, 42 (the energy loss ΔE=0) and 4b (the energy loss ΔE≠0) in FIG.
As schematically shown in FIG. 1, the dispersed scattered beam 4 is dispersed by the deflecting magnet 30, so that the dispersed scattered beam 4 is again collected into one orbit by the deflecting magnet 32 and made to enter the deceleration tube 18.

これは、分散した散乱ビーム4は、減速管18を通過し
て分散したまま、あるいは場合によっては減速管18で
レンズ作用を受けて更に分散する等して測定器20に入
るため、測定器20に入射する効率がエネルギー損失Δ
Eによって異なり、即ちビーム輸送効率がエネルギー損
失ΔEによって異なり、測定の信顧性、定量性等を低下
させる原因になるからである。
This is because the dispersed scattered beam 4 passes through the deceleration tube 18 and remains dispersed, or in some cases is subjected to a lens action in the deceleration tube 18 and is further dispersed before entering the measuring device 20. The efficiency of incident energy loss Δ
This is because the beam transport efficiency varies depending on E, that is, the beam transport efficiency varies depending on the energy loss ΔE, which causes a decrease in reliability, quantitative performance, etc. of measurement.

そのため、偏向磁石30における散乱ビーム4の経路側
と偏向磁石32とは、はぼ対称の構造をしている。即ち
、偏向磁石30における散乱ビーム4の経路側の偏向角
をφ1、出射角をα1、エネルギー損失ΔE=0の散乱
ビーム4aの曲率半径をrlとし、偏向磁石32におけ
る偏向角をφ2、入射角をα2、上記散乱ビーム4aの
曲率半径をr2とした場合、 としている。より具体的には、この実施例においては、
φ1 =φ2=90°、α1 =α2=−45゜(α1
、α2は図示のような場合を一般的にマイナス表示する
。)としている。
Therefore, the path side of the scattered beam 4 in the deflecting magnet 30 and the deflecting magnet 32 have a substantially symmetrical structure. That is, the deflection angle on the path side of the scattered beam 4 in the deflection magnet 30 is φ1, the exit angle is α1, the radius of curvature of the scattered beam 4a with energy loss ΔE=0 is rl, the deflection angle in the deflection magnet 32 is φ2, and the incident angle is When α2 is the radius of curvature of the scattered beam 4a, and r2 is the radius of curvature of the scattered beam 4a, the following equation is obtained. More specifically, in this example:
φ1 = φ2 = 90°, α1 = α2 = -45° (α1
, α2 are generally expressed as negative values in the case shown in the figure. ).

上記(3)式を満たす場合、偏向磁石30において一つ
の軌道から分離された散乱ビーム4aと散乱と−ム4b
とは、偏向磁石30から出て行くときは互いに平行とな
り、そして偏向磁石32において偏向磁石30における
のとはちょうど逆の態様で偏向されて、再び一つの軌道
にまとめられて偏向磁石32から出て行く。
When the above formula (3) is satisfied, the scattered beam 4a separated from one orbit by the deflecting magnet 30 and the scattered beam 4b
are parallel to each other when they leave the deflection magnet 30, and are deflected in the deflection magnet 32 in exactly the opposite manner to that in the deflection magnet 30, and are brought together into one orbit again and exit the deflection magnet 32. Go.

その結果、散乱ビーム4は、そのエネルギー損失ΔEの
違いに拘わらず、一つの中心軌道で減速管18に入射し
、そしてそこを通過して測定器20に入射するため、エ
ネルギー損失ΔEの違いによる測定器20への入射効率
の違いが無(なり、エネルギー損失ΔEの大きなものか
ら小さいものまで広範囲の測定が正確に行えるようにな
る。従って、例えば散乱ビーム4の軌道のずれによる検
出効率の変化を補正する等の必要性も全く無くなる。
As a result, regardless of the difference in energy loss ΔE, the scattered beam 4 enters the deceleration tube 18 in one central orbit, passes there and enters the measuring device 20, so the difference in energy loss ΔE There is no difference in the efficiency of incidence on the measuring device 20, and it becomes possible to accurately measure a wide range of energy loss ΔE from large to small. There is no need to make any corrections.

尚、上述したような偏向磁石30および32の代わりに
、第2図に示したような偏向磁石34お−よび36を設
けた表面解析装置が同一出願人によって別途提案されて
いるけれども、この発明はその装置を更に改良したもの
であると言える。
Incidentally, although the same applicant has separately proposed a surface analysis device in which deflection magnets 34 and 36 as shown in FIG. 2 are provided instead of the deflection magnets 30 and 32 as described above, this invention can be said to be a further improvement on that device.

即ち、第2図の装置も、偏向磁石34によってイオンビ
ーム3と散乱ビーム4の軌道を分離して180度の散乱
角θにおける測定を可能にし、偏向磁石34によって分
散された散乱ビーム4を偏向磁石36によって減速管1
8の中心軸付近に集束させてエネルギー損失へEの違い
による測定器20への入射効率の違いを無くするように
したものであるが、偏向磁石36にはこの実施例のよう
にエネルギー損失ΔEの異なる散乱ビーム4の中心軌道
を出射時に一つにまとめるという機能は無いため、広範
囲のエネルギー損失ΔEの散乱ビーム4を測定する場合
はこの実施例の方がより正確である。
That is, the apparatus shown in FIG. 2 also separates the trajectories of the ion beam 3 and the scattered beam 4 by the deflecting magnet 34 to enable measurement at a scattering angle θ of 180 degrees, and deflects the dispersed scattered beam 4 by the deflecting magnet 34. Reducer tube 1 by magnet 36
The deflection magnet 36 is focused near the central axis of the magnet 8 to eliminate the difference in the efficiency of incidence on the measuring device 20 due to the difference in energy loss E. However, as in this embodiment, the deflection magnet 36 has an energy loss This embodiment is more accurate when measuring scattered beams 4 with energy loss ΔE over a wide range, since there is no function to combine the center orbits of scattered beams 4 with different values into one at the time of emission.

尚、測定器20は、例えば第3図に示すような構成のも
のとすれば、広範囲のエネルギー測定を一括して行うこ
とができる。即ち、測定器20はこの例では、平行平板
アナライザ21、マイクロチャネルプレート24、位置
検出器25等を備えており、散乱ビーム4をそのエネル
ギー、即ちエネルギー損失ΔEの違いによってマイクロ
チャネルプレート24上の各点に分散させ、その入射位
置を位置検出器25および位置演算器26によって検出
し、そして各位置におけるカウントをマルチチャネルア
ナライザ27に表示するようにしている。従って、この
ような測定器20によれば、試料15を傾ける(その角
度は、試料により、また何層口の原子でビームを散乱さ
せるかにより異なる)だけで表面各層からの散乱ビーム
の量を一括して測定することができ、従来のようにオフ
セット電圧Voやエネルギー分析器21に印加する電圧
V。Aを変化させることなく例えば第8図のようなスペ
クトルを効率良く得ることができる。
Note that if the measuring device 20 is configured as shown in FIG. 3, for example, it is possible to measure energy over a wide range at once. That is, in this example, the measuring device 20 is equipped with a parallel plate analyzer 21, a microchannel plate 24, a position detector 25, etc., and the scattered beam 4 is detected on the microchannel plate 24 by the difference in energy, that is, energy loss ΔE. They are dispersed at each point, their incident positions are detected by a position detector 25 and a position calculator 26, and the counts at each position are displayed on a multi-channel analyzer 27. Therefore, according to such a measuring device 20, the amount of scattered beams from each surface layer can be measured simply by tilting the sample 15 (the angle varies depending on the sample and how many atoms are used to scatter the beam). The offset voltage Vo and the voltage V applied to the energy analyzer 21 can be measured all at once, as in the conventional case. For example, a spectrum as shown in FIG. 8 can be efficiently obtained without changing A.

そのためスペクトル分析中の状態変化の影響を排除する
ことができるという利点がある。
Therefore, there is an advantage that the influence of state changes during spectrum analysis can be eliminated.

第4図は、散乱角の変化に対する最適化した立体角の変
化を示す図であり、縦軸は対数目盛である。この図から
分かるように、散乱角θを180度に設定した場合、最
適化した立体角ΔΩ(str〕、即ちビーム検出効率は
、例えば散乱角θが20度の場合に比べて数百倍(試料
15が金の場合)〜数千倍(試料15がシリコンの場合
)向上する。しかも、散乱角θが180度の場合は散乱
ビーム4は試料15の表面の乱れの影響を受けないため
、換言すれば散乱ビーム4は試料表面の原子の影響のみ
を受けるため、シャープなスペクトルを得ることができ
、これによって解析精度も向上する。
FIG. 4 is a diagram showing the change in the optimized solid angle with respect to the change in the scattering angle, and the vertical axis is on a logarithmic scale. As can be seen from this figure, when the scattering angle θ is set to 180 degrees, the optimized solid angle ΔΩ (str), that is, the beam detection efficiency, is several hundred times ( When the sample 15 is gold) to several thousand times better (when the sample 15 is silicon).Moreover, when the scattering angle θ is 180 degrees, the scattered beam 4 is not affected by disturbances on the surface of the sample 15. In other words, since the scattered beam 4 is influenced only by atoms on the sample surface, a sharp spectrum can be obtained, which improves the accuracy of analysis.

一方、エネルギー損失の原点や装置のエネルギー分解能
を測定する場合は、偏向磁石30の極性や磁束密度を制
御することにより、偏向磁石3゜に入射されたイオンビ
ーム3をそのまま(即ち試料15に照射せずに)エネル
ギー損失ΔE=Oの散乱ビーム4aと同一軌道で出射さ
せることができる。従って従来のように装置の配置を変
更する必要はなく、それゆえアライメント調整等に手間
がかかったり組立の再現性が悪化したりするようなこと
はない。
On the other hand, when measuring the origin of energy loss or the energy resolution of the device, by controlling the polarity and magnetic flux density of the deflecting magnet 30, the ion beam 3 incident on the deflecting magnet 3° can be directly irradiated onto the sample 15. The beam can be emitted on the same trajectory as the scattered beam 4a with energy loss ΔE=O. Therefore, there is no need to change the arrangement of the device as in the prior art, and therefore there is no need for time-consuming alignment adjustments or deterioration of assembly reproducibility.

特にこの実施例のように、前述した条件φ1=φz=9
0°に加えて偏向磁石30のイオンビーム3の経路側の
偏向角φ。も90°としておけば、エネルギー損失の原
点やエネルギー分解能を測定する場合は、偏向磁石30
の励磁を単にオフするだけで良く、それによってイオン
ビーム3は第1図中にAで示すように、偏向磁石30中
を直進してエネルギー損失ΔE=0の散乱ビーム4aと
同一軌道で出射するようになる。従って、エネルギー損
失の原点やエネルギー分解能の測定が極めて容易になる
In particular, as in this example, the above-mentioned condition φ1=φz=9
In addition to 0°, the deflection angle φ of the deflection magnet 30 on the path side of the ion beam 3. If the angle is set to 90°, when measuring the origin of energy loss or energy resolution, the deflecting magnet 30
Simply turning off the excitation of the ion beam 3 causes the ion beam 3 to travel straight through the deflection magnet 30 and exit on the same trajectory as the scattered beam 4a with energy loss ΔE=0, as shown by A in FIG. It becomes like this. Therefore, it becomes extremely easy to measure the origin of energy loss and energy resolution.

ちなみに、第2図の装置においても、偏向磁石34の極
性切替えと磁束密度上昇とによって、同図中にBで示す
ようにイオンビーム3を大きく偏向させてエネルギー損
失の原点やエネルギー分解能の測定をすることができる
けれども、上述した実施例であれば偏向磁石30の励磁
をオフするだけで良いのでその方が蟲かに容易である。
Incidentally, in the apparatus shown in Fig. 2, the ion beam 3 is largely deflected as shown by B in the figure by switching the polarity of the deflection magnet 34 and increasing the magnetic flux density, and the origin of energy loss and energy resolution can be measured. However, in the embodiment described above, it is much easier to do so because it is sufficient to simply turn off the excitation of the deflection magnet 30.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のようにこの発明においては、散乱角をほぼ180
度に設定して測定を行うことができ、それによってシャ
ープなスペクトルが得られると共にビーム検出効率も大
幅に向上する。しかも、減速管に入射する散乱ビームの
中心軌道をそのエネルギー損失の違いに拘わらず一つに
することができるので、エネルギー損失の違いによる検
出効率の変化が無くなり、広いエネルギー範囲の測定を
正確に行うことができる。また、装置の配置を変更する
ことなく容易にエネルギー損失の原点やエネルギー分解
能の測定を行うこともできる。
As described above, in this invention, the scattering angle is approximately 180
This allows measurements to be performed with the beam set at 100 degrees, resulting in sharp spectra and greatly improved beam detection efficiency. Furthermore, since the center orbits of the scattered beams incident on the deceleration tube can be unified regardless of their differences in energy loss, there is no change in detection efficiency due to differences in energy loss, making it possible to accurately measure a wide energy range. It can be carried out. Furthermore, the origin of energy loss and energy resolution can be easily measured without changing the arrangement of the device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明の一実施例に係る表面解析装置を示
す概略平面図である。第2図は、表面解析装置の先行例
を部分的に示す概略平面図である。 第3図は、第1図の測定器の一例を示す概略図である。 第4図は、散乱角の変化に対する最適化した立体角の変
化を示す図である。第5図は、従来の表面解析装置を示
す概略平面図である。第6図は、第5図の装置の電位の
区分を示す図である。 第7図は、第5図の装置の原理を説明するための図であ
る。第8図は、第5図の装置によって得られるスペクト
ルを説明するための図である。 2・・・イオン源、3・・・イオンビーム、4,4a、
4b・・・散乱ビーム、15・・・試料、18・・、減
速管、20・・・測定器、30・・・第1の偏向磁石、
32・・・第2の偏向磁石。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a surface analysis device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view partially showing a prior example of the surface analysis device. FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the measuring device of FIG. 1. FIG. 4 is a diagram showing a change in the optimized solid angle with respect to a change in the scattering angle. FIG. 5 is a schematic plan view showing a conventional surface analysis device. FIG. 6 is a diagram showing the potential distribution of the device of FIG. 5. FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of the apparatus shown in FIG. 5. FIG. 8 is a diagram for explaining a spectrum obtained by the apparatus of FIG. 5. 2... Ion source, 3... Ion beam, 4, 4a,
4b...Scattered beam, 15...Sample, 18...Deceleration tube, 20...Measuring instrument, 30...First deflection magnet,
32...Second deflection magnet.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)加速されたイオンビームを試料に照射し、試料表
面数層からの散乱ビームを減速管中を通過させて減速し
、この減速された散乱ビームのエネルギーを測定するこ
とにより試料表面の物性を解析する装置において、試料
に照射前のイオンビームおよび試料からの散乱ビームの
経路上に両ビームを偏向させる第1の偏向磁石を設け、
かつ第1の偏向磁石を通過して来る散乱ビームの経路上
に当該散乱ビームを第1の偏向磁石と同方向に偏向させ
て前記減速管へ入射させる第2の偏向磁石を設け、そし
て第1の偏向磁石における散乱ビームの経路側の偏向角
をφ_1、出射角をα_1、エネルギー損失が零の散乱
ビームの曲率半径をr_1とし第2の偏向磁石における
偏向角をφ_2、入射角をα_2、エネルギー損失が零
の散乱ビームの曲率半径をr_2とした場合、φ_1=
φ_2、α_1=α_2=(φ_1/2)−90〔度〕
かつr_1=r_2としていることを特徴とする表面解
析装置。
(1) The sample is irradiated with an accelerated ion beam, the scattered beam from several layers on the sample surface is decelerated by passing through a deceleration tube, and the energy of the decelerated scattered beam is measured to determine the physical properties of the sample surface. In an apparatus for analyzing a sample, a first deflection magnet is provided to deflect both the ion beam and the scattered beam from the sample onto the path of the ion beam before irradiation of the sample,
and a second deflecting magnet is provided on the path of the scattered beam passing through the first deflecting magnet, and the second deflecting magnet deflects the scattered beam in the same direction as the first deflecting magnet and causes the scattered beam to enter the deceleration tube, and the first deflecting magnet The deflection angle on the path side of the scattered beam in the second deflecting magnet is φ_1, the exit angle is α_1, the radius of curvature of the scattered beam with zero energy loss is r_1, the deflection angle in the second deflecting magnet is φ_2, the incident angle is α_2, and the energy If the radius of curvature of the scattered beam with zero loss is r_2, then φ_1=
φ_2, α_1=α_2=(φ_1/2)-90 [degrees]
A surface analysis device characterized in that: and r_1=r_2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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