JP2008039545A

JP2008039545A - Scattered ion analyzer

Info

Publication number: JP2008039545A
Application number: JP2006213149A
Authority: JP
Inventors: Chikara Ichihara; 主税一原; Akira Kobayashi; 明小林
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve high measurement accuracy by preferentially sampling scattered ions with small scattering angles. <P>SOLUTION: The device measures the energy spectrum of the scattered ions scattered from a sample onto which an ion beam 15 is irradiated, and includes an ion detector for detecting the scattered ions within a vacuum container in which a magnetic field is formed, and an aperture 16 for ion sorting provided between the ion detector and the sample. The aperture 16 has an opening allowing passage of the ion beam 15, has a specific scattering angle, and is provided at the position where only the ions converging at a specific position in the beam axis of the ion beam 15 pass through the opening by the magnetic field. A tapered face 36 and a tapered face 38 are formed in the peripheral part 16a of the opening 30. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、高エネルギーまたは中エネルギーのイオンビームを利用したラザフォード後方散乱分析装置等に好適なもので、試料成分元素の同定や深さ方向の組成分析等に有用なデータを提供する装置に関するものである。 The present invention is suitable for a Rutherford backscattering analyzer using a high-energy or medium-energy ion beam, and the like, and relates to an apparatus for providing data useful for identification of sample component elements and composition analysis in the depth direction. It is.

半導体開発や結晶性薄膜等の分野では、デバイス材料その他の試料の表面層についての情報の取得が重要とされている。このような情報を非破壊的に分析する手段として、ラザフォード後方散乱（ＲｕｔｈｅｆｏｒｄＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＲＢＳ）分析装置が知られている。このＲＢＳ分析装置は、高電圧によって加速されたイオン（例えば水素イオンやヘリウムイオン）を試料の適所にビーム照射して当該試料からイオンを散乱させ、その散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するものである。 In fields such as semiconductor development and crystalline thin films, it is important to acquire information on the surface layers of device materials and other samples. Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) analyzers are known as means for nondestructively analyzing such information. This RBS analyzer measures the energy spectrum of scattered ions by irradiating ions (for example, hydrogen ions and helium ions) accelerated by a high voltage to an appropriate position of the sample to scatter the ions from the sample. .

このような散乱イオン分析装置では、前記イオンビームの照射により前記試料から散乱する散乱イオンのうち特定のエネルギーを有するイオンのみをイオン検出器に誘導すべく、磁場形成手段及びアパーチャが装備される。前記磁場形成手段は、イオンビームと平行な方向の磁場を形成して前記散乱イオンに螺旋運動を行わせる。前記アパーチャは、前記イオン検出器から前記試料に照射される前記イオンビームの通過を許容する開口を有する。このアパーチャの位置は、前記試料から散乱するイオンのうち特定の散乱角を有しかつ前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に特定の位置で収束するイオンのみが前記開口を通過するような位置に設定される。 Such a scattered ion analyzer is equipped with a magnetic field forming means and an aperture so that only ions having a specific energy among scattered ions scattered from the sample by irradiation of the ion beam are guided to the ion detector. The magnetic field forming means forms a magnetic field in a direction parallel to the ion beam to cause the scattered ions to perform a spiral motion. The aperture has an opening that allows passage of the ion beam irradiated onto the sample from the ion detector. The position of the aperture is such that only ions that have a specific scattering angle among the ions scattered from the sample and converge at a specific position on the beam axis of the ion beam by the magnetic field of the magnetic field generation means pass through the opening. It is set to such a position.

このようなアパーチャを具備する装置として、例えば下記特許文献１に示すようなものが知られている。その要部を図３に示す。この装置は、図３右側に配される図略のイオン源と、同図左側に配される試料ステージと、イオン検出器１００と、アパーチャ１０２を具備する。前記イオン源から前記試料ステージ上の試料に向けて水平方向にイオンビーム１０６が照射される。このイオンビーム１０６の照射軸を囲むように前記イオン検出器１００が配設される。前記アパーチャ１０２は前記イオン検出器１００よりも前記試料に近い位置に設けられている。また、前記イオンビーム１０６の照射軸と平行な方向に磁場が形成される。 As an apparatus having such an aperture, for example, a device as shown in Patent Document 1 below is known. The principal part is shown in FIG. This apparatus includes an unillustrated ion source arranged on the right side of FIG. 3, a sample stage arranged on the left side of the figure, an ion detector 100, and an aperture 102. An ion beam 106 is irradiated in a horizontal direction from the ion source toward the sample on the sample stage. The ion detector 100 is disposed so as to surround the irradiation axis of the ion beam 106. The aperture 102 is provided closer to the sample than the ion detector 100. Further, a magnetic field is formed in a direction parallel to the irradiation axis of the ion beam 106.

このアパーチャ１０２は、円形状の開口１０４を有し、この開口１０４内を前記イオンビーム１０６が通過する。このイオンビーム１０６が前記試料に照射されることにより、当該試料から種々のエネルギーをもつイオンが散乱する。その散乱イオンは、前記磁場の影響を受けて螺旋運動をし、そのうち、前記開口１０４内またはその近傍で収束するイオンのみが当該開口１０４を通過する。この開口１０４を通過したイオンのみが前記イオン検出器１００に到達し、その位置（二次元位置）が当該イオン検出器１００により検出される。このようにしてイオン検出器１００により検出される散乱イオンの位置スペクトルに基づいて、当該散乱イオンのエネルギースペクトルを測定することができる。
特開２００２−４８７３６号公報 The aperture 102 has a circular opening 104, and the ion beam 106 passes through the opening 104. By irradiating the sample with the ion beam 106, ions having various energies are scattered from the sample. The scattered ions undergo a spiral motion under the influence of the magnetic field, and only ions that converge in or near the opening 104 pass through the opening 104. Only ions that have passed through the opening 104 reach the ion detector 100, and their positions (two-dimensional positions) are detected by the ion detector 100. Thus, based on the position spectrum of the scattered ions detected by the ion detector 100, the energy spectrum of the scattered ions can be measured.
JP 2002-48736 A

図４は、前記装置における散乱イオンの軌道例（１）（２）および（３）を示している。軌道例（１）は、前記散乱イオンのうち最もエネルギーの大きいイオンの軌道を示し、逆に軌道例（３）は最も小さいイオンの軌道を示す。この図に示されるように、散乱イオンのエネルギーとその散乱角（イオンビーム照射軸に対して散乱方向がなす角度）θとの間には相関関係がある。 FIG. 4 shows trajectory examples (1), (2), and (3) of scattered ions in the apparatus. Trajectory example (1) shows the trajectory of the ion with the highest energy among the scattered ions, while trajectory example (3) shows the trajectory of the smallest ion. As shown in this figure, there is a correlation between the energy of scattered ions and the scattering angle (angle formed by the scattering direction with respect to the ion beam irradiation axis) θ.

具体的には、図５に示すように、検出位置の中心軸からの距離ρ_ｄが大きいほど、その検出される散乱イオンのエネルギーが大きく、また、前記距離ρ_ｄは散乱角θが小さいほど大きくなる。さらに、図６に示されるように、前記距離ρ_ｄが大きいほどエネルギー分解能は高くなる（ｄＥ／Ｅは低くなる）。 Specifically, as shown in FIG. 5, as the distance ρ _d from the central axis of the detection position is larger, the energy of the scattered ions to be detected is larger, and the distance ρ _d is smaller as the scattering angle θ is smaller. growing. Furthermore, as shown in FIG. 6, the energy resolution as the distance [rho _d is large becomes high (dE / E is low).

以上の事実に鑑みれば、前記イオン測定装置においてその測定精度を高めるためには、散乱角θの小さい散乱イオンを優先的に選別するのが好ましいということになる。 In view of the above facts, in order to increase the measurement accuracy in the ion measuring apparatus, it is preferable to preferentially select scattered ions having a small scattering angle θ.

ところが、前記アパーチャ１０２はその厚み方向がイオンビーム１０６の照射方向と平行になるように配置されているので、散乱角が小さい散乱イオンほど前記開口１０４を通過する確率が減少することになる。すなわち、前記散乱イオンの散乱角θが小さいほど当該散乱イオンが前記開口１０４に対して入射する角度α（図３）が小さくなるため、その正弦倍（＝ｓｉｎα）だけ当該散乱イオンからみた前記開口１０４の見かけの開口面積が減少してしまう。しかし、このような散乱角の小さいイオンを取り込むべく、単純に開口１０４の面積を大きくしてしまっては、本来除外すべき散乱イオンまでもイオン検出器１００に検出されるのを許容してしまうことになる。 However, since the aperture 102 is arranged so that the thickness direction thereof is parallel to the irradiation direction of the ion beam 106, the probability of passing through the aperture 104 decreases as the scattering ion has a smaller scattering angle. That is, the smaller the scattering angle θ of the scattered ions, the smaller the angle α (FIG. 3) at which the scattered ions are incident on the opening 104, so the opening viewed from the scattered ions by the sine multiple (= sin α). 104 apparent opening area is reduced. However, if the area of the opening 104 is simply increased in order to take in ions having such a small scattering angle, the ion detector 100 is allowed to detect even scattered ions that should be excluded. It will be.

このような課題を解決する手段として、前記特許文献１には、前記図３に示すような円筒状のイオン規制部材１０７，１０８を具備するものが開示されている。これらのイオン規制部材１０７，１０８は、前記アパーチャ１０２の両側（試料側及び検出器側）にそれぞれ配置され、その存在により、散乱角の大きなイオンの通過を阻止する。この装置は、種々の軌道１１０を描く散乱イオンのうち、図３に示される最大許容入射角α_ｍａｘよりも大きな入射角αをもつ散乱イオンを測定対象から除外することができる。しかし、このようなイオン規制部材１０７，１０８の具備によっても、前記開口１０４の周縁近傍を通過する散乱イオンをその散乱角によって（すなわち前記入射角αによって）効果的に選別することはできない。 As means for solving such a problem, Patent Document 1 discloses a device including cylindrical ion regulating members 107 and 108 as shown in FIG. These ion regulating members 107 and 108 are arranged on both sides (sample side and detector side) of the aperture 102, respectively, and the presence thereof prevents passage of ions having a large scattering angle. This apparatus can exclude scattered ions having an incident angle α larger than the maximum allowable incident angle α _max shown in FIG. However, even if the ion regulating members 107 and 108 are provided, the scattered ions passing through the vicinity of the periphery of the opening 104 cannot be effectively sorted by the scattering angle (that is, by the incident angle α).

本発明は、このような事情に鑑み、散乱角の小さい散乱イオンを優先的に採取することによって高い測定精度を得ることが可能な散乱イオン分析装置の提供を目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a scattered ion analyzer capable of obtaining high measurement accuracy by preferentially collecting scattered ions having a small scattering angle.

前記課題を解決するための手段として、本発明は、加速されたイオンビームが試料に照射されたときに当該試料から散乱する散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するための散乱イオン分析装置であって、内部に前記イオンビームが照射されるとともに、このイオンビームが当たる位置に前記試料がセットされる真空容器と、この真空容器内に前記イオンビームの入射方向と平行な方向の磁場を形成するための磁場形成手段と、前記磁場が形成された前記真空容器内で前記試料から散乱するイオンを検出するイオン検出器と、このイオン検出器と前記試料との間の位置に設けられ、前記イオン検出器側から前記試料側に入射される前記イオンビームの通過を許容する開口を有するアパーチャとを備え、このアパーチャは、前記試料から散乱するイオンのうち特定の範囲の散乱角を有しかつ前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に特定の領域内で収束するイオンのみが前記開口を通過する位置に設けられ、かつ、この開口の周縁部の前記試料側の面は当該開口に向かうに従って当該試料から離れる向きに傾斜しているものである。 As means for solving the above-mentioned problems, the present invention is a scattered ion analyzer for measuring the energy spectrum of scattered ions scattered from a sample when the sample is irradiated with an accelerated ion beam, A vacuum vessel in which the ion beam is irradiated and the sample is set at a position where the ion beam strikes, and a magnetic field in a direction parallel to the incident direction of the ion beam is formed in the vacuum vessel. A magnetic field forming means; an ion detector for detecting ions scattered from the sample in the vacuum container in which the magnetic field is formed; and the ion detector provided at a position between the ion detector and the sample. And an aperture having an opening that allows the ion beam incident on the sample side from the side to pass through the sample. Only ions having a scattering angle in a specific range and ions that converge in a specific region on the beam axis of the ion beam by the magnetic field of the magnetic field generating means are provided at a position passing through the opening, and The surface on the sample side of the peripheral edge of the opening is inclined in a direction away from the sample toward the opening.

また本発明は、前記散乱イオン分析装置において、前記開口の周縁部の前記試料側の面が当該開口に向かうに従って当該試料から離れる向きに傾斜しているのに代え、もしくはこれに加え、この開口の周縁部の前記検出器側の面は当該開口に向かうに従って当該検出器から離れる向きに傾斜しているものである。 Further, the present invention provides the scattered ion analyzer, wherein instead of, or in addition to, the opening of the peripheral surface of the opening, the surface on the sample side is inclined so as to move away from the sample toward the opening. The surface on the detector side of the peripheral edge is inclined in a direction away from the detector toward the opening.

前記の装置によれば、前記アパーチャの開口周縁部の試料側の面や検出器側の面が傾斜していることから、当該開口周縁部の近傍を通過する散乱イオンのうち、前記アパーチャに対する入射角の小さい散乱イオン、すなわち散乱角の小さいイオンの通過が優先的に許容される。 According to the above apparatus, since the sample-side surface and the detector-side surface of the aperture periphery of the aperture are inclined, of the scattered ions passing through the vicinity of the aperture periphery, the incident on the aperture The passage of scattered ions having a small angle, that is, ions having a small scattering angle, is preferentially permitted.

さらに、前記アパーチャの近傍であって当該アパーチャよりも前記試料側の位置及び当該アパーチャよりも前記イオン検出器側の位置にそれぞれ設けられる試料側イオン規制部材及び検出器側イオン規制部材を備え、これらのイオン規制部材が、それぞれ、前記イオンビームのビーム軸と同軸の円筒状外周面を有し、かつ、散乱角が一定以下の散乱イオンが前記イオン検出器に到達するのを阻止する形状を有する装置においては、前記各イオン規制部材が散乱角の大きいイオンの通過を阻むため、散乱角の小さいイオンの通過の優先度がさらに高められる。 Furthermore, a sample-side ion regulating member and a detector-side ion regulating member provided near the aperture and at a position closer to the sample than the aperture and a position closer to the ion detector than the aperture, respectively, Each of the ion regulating members has a cylindrical outer peripheral surface that is coaxial with the beam axis of the ion beam, and has a shape that prevents scattered ions having a scattering angle of a certain angle or less from reaching the ion detector. In the apparatus, since each of the ion regulating members prevents passage of ions having a large scattering angle, the priority of passage of ions having a small scattering angle is further increased.

前記各イオン規制部材を具備する装置では、前記試料側イオン規制部材の前記アパーチャ側の端部の外周面を、当該アパーチャに向かうに従って前記試料側イオン規制部材の外径が小さくなる向きに傾斜させ、あるいは、前記検出器側イオン規制部材の前記アパーチャ側の端部の外周面が当該アパーチャに向かうに従って前記検出器側イオン規制部材の外径が小さくなる向きに傾斜させることにより、通過させるべき散乱イオンの絞込みを自由に調節することができる。 In the apparatus including each of the ion regulating members, the outer peripheral surface of the end portion on the aperture side of the sample side ion regulating member is inclined so that the outer diameter of the sample side ion regulating member becomes smaller toward the aperture. Alternatively, the scattering to be passed by inclining the outer peripheral surface of the end portion on the aperture side of the detector side ion regulating member toward the aperture so that the outer diameter of the detector side ion regulating member becomes smaller Ions can be adjusted freely.

前記試料側イオン規制部材及び前記検出器側イオン規制部材は、導電材料からなり、かつ、接地されていることが、より好ましい。かかる接地は、外乱電場が前記イオンビームの入射軌道に影響を与えるのを抑制するシールド効果を奏する。 More preferably, the sample side ion regulating member and the detector side ion regulating member are made of a conductive material and are grounded. Such grounding provides a shielding effect that suppresses the disturbance electric field from affecting the incident trajectory of the ion beam.

以上のように、本発明によれば、アパーチャの開口周縁近傍を通過する散乱イオンのうち、比較的散乱角の小さいイオンを優先して通過させることにより、測定精度の向上を測ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to measure improvement in measurement accuracy by preferentially passing ions having a relatively small scattering angle among scattered ions passing through the vicinity of the aperture periphery of the aperture.

図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る散乱イオン分析装置の全体構成を示す。 FIG. 1 shows the overall configuration of a scattered ion analyzer according to a preferred embodiment of the present invention.

この装置は、イオン照射装置１０に接続される真空容器１２を備える。このイオン照射装置１０は、図略のイオン供給源から供給される軽イオン（例えば水素イオンやヘリウムイオン）を高電圧により加速する加速器を備え、その加速したイオンを前記真空容器１２内にイオンビーム１５として下向きに照射する。 This apparatus includes a vacuum container 12 connected to the ion irradiation apparatus 10. The ion irradiation apparatus 10 includes an accelerator for accelerating light ions (for example, hydrogen ions and helium ions) supplied from an ion supply source (not shown) with a high voltage, and the accelerated ions are ion beamed into the vacuum vessel 12. 15 is irradiated downward.

前記真空容器１２は、箱型容器で、その内部に真空が形成される。この真空容器１２の天壁にはイオン入射口１３が設けられ、このイオン入射口１３が図略のイオン照射管を介して前記イオン照射装置１０に接続されている。 The vacuum container 12 is a box-type container, and a vacuum is formed therein. An ion incident port 13 is provided on the top wall of the vacuum vessel 12, and the ion incident port 13 is connected to the ion irradiation apparatus 10 via an ion irradiation tube (not shown).

前記真空容器１２内には、その底部側から順に、試料ステージ１４、アパーチャ１６、及びイオン検出器１８が配置されている。これらは前記イオンビーム１５の照射軸に沿って上下方向に配列されている。また、真空容器１２の外側には磁気形成用コイル１９が設けられている。 In the vacuum vessel 12, a sample stage 14, an aperture 16, and an ion detector 18 are arranged in this order from the bottom side. These are arranged in the vertical direction along the irradiation axis of the ion beam 15. Further, a magnet forming coil 19 is provided outside the vacuum vessel 12.

前記試料ステージ１４は、水平な試料載置面を有し、この試料載置面の上に試料（例えば半導体デバイスや成膜された基板）２０がセットされる。この試料２０のセット位置は、当該試料の特定部位に前記イオンビーム１５が上から照射される位置に設定される。 The sample stage 14 has a horizontal sample mounting surface, and a sample (for example, a semiconductor device or a film-formed substrate) 20 is set on the sample mounting surface. The set position of the sample 20 is set to a position where the specific portion of the sample is irradiated with the ion beam 15 from above.

前記アパーチャ１６は、前記試料ステージ１４と前記イオン検出器１８との間の位置であって、当該試料ステージ１４から上方に所定寸法Ｌ１だけ距離をおいた高さ位置に設けられている。このアパーチャ１６は、図例では平板状をなし、その厚み方向が前記イオンビーム１５と平行となる向きで配置される。このアパーチャ１６の中央には当該アパーチャ１６を厚み方向に貫通する開口３０が設けられ、この開口３０を前記イオンビーム１５が上から下に通過する。さらに、この開口３０は、前記試料ステージ１４上の試料から散乱する散乱イオンのうち特定のエネルギーをもつ散乱イオンのみを下から上に通過させて前記イオン検出器１８に至らせる形状を有している。その詳細は後述する。 The aperture 16 is a position between the sample stage 14 and the ion detector 18, and is provided at a height position spaced apart from the sample stage 14 by a predetermined dimension L1. The aperture 16 has a flat plate shape in the illustrated example, and is arranged so that the thickness direction thereof is parallel to the ion beam 15. An opening 30 that penetrates the aperture 16 in the thickness direction is provided at the center of the aperture 16, and the ion beam 15 passes through the opening 30 from the top to the bottom. Further, the opening 30 has a shape that allows only scattered ions having a specific energy among scattered ions scattered from the sample on the sample stage 14 to pass through from the bottom to the ion detector 18. Yes. Details thereof will be described later.

前記イオン検出器１８は、前記アパーチャ１６からさらに上方に所定寸法Ｌ２だけ距離をおいた高さ位置に設けられる。このイオン検出器１８は、当該アパーチャ１６の開口３０を通過してきた散乱イオンの到達位置、詳しくは、前記イオンビーム１５の照射軸に対して直交する平面上での二次元位置を検出し、その検出信号を図略の増幅器に向けて出力する。このイオン検出器１８の中央にも、前記イオンビーム１５を通過させるための貫通孔１８ａが設けられている。 The ion detector 18 is provided at a height position spaced a predetermined dimension L2 further upward from the aperture 16. The ion detector 18 detects the arrival position of scattered ions that have passed through the aperture 30 of the aperture 16, more specifically, the two-dimensional position on a plane orthogonal to the irradiation axis of the ion beam 15, A detection signal is output toward an amplifier (not shown). A through hole 18 a for allowing the ion beam 15 to pass therethrough is also provided at the center of the ion detector 18.

なお、本発明においてイオン検出器の具体的な構成は限定されない。このイオン検出器は、イオンビームの通過領域を確保するように設けられるものであって、かつ、散乱イオンの到達位置を検知できるものであればよい。 In the present invention, the specific configuration of the ion detector is not limited. This ion detector may be provided so as to ensure an ion beam passage region and can detect the arrival position of scattered ions.

また、前記距離Ｌ１と前記距離Ｌ２の比は適宜設定可能である。好ましくは２：１程度がよい。 The ratio of the distance L1 and the distance L2 can be set as appropriate. Preferably it is about 2: 1.

前記真空容器１２内には、上下方向に延びる支柱２１，２２が設けられ、これらの支柱２１，２２に取付部材２４，２６をそれぞれ介して前記試料ステージ１４及び前記アパーチャ１６が取付けられる。また、前記イオン検出器１８は検出器ブラケット２７の下面に固定されていてこの検出器ブラケット２７も取付部材２８を介して前記支柱２１，２２に取付けられる。前記検出ブラケット２７の中央部分にも前記イオンビーム１５の通過を許容するための貫通孔２７ａが設けられている。 In the vacuum vessel 12, support columns 21 and 22 extending in the vertical direction are provided, and the sample stage 14 and the aperture 16 are attached to the support columns 21 and 22 via attachment members 24 and 26, respectively. The ion detector 18 is fixed to the lower surface of the detector bracket 27, and the detector bracket 27 is also attached to the support columns 21 and 22 via an attachment member 28. A through hole 27 a for allowing passage of the ion beam 15 is also provided in the central portion of the detection bracket 27.

前記磁場形成用コイル１９は、前記真空容器１２内に前記イオンビーム１５の照射方向と平行な上向きの磁場Ｂを形成するためのもので、前記イオンビーム１５の照射軸を中心とする螺旋状に巻かれている。この磁場形成用コイル１９は、常電導コイルでもよいし、超電導コイルでもよい。また、本発明に係る磁場形成手段は、前記イオンビーム１５の照射方向に相対面する永久磁石対が併用されたものでもよい。 The magnetic field forming coil 19 is for forming an upward magnetic field B parallel to the irradiation direction of the ion beam 15 in the vacuum vessel 12 and is formed in a spiral shape centering on the irradiation axis of the ion beam 15. It is rolled up. The magnetic field forming coil 19 may be a normal conducting coil or a superconducting coil. The magnetic field forming means according to the present invention may be a combination of a permanent magnet pair facing in the irradiation direction of the ion beam 15.

図２は、前記アパーチャ１６及びその周囲の構造を示すもので、前記イオンビーム１５を境としてその左半部の領域のみを示している。また、同図には各種線によって散乱イオンの種々の軌道４０〜４８が描かれている。 FIG. 2 shows the aperture 16 and its surrounding structure, and shows only the left half region with the ion beam 15 as a boundary. In the figure, various trajectories 40 to 48 of scattered ions are drawn by various lines.

前記アパーチャ１６の開口３０は、前記イオンビーム１５の照射軸を中心とする円形をなす。この開口３０を囲むアパーチャ１６の開口周縁部１６ａの下面（すなわち試料２０側の面）は、前記開口３０に向かうに従って（すなわち内側に向かうに従って）上向き（すなわち当該試料２０から離れる向き）に傾斜するテーパー面３６になっている。同様に、前記開口周縁部１６ａの上面（すなわち前記イオン検出器１８側の面）は、前記開口３０に向かうに従って下向き（すなわち当該検出器１８から離れる向き）に傾斜するテーパー面３８になっている。そして、前記両面３６，３８は前記アパーチャ１６の内側端で交わっていてその交線が前記イオンビーム１５の照射軸を中心とする円をなしている。 The aperture 30 of the aperture 16 has a circular shape centered on the irradiation axis of the ion beam 15. The lower surface (that is, the surface on the sample 20 side) of the opening peripheral edge 16a of the aperture 16 surrounding the opening 30 is inclined upward (that is, toward the inside) toward the opening 30 (that is, the direction away from the sample 20). A tapered surface 36 is formed. Similarly, the upper surface (that is, the surface on the side of the ion detector 18) of the opening peripheral edge portion 16a is a tapered surface 38 that is inclined downward (that is, away from the detector 18) toward the opening 30. . The both surfaces 36 and 38 intersect at the inner end of the aperture 16, and the line of intersection forms a circle centered on the irradiation axis of the ion beam 15.

ここで、前記両テーパー面３６，３８のテーパー角は、前記開口周縁部１６ａにおいて通過を許容すべき散乱イオンの入射角に合せて設定される。その詳細は後述する。また、前記テーパー面３６，３８は必ずしも完全な円錐面でなくてもよく、例えばその断面形状が比較的小さい曲率を有するものであってもよい。 Here, the taper angles of both the tapered surfaces 36 and 38 are set in accordance with the incident angle of the scattered ions that should be allowed to pass through the opening peripheral edge portion 16a. Details thereof will be described later. Further, the tapered surfaces 36 and 38 are not necessarily perfect conical surfaces. For example, the cross-sectional shape may have a relatively small curvature.

さらに、このアパーチャ１６の近傍には、当該アパーチャ１６よりも下側（前記試料２０側）に位置する試料側イオン規制部材３２と、当該アパーチャ１６よりも上側（前記イオン検出器１８側）に位置する検出器側イオン規制部材３４とが設けられている。これらのイオン規制部材３２，３４は、円筒状の内周面及び円筒状の外周面をもつ管状をなし、その中心軸が前記イオンビーム１５の照射軸と合致する位置に設けられている。 Further, in the vicinity of the aperture 16, there is a sample-side ion regulating member 32 positioned below the aperture 16 (on the sample 20 side), and above the aperture 16 (on the ion detector 18 side). A detector-side ion regulating member 34 is provided. These ion regulating members 32 and 34 have a tubular shape having a cylindrical inner peripheral surface and a cylindrical outer peripheral surface, and the central axis thereof is provided at a position coincident with the irradiation axis of the ion beam 15.

これらのイオン規制部材３２，３４の外径及び内径と前記アパーチャ１６からの離間距離は、原則として図１に示す散乱角θが一定以下の散乱イオンが前記イオン検出器１８に到達するのを両イオン規制部材３２，３４が阻止するように設定される。すなわち、前記散乱角θが大きな散乱イオンは前記イオン規制部材３２，３４のいずれかの外周面または内周面に当たって検出対象から除外されるように、当該イオン規制部材３２，３４の形状及び位置が設定されている。 As a general rule, the distance between the outer diameter and inner diameter of these ion regulating members 32 and 34 and the aperture 16 is such that scattered ions having a scattering angle θ shown in FIG. The ion regulating members 32 and 34 are set to block. That is, the shape and position of the ion regulating members 32 and 34 are such that the scattered ions having a large scattering angle θ are excluded from the detection target by hitting the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of either of the ion regulating members 32 and 34. Is set.

さらに、前記試料側イオン規制部材３４の上端部（すなわち前記アパーチャ１６側の端部）３２ａの外周面は、上側に向かうに従って（すなわち当該アパーチャ１６に向かうに従って）当該試料側イオン規制部材３２の外径が小さくなる向きに傾斜するテーパー面３２ｔであり、そのテーパー面３２ｔよりも上側の領域を散乱イオンが通過することが可能になっている。同様に、前記検出器側イオン規制部材３６の下端部（すなわち前記アパーチャ１６側の端部）３４ａの外周面は、下側に向かうに従って（すなわち当該アパーチャ１６に向かうに従って）当該試料側イオン規制部材３２の外径が小さくなる向きに傾斜するテーパー面３４ｔであり、そのテーパー面３４ｔよりも下側の領域を散乱イオンが通過することが可能になっている。 Further, the outer peripheral surface of the upper end portion (that is, the end portion on the aperture 16 side) 32a of the sample side ion regulating member 34 is located outside the sample side ion regulating member 32 as it goes upward (that is, toward the aperture 16). The tapered surface 32t is inclined in the direction of decreasing diameter, and the scattered ions can pass through the region above the tapered surface 32t. Similarly, the outer peripheral surface of the lower end portion (that is, the end portion on the aperture 16 side) 34a of the detector side ion regulating member 36 is directed to the lower side (that is, toward the aperture 16), and the sample side ion regulating member. The tapered surface 34t is inclined in the direction in which the outer diameter of 32 becomes smaller, and the scattered ions can pass through a region below the tapered surface 34t.

なお、前記アパーチャ１６及びイオン規制部材３２，３４は導電材料、特に非磁性金属（例えばステンレス鋼）であることが好ましい。さらに、前記イオン規制部材３２，３４は接地されていることが好ましく、この接地は、外乱電場が前記イオンビーム１５の入射軌道に影響を与えるのを抑制するシールド効果を生み出す。 The aperture 16 and the ion regulating members 32 and 34 are preferably made of a conductive material, particularly a nonmagnetic metal (for example, stainless steel). Further, the ion regulating members 32 and 34 are preferably grounded, and this grounding produces a shielding effect that suppresses the disturbance electric field from affecting the incident trajectory of the ion beam 15.

また、前記テーパー面３２ｔ，３４ｔも完全な円錐面でなくてもよい。例えば、その断面が小さな曲率を有する形状であってもよい。 Further, the tapered surfaces 32t and 34t may not be perfect conical surfaces. For example, the cross section may have a shape with a small curvature.

次に、この散乱イオン分析装置の作用を説明する。 Next, the operation of this scattered ion analyzer will be described.

図１において、イオン照射装置１０が下向きにイオンビーム１５を放射すると、このイオンビーム１５は、真空容器１２内の検出器ブラケット２７及びイオン検出器１８のそれぞれの貫通孔２７ａ，１８ａ、検出器側イオン規制部材３４の内側空間、アパーチャ１６の開口３０、および試料側イオン規制部材３２の内側空間を順に通って試料ステージ１４上の試料２０の特定部位に当たる。一方、真空容器１２の外部に設けられた磁場形成用コイル１９がその通電により真空容器１２内に磁場Ｂを形成するが、この磁場Ｂの方向は前記イオンビーム１５の照射方向と平行な方向（図例では上向き）であるため、当該イオンビーム１５は前記磁場の影響を受けることなく前記試料２０の特定部位に向かって直進する。 In FIG. 1, when the ion irradiation device 10 emits an ion beam 15 downward, the ion beam 15 is transmitted through the detector bracket 27 and the ion detector 18 in the through holes 27 a and 18 a on the detector side. It passes through the inner space of the ion restricting member 34, the opening 30 of the aperture 16, and the inner space of the sample side ion restricting member 32 and hits a specific portion of the sample 20 on the sample stage 14. On the other hand, a magnetic field forming coil 19 provided outside the vacuum vessel 12 forms a magnetic field B in the vacuum vessel 12 by energization. The direction of the magnetic field B is parallel to the irradiation direction of the ion beam 15 ( Therefore, the ion beam 15 travels straight toward a specific part of the sample 20 without being affected by the magnetic field.

この試料２０の特定部位へのイオンビーム１５の照射は、当該部位からのイオンの散乱を引き起こす。その散乱したイオンは、当該散乱イオンのもつ電荷と散乱エネルギーから前記磁場Ｂに起因するローレンツ力を受け、前記イオンビーム１５の照射軸を取り巻く螺旋軌道を描きながら上方に進行する。この螺旋軌道を決定する散乱角θや波長は前記散乱イオンのもつエネルギーによって変わる。従って、特定のエネルギーをもつ散乱イオンのみが前記両イオン規制部材３２，３４を回避しながら前記アパーチャ１６の開口３０を通過してイオン検出器１８に到達する。つまり、検出対象となる散乱イオンが前記アパーチャ１６及び両イオン規制部材３２，３４によって選別される。その検出信号は前記イオン検出器１８から増幅器を経て適当な分析表示装置に送られる。 Irradiation of the ion beam 15 to a specific part of the sample 20 causes ion scattering from the part. The scattered ions receive Lorentz force due to the magnetic field B from the charge and scattering energy of the scattered ions, and travel upward while drawing a spiral trajectory surrounding the irradiation axis of the ion beam 15. The scattering angle θ and the wavelength that determine the spiral orbit vary depending on the energy of the scattered ions. Therefore, only scattered ions having specific energy pass through the opening 30 of the aperture 16 and reach the ion detector 18 while avoiding the both ion regulating members 32 and 34. That is, the scattered ions to be detected are selected by the aperture 16 and the both ion regulating members 32 and 34. The detection signal is sent from the ion detector 18 to an appropriate analysis display device through an amplifier.

図２は、前記アパーチャ１６及び両イオン規制部材３２，３４による散乱イオンの選別内容を示している。 FIG. 2 shows the details of the selection of scattered ions by the aperture 16 and both ion regulating members 32 and 34.

この図２に示される各軌道４０〜４８のうち、一点鎖線で示される軌道４０、太い破線で示される軌道４１，４２、及び太い実線で示される軌道４３，４４が、前記イオン検出器１８への到達を許容される散乱イオンの軌道である。これに対し、細い破線で示される軌道４５，４６及び軌道４７，４８が、前記アパーチャ１６またはイオン規制部材３２，３４のいずれかの存在により前記イオン検出器１８への到達が阻止される散乱イオンの軌道である。 Among the trajectories 40 to 48 shown in FIG. 2, the trajectory 40 indicated by the alternate long and short dash line, the trajectories 41 and 42 indicated by the thick broken lines, and the trajectories 43 and 44 indicated by the thick solid lines to the ion detector 18. Is the trajectory of the scattered ions allowed to reach. On the other hand, the orbits 45 and 46 and the orbits 47 and 48 indicated by thin broken lines are scattered ions whose arrival at the ion detector 18 is blocked by the presence of either the aperture 16 or the ion regulating members 32 and 34. Orbit.

また、同図にはイオンビーム１５の照射軸上における３つの領域５０，５２，５４が示されているが、そのうち、前記領域５０は、測定対象として理想的な軌道を描くエネルギーをもつ散乱イオンが通過する領域である。これに対し、前記領域５２は測定対象であるが理想的な軌道を描くエネルギーよりもわずかに小さいエネルギーをもつ散乱イオンが通過する領域、前記領域５４は測定対象であるが理想的な軌道を描くエネルギーよりもわずかに大きいエネルギーをもつ散乱イオンが通過する領域である。 Further, in the figure, three regions 50, 52, and 54 on the irradiation axis of the ion beam 15 are shown. Of these, the region 50 is a scattered ion having energy that draws an ideal trajectory as a measurement target. Is a region through which On the other hand, the region 52 is an object to be measured, but the region through which scattered ions having energy slightly smaller than the energy that draws an ideal trajectory passes, and the region 54 is an object to be measured but draws an ideal trajectory. This is a region through which scattered ions having energy slightly larger than energy pass.

前記軌道４０は、前記領域５０を通過する理想的な軌道である。この軌道４０をもつ散乱イオンはアパーチャ１６及び両イオン規制部材３２，３４のいずれからも十分に間隔をおきながらアパーチャ１６の開口３０を通過し、イオン検出器１８に到達する。 The trajectory 40 is an ideal trajectory that passes through the region 50. The scattered ions having the trajectory 40 pass through the aperture 30 of the aperture 16 with sufficient spacing from both the aperture 16 and both ion regulating members 32 and 34 and reach the ion detector 18.

前記軌道４１，４２をもつ散乱イオンは、それぞれ、アパーチャ１６の開口周縁部１６ａにおけるテーパー面３６，３８をかすめるようにしながら開口３０を通過してイオン検出器１８に到達する。これらの軌道４１，４２をもつ散乱イオンは、前記領域５２，５４を通過し、かつ比較的散乱角θが小さいものであり、測定対象として取り込むべきものであるが、仮に前記アパーチャ１６の開口周縁部にテーパー面３６，３８が形成されていなかった場合、すなわち、図２に二点鎖線１６ｉで示されるように前記アパーチャ１６の開口周縁部１６ａの肉厚が均一であった場合には、当該アパーチャ１６の開口周縁部に当たるためにイオン検出器１８への到達が許容されない。換言すれば、前記軌道４１，４２をもつ散乱イオンは、前記テーパー面３６，３８の設定によりはじめて通過が許容されるといえる。 The scattered ions having the trajectories 41 and 42 pass through the opening 30 and reach the ion detector 18 while fading the tapered surfaces 36 and 38 at the opening peripheral edge 16a of the aperture 16, respectively. The scattered ions having these trajectories 41 and 42 pass through the regions 52 and 54 and have a relatively small scattering angle θ, and should be taken in as a measurement target. When the tapered surfaces 36 and 38 are not formed on the portion, that is, when the thickness of the opening peripheral edge portion 16a of the aperture 16 is uniform as shown by a two-dot chain line 16i in FIG. Since it hits the peripheral edge of the opening of the aperture 16, the ion detector 18 is not allowed to reach the ion detector 18. In other words, it can be said that the scattered ions having the trajectories 41 and 42 are allowed to pass only after the tapered surfaces 36 and 38 are set.

このような軌道４１，４２をもつ散乱イオンの通過を許容する手段として、前記テーパー面３６，３８をもつ開口周縁部１６ａすなわち図２に示される網目部分を除去して開口３０の径を拡大することが考えられる。しかし、このような開口３０の拡径は、本来測定対象として除外すべき軌道４５，４６をもつ散乱イオンの通過を許容してしまう。すなわち、これらの軌道４５，４６は、前記領域５１，５２からさらに外側へ外れる軌道であって、しかも前記軌道４１，４２よりも散乱角が大きい軌道であり、イオン検出器１８の検出対象として好ましくない散乱イオンの軌道であるが、当該散乱イオンは、前記網目で示される開口周縁部１６ａがなければ開口３０を通過してイオン検出器１８に到達してしまう。これに対し、前記開口周縁部１６ａが存在すれば、当該開口周縁部１６ａに前記散乱イオンが当たるためにその検出が阻止される。 As means for allowing the passage of scattered ions having such trajectories 41 and 42, the opening peripheral edge portion 16a having the tapered surfaces 36 and 38, that is, the mesh portion shown in FIG. It is possible. However, such an increase in the diameter of the opening 30 allows passage of scattered ions having trajectories 45 and 46 that should be excluded from measurement. That is, these trajectories 45 and 46 are trajectories deviating further outward from the regions 51 and 52 and having a larger scattering angle than the trajectories 41 and 42 and are preferable as detection targets of the ion detector 18. Although there are no scattered ion trajectories, the scattered ions pass through the opening 30 and reach the ion detector 18 if there is no aperture peripheral edge portion 16a indicated by the mesh. On the other hand, if the opening peripheral edge portion 16a is present, the scattered ion hits the opening peripheral edge portion 16a, so that detection thereof is prevented.

すなわち、前記テーパー面３６，３８をもつ開口周縁部１６ａは、好ましい軌道４１，４２をもつ散乱イオンを取り込み、かつ、好ましくない軌道４５，４６をもつ散乱イオンを排除する選別機能を有している。従って、前記テーパー面３６，３８のテーパー角は、選択すべき散乱イオン及び排除すべき散乱イオンの散乱角の考慮に基づいて適宜設定されればよい。 That is, the opening peripheral edge portion 16a having the tapered surfaces 36 and 38 has a selection function of taking in scattered ions having preferable trajectories 41 and 42 and eliminating scattered ions having undesirable trajectories 45 and 46. . Therefore, the taper angles of the tapered surfaces 36 and 38 may be set as appropriate based on considerations of the scattering ions to be selected and the scattering ions to be excluded.

また、開口周縁部１６ａは、前記テーパー面３６，３８のうちのいずれか一方のテーパー面のみを有するものであってもよい。例えば、前記テーパー面３６がなくて下面（試料側の面）が水平であり、前記テーパー面３８のみを有するものであってもよい。逆に前記テーパー面３８がなくて上面（検出器側の面）が水平であり、前記テーパー面３６のみを有するものであってもよい。 Moreover, the opening peripheral part 16a may have only one of the tapered surfaces 36 and 38. For example, the taper surface 36 may be omitted, and the lower surface (sample-side surface) may be horizontal and may have only the taper surface 38. Conversely, the taper surface 38 may be omitted, and the upper surface (surface on the detector side) may be horizontal and only have the taper surface 36.

一方、前記軌道４３，４４をもつ散乱イオンは、それぞれ、前記領域５２，５４を通過する測定対象イオンであって、試料側イオン規制部材３２の上端部３２ａにおけるテーパー面３２ｔの上側および検出器側イオン規制部材３４の下端部３４ａにおけるテーパー面３４ｔの下側をかすめるようにしながら開口３０を通過してイオン検出器１８に到達する。しかし、仮に前記試料側イオン規制部材３２の上端部３２ａや前記検出器側イオン規制部材３４の下端部３４ａにテーパー面３２ｔ，３４ｔが形成されていなかった場合、すなわち、図２に二点鎖線３２ｉ，３４ｉで示されるように前記各イオン規制部材３２，３４の肉厚が均一であった場合、前記散乱イオンは当該イオン規制部材３２，３４の端部に当たるためにイオン検出器１８へ到達することができない。換言すれば、前記軌道４３，４４をもつ散乱イオンは前記テーパー面３２ｔ，３４ｔの設定によりはじめて通過が許容されるといえる。 On the other hand, the scattered ions having the trajectories 43 and 44 are measurement target ions that pass through the regions 52 and 54, respectively, and are above the tapered surface 32t and the detector side at the upper end portion 32a of the sample-side ion regulating member 32. The ion restricting member 34 passes through the opening 30 and reaches the ion detector 18 while grabbing the lower side of the tapered surface 34t at the lower end 34a. However, if the tapered surfaces 32t and 34t are not formed on the upper end portion 32a of the sample side ion regulating member 32 or the lower end portion 34a of the detector side ion regulating member 34, that is, a two-dot chain line 32i in FIG. , 34i, when the thickness of each of the ion regulating members 32, 34 is uniform, the scattered ions reach the ion detector 18 because they hit the ends of the ion regulating members 32, 34. I can't. In other words, it can be said that the scattered ions having the trajectories 43 and 44 are allowed to pass through only by setting the tapered surfaces 32t and 34t.

このような軌道４３，４４をもつ散乱イオンについても、その通過を許容する手段として、前記テーパー面３２ｔ，３４ｔをもつ端部３２ａ，３４ａすなわち図２に示される網目部分を除去してアパーチャ１６の開口と両イオン規制部材３２，３４との間隔を拡大することが考えられる。しかし、このような間隔の拡大は、本来測定対象として除外すべき軌道４７，４８をもつ散乱イオンの通過を許容してしまう。すなわち、これらの軌道４７，４８は、前記領域５１，５２からさらに外側に外れる軌道であって、イオン検出器１８の検出対象からは除外すべき散乱イオンの軌道であるが、前記網目で示されるイオン規制部材３２，３４の端部３２ａ，３４ａがなければ、前記軌道をもつ散乱イオンは両イオン規制部材３２，３４間及び前記開口３０を通過してイオン検出器１８に到達してしまう。しかし、前記端部３２ａ，３４ａが存在すれば、当該端部３２ａ，３４ａにそれぞれ前記軌道４７，４８をもつ散乱イオンが当たるために当該散乱イオンの検出が阻止される。 As a means for allowing passage of scattered ions having such trajectories 43 and 44, the end portions 32a and 34a having the tapered surfaces 32t and 34t, that is, the mesh portions shown in FIG. It is conceivable to increase the distance between the opening and both ion regulating members 32 and 34. However, such an increase in the interval allows passage of scattered ions having trajectories 47 and 48 that should be excluded from measurement. That is, these trajectories 47 and 48 are trajectories deviating further from the regions 51 and 52 and are trajectories of scattered ions that should be excluded from the detection target of the ion detector 18, but are indicated by the mesh. Without the end portions 32 a and 34 a of the ion regulating members 32 and 34, the scattered ions having the trajectory pass between both the ion regulating members 32 and 34 and through the opening 30 to reach the ion detector 18. However, if the end portions 32a and 34a exist, the scattered ions having the trajectories 47 and 48 hit the end portions 32a and 34a, respectively, so that detection of the scattered ions is prevented.

すなわち、前記テーパー面３２ｔ，３４ｔをもつ端部３２ａ，３４ａも、好ましい軌道４３，４４をもつ散乱イオンのみを取り込む選別機能を有している。従って、前記テーパー面３２ｔ，３４ｔのテーパー角も、選択すべき散乱イオン及び排除すべき散乱イオンの軌道を考慮して適宜設定すればよい。 That is, the end portions 32a and 34a having the tapered surfaces 32t and 34t also have a selection function of taking in only scattered ions having the preferable trajectories 43 and 44. Accordingly, the taper angles of the tapered surfaces 32t and 34t may be appropriately set in consideration of the scattered ions to be selected and the orbits of the scattered ions to be excluded.

本発明は、前記イオン規制部材３２，３４を具備しない実施形態も含み得る。この実施形態においても、前記テーパー面３６，３８をもつアパーチャ１６の開口周縁部１６ａが従来技術では享受し得ない散乱イオン選別機能を発揮し得る。また、前記両イオン規制部材３２，３４を具備する場合にも、そのいずれか一方のイオン規制部材のみが前記テーパー面を有するものであってもよい。例えば、試料側イオン規制部材３２の上端部３２ａのみが前記テーパー面３２ｔを有し、検出器側イオン規制部材３４の下端部３４ａがストレートであってもよい。 The present invention may include an embodiment that does not include the ion regulating members 32 and 34. Also in this embodiment, the aperture peripheral edge portion 16a of the aperture 16 having the tapered surfaces 36 and 38 can exhibit a scattered ion selection function that cannot be enjoyed by the prior art. Also, when both the ion restricting members 32 and 34 are provided, only one of the ion restricting members may have the tapered surface. For example, only the upper end portion 32a of the sample side ion regulating member 32 may have the tapered surface 32t, and the lower end portion 34a of the detector side ion regulating member 34 may be straight.

前記図１及び図２に示す装置において、磁場強度が２Ｔ、試料２０からアパーチャ１６までの距離Ｌ１が３００ｍｍ、アパーチャ１６からイオン検出器１８までの距離Ｌ２が１５０ｍｍ、アパーチャ１６の開口３０の径が１ｍｍ、円筒状イオン規制部材３２，３４の内径が２０ｍｍに設定される。この場合、二次元イオン検出器１８上でその中心からの距離ρ_ｄが最も大きい位置に入射される散乱イオンの散乱角θは１１９°となる（前記図５参照）。このような散乱角をもつ散乱イオンをアパーチャ１６の開口周縁部１６ａの近傍で通過させるためには、当該開口周縁部１６ａにおける各テーパー面３６，３８のテーパー角を２９°以下にする（すなわち当該開口周縁部１６ａのエッジ角を５８°以下にする）のがよい。また、イオン規制部材３２，３４の端部３２ａ，３４ａにおけるテーパー面３２ｔ，３４ｔのテーパー角については、前記距離ρ_ｄが２０ｍｍを超える散乱イオンを検出対象とする場合、１０°以下とするのがよい。 In the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic field strength is 2T, the distance L1 from the sample 20 to the aperture 16 is 300 mm, the distance L2 from the aperture 16 to the ion detector 18 is 150 mm, and the diameter of the opening 30 of the aperture 16 is. The inner diameter of the cylindrical ion regulating members 32 and 34 is set to 1 mm and 20 mm. In this case, the scattering angle of the scattered ions incident to the largest position distance [rho _d is from the center on the two-dimensional ion detector 18 theta becomes 119 ° (see FIG. 5). In order to allow scattered ions having such a scattering angle to pass in the vicinity of the opening peripheral edge 16a of the aperture 16, the taper angles of the tapered surfaces 36 and 38 in the opening peripheral edge 16a are set to 29 ° or less (that is, the relevant The edge angle of the opening peripheral edge portion 16a is preferably 58 ° or less. The end portion 32a of the ion regulating member 32, the tapered surface at 34a 32t, the taper angle of the 34t, when the distance [rho _d is a detection target of the scattered ions of more than 20 mm, that a 10 ° or less Good.

本発明の実施の形態に係る散乱イオン分析装置の全体構成を示す断面正面図である。It is a section front view showing the whole composition of the scattering ion analyzer concerning an embodiment of the invention. 前記分析装置に装備されるアパーチャ及びイオン規制部材の要部の形状を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the shape of the principal part of the aperture and ion control member with which the said analyzer is equipped. 従来の散乱イオン分析装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the conventional scattered ion analyzer. アパーチャを通過することが可能な散乱イオンの軌道を示す図である。It is a figure which shows the track | orbit of the scattered ion which can pass an aperture. 前記検出位置の中心位置からの距離ρ_ｄと散乱イオンのエネルギー及び散乱角との関係の一例を示したグラフである。It is the graph which showed an example of the relationship between distance (rho) _d from the center position of the said detection position, the energy of a scattering ion, and a scattering angle. 前記距離ρ_ｄと前記イオン検出器のエネルギー分解能及びイオン補足立体角Ωとの関係を示したものである。It shows the relationship between the energy resolution and ion supplemental solid angle Ω of the ion detector, the distance [rho _d.

符号の説明Explanation of symbols

Ｂ磁場
θ 散乱角
１０イオン照射装置
１４試料ステージ
１５イオンビーム
１６アパーチャ
１８イオン検出器
１９磁場形成用コイル
２０試料
３０開口
３２試料側イオン規制部材
３２ａ試料側イオン規制部材の上端部
３２ｔ試料側イオン規制部材の上端部におけるテーパー面
３４検出器側イオン規制部材
３４ａ検出器側イオン規制部材の下端部
３４ｔ検出器側イオン規制部材の下端部におけるテーパー面
３６開口周縁部の試料側のテーパー面
３８開口周縁部の検出器側のテーパー面
４０〜４８散乱イオンの軌道 B Magnetic field θ Scattering angle 10 Ion irradiation device 14 Sample stage 15 Ion beam 16 Aperture 18 Ion detector 19 Magnetic field forming coil 20 Sample 30 Opening 32 Sample side ion regulating member 32a Upper end of sample side ion regulating member 32t Sample side ion regulating Tapered surface at the upper end of the member 34 Detector-side ion regulating member 34a Lower end of the detector-side ion regulating member 34t Tapered surface at the lower end of the detector-side ion regulating member 36 Tapered surface on the sample side of the opening periphery 38 Opening periphery Taper surface on the detector side 40-48 orbit of scattered ions

Claims

加速されたイオンビームが試料に照射されたときに当該試料から散乱する散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するための散乱イオン分析装置であって、
内部に前記イオンビームが照射されるとともに、このイオンビームが当たる位置に前記試料がセットされる真空容器と、
この真空容器内に前記イオンビームの入射方向と平行な方向の磁場を形成するための磁場形成手段と、
前記磁場が形成された前記真空容器内で前記試料から散乱するイオンを検出するイオン検出器と、
このイオン検出器と前記試料との間の位置に設けられ、前記イオン検出器側から前記試料側に入射される前記イオンビームの通過を許容する開口を有するアパーチャとを備え、
このアパーチャは、前記試料から散乱するイオンのうち特定の範囲の散乱角を有しかつ前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に特定の領域内で収束するイオンのみが前記開口を通過する位置に設けられ、かつ、この開口の周縁部の前記試料側の面は当該開口に向かうに従って当該試料から離れる向きに傾斜していることを特徴とする散乱イオン分析装置。 A scattered ion analyzer for measuring an energy spectrum of scattered ions scattered from a sample when the sample is irradiated with an accelerated ion beam,
A vacuum vessel in which the ion beam is irradiated and the sample is set at a position where the ion beam strikes;
A magnetic field forming means for forming a magnetic field in a direction parallel to the incident direction of the ion beam in the vacuum container;
An ion detector for detecting ions scattered from the sample in the vacuum vessel in which the magnetic field is formed;
An aperture provided at a position between the ion detector and the sample, and having an aperture that allows passage of the ion beam incident on the sample side from the ion detector side;
In this aperture, only ions having a scattering angle in a specific range among ions scattered from the sample and converging in a specific region on the beam axis of the ion beam by the magnetic field of the magnetic field generating means pass through the opening. The scattered ion analyzer is characterized in that the surface on the sample side of the peripheral edge of the opening is inclined in a direction away from the sample toward the opening.

加速されたイオンビームが試料に照射されたときに当該試料から散乱する散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するための散乱イオン分析装置であって、
内部に前記イオンビームが照射されるとともに、このイオンビームが当たる位置に前記試料がセットされる真空容器と、
この真空容器内に前記イオンビームの入射方向と平行な方向の磁場を形成するための磁場形成手段と、
前記磁場が形成された前記真空容器内で前記試料から散乱するイオンを検出するイオン検出器と、
このイオン検出器と前記試料との間の位置に設けられ、前記イオン検出器側から前記試料側に入射される前記イオンビームの通過を許容する開口を有するアパーチャとを備え、
このアパーチャは、前記試料から散乱するイオンのうち特定の範囲内の散乱角を有しかつ前記磁場発生手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に特定の領域内で収束するイオンのみが前記開口を通過する位置に設けられ、かつ、この開口の周縁部の前記検出器側の面は当該開口に向かうに従って当該検出器から離れる向きに傾斜していることを特徴とする散乱イオン分析装置。 A scattered ion analyzer for measuring an energy spectrum of scattered ions scattered from a sample when the sample is irradiated with an accelerated ion beam,
A vacuum vessel in which the ion beam is irradiated and the sample is set at a position where the ion beam strikes;
A magnetic field forming means for forming a magnetic field in a direction parallel to the incident direction of the ion beam in the vacuum container;
An ion detector for detecting ions scattered from the sample in the vacuum vessel in which the magnetic field is formed;
An aperture provided at a position between the ion detector and the sample, and having an aperture that allows passage of the ion beam incident on the sample side from the ion detector side;
This aperture has a scattering angle within a specific range among the ions scattered from the sample, and only ions that converge in a specific region on the beam axis of the ion beam by the magnetic field of the magnetic field generation means have the opening. A scattered ion analyzer characterized by being provided at a passing position, and a surface of the peripheral edge of the opening on the detector side being inclined away from the detector toward the opening.

請求項２記載の散乱イオン分析装置において、
前記アパーチャの開口の周縁部の前記試料側の面は当該開口に向かうに従って当該試料から離れる向きに傾斜していることを特徴とする散乱イオン分析装置。 The scattered ion analyzer according to claim 2,
The scattered ion analyzer according to claim 1, wherein the surface on the sample side of the peripheral edge of the aperture opening is inclined in a direction away from the sample toward the opening.

請求項１〜３のいずれかに記載の散乱イオン分析装置において、
前記アパーチャの近傍であって当該アパーチャよりも前記試料側の位置及び当該アパーチャよりも前記イオン検出器側の位置にそれぞれ設けられる試料側イオン規制部材及び検出器側イオン規制部材を備え、これらのイオン規制部材は、それぞれ、前記イオンビームのビーム軸と同軸の円筒状外周面を有し、かつ、散乱角が一定以下の散乱イオンが前記イオン検出器に到達するのを阻止する形状を有することを特徴とする散乱イオン分析装置。 In the scattered ion analyzer in any one of Claims 1-3,
A sample-side ion regulating member and a detector-side ion regulating member that are provided in the vicinity of the aperture and at a position closer to the sample than the aperture and a position closer to the ion detector than the aperture. Each of the regulating members has a cylindrical outer peripheral surface that is coaxial with the beam axis of the ion beam, and has a shape that prevents scattered ions having a scattering angle of a certain value or less from reaching the ion detector. Characteristic scattered ion analyzer.

請求項４記載の散乱イオン分析装置において、
前記試料側イオン規制部材の前記アパーチャ側の端部の外周面は、当該アパーチャに向かうに従って前記試料側イオン規制部材の外径が小さくなる向きに傾斜していることを特徴とする散乱イオン分析装置。 The scattered ion analyzer according to claim 4.
An outer peripheral surface of an end portion on the aperture side of the sample side ion regulating member is inclined so that an outer diameter of the sample side ion regulating member becomes smaller toward the aperture. .

請求項４または５記載の散乱イオン分析装置において、
前記検出器側イオン規制部材の前記アパーチャ側の端部の外周面は、当該アパーチャに向かうに従って前記検出器側イオン規制部材の外径が小さくなる向きに傾斜していることを特徴とする散乱イオン分析装置。 The scattered ion analyzer according to claim 4 or 5,
Scattered ions characterized in that the outer peripheral surface of the end portion on the aperture side of the detector side ion regulating member is inclined so that the outer diameter of the detector side ion regulating member becomes smaller toward the aperture. Analysis equipment.

請求項４〜６のいずれかに記載の散乱イオン分析装置において、
前記試料側イオン規制部材及び前記検出器側イオン規制部材が導電材料からなり、かつ、接地されていることを特徴とする散乱イオン分析装置。 In the scattering ion analyzer in any one of Claims 4-6,
The scattered ion analyzer, wherein the sample side ion regulating member and the detector side ion regulating member are made of a conductive material and are grounded.