JPH0355934B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は固体の表面を分析する装置に係り、就
中試料表面をイオン衝撃してスパツタされた粒子
を分析する表面分析装置に関する。 〔従来技術とその問題点〕 表面分析装置は近年、工場、研究機関等に普及
し、その種類も多く、用途に適したものが選択さ
れている。 核融合の研究においては、プラズマに不純物を
供給するプラズマ・壁相互作用の研究が重要であ
る。この用途には燃料として考えられている水素
の同位元素と、灰物質のヘリウムを分析できるも
のが必要である。水素、ヘリウム等を分析できる
表面分析装置に、二次イオン質量分析装置があ
る。これは、試料に一次イオンを照射し、表面か
らスパツタされた粒子のうちのイオンの質量分析
を行うものである。二次イオン質量分析装置を核
融合装置にとりつけて、プラズマ・壁相互作用の
研究に使用する場合には、従来二つの問題があつ
た。 試料照射用の一次イオンを生成するイオン源か
らは、イオンの他に多量の作動気体（一次イオン
となるべき気体）が流出するが、この作動気体が
核融合装置を汚染しないような対策が必要であ
る。その対策としては、イオンビームのビームラ
インを差動排気する等があるが、装置が大形かつ
複雑になるという問題がある。これが第一の問題
である。 一方、二次イオン質量分析に利用される二次イ
オンの収率、すなわち一次イオン１個あたりの二
次イオンの数、が非常に小さいから、二次イオン
の質量分析には非常に高感度の計測装置を必要と
する。これが第二の問題である。 〔発明の目的〕 本発明は斯かる事情に鑑みて為されたもので、
その目的とするところは、第一に核融合装置等へ
の使用に適するよう簡易で小形の質量分析装置を
提供すること、第二に高感度の計測装置を用いな
くても機能する質量分析装置を提供することにあ
る。 〔発明の概要〕 上記の目的を達成するためにこの発明は、排気
装置と気体供給装置を有する真空装置に接続して
使用される真空容器と、該真空容器に収容される
陽極と二つの陰極で試料の表面物質のイオンを発
生させる二次イオン発生部を形成し、該陽極は裁
頭円錐状の中空部を有し、該中空部の直径の小な
る開口部に対しては第一の陰極を、大なる開口部
に対しては第二の陰極を、それぞれの開口部を覆
うように配設し、第一の陰極には陽極の中空部と
同軸の貫通孔を設け、第二の陰極には陽極の中空
部の軸心の位置に表面分析される試料を配設し、
かつ、上記陽極の中空部に、陽極の内側表面に実
質的に平行である磁場を印加する手段を設け、陽
極には二つの陰極の電位よりも高く、第一の陰極
には第二の陰極の電位よりも高くない電位を与え
る手段とにより、表面分析に用いる二次イオン発
生装置を構成した。 〔発明の効果〕 放電空間に面して試料を配設し、かつ磁場の強
度分布を、放電で発生した一次イオンが試料表面
に衝突するのに適したものとして、差動排気系を
用いない小形で簡易な装置で高いガス効率で一次
イオンの試料照射を行い、スパツタされた試料表
面物質の粒子の大部分を占める中性原子を、二次
イオン発生部に閉じ込められている高温高密度の
電子群でイオン化して大量の二次イオンを発生さ
せ、二次イオンの検出へ高感度の計測装置を使用
する必要をなくした。 〔発明の実施例〕 第１図は本発明の一実施例を示す表面分析装置
の主要部縦断面図である。 １は真空容器で、排気装置と気体供給装置を有
する真空装置のポート２に排続されている。３は
裁頭円錐状の中空部４を有する陽極、５は該陽極
の中空部４の直径の小なる開口を覆うごとく配設
され、該陽極の中空部と同軸の貫通孔６を有する
第一の陰である。 ７は第二の陰極で、上記陽極の中空部４の直径
の大なる開口を覆うごとく配設され、該陽極の中
空部４の軸心の位置には、該第二の陰極７の一部
をなす表面分析される試料８がホルダ９に保持さ
れて配設される。ホルダ９は図示されない電源出
力を印加される端子１０から第二の陰極７への給
電径路を兼ねる。第二の陰極７は上記ポート２の
内部にある図示されない支持部により支持された
支柱１１で、真空容器１と絶縁されて支持され
る。第一の陰極５は、上記ポート２の内部の支持
部により支持される支柱１２により支持され、図
示されない電源から該支柱１２を径て給電され
る。陽極１は接地された上記真空容器１に支持さ
れ、接地電位で使用される。 本発明は二次イオンの質量分析の方法に関し
て、何等の制限を課すものではないが、本実施例
においては、イオン速度選択装置１３を用いてい
る。１４はイオン検出装置である。該イオン速度
選択装置１３は、互に絶縁された二板の導伝板
と、それを収容するケースからなる。該イオン検
出装置１４はフアラデーカツプを用いている。イ
オン速度選択装置１３及イオン検出装置１４は、
内部に通電径路を有し、上記ポートの支持部によ
り支持された支柱１５により支持される。陽極
３、第一の陰極５、第二の陰極７、イオン速度選
択装置１３及びイオン検出装置１４は、上記真空
容器１に収容されている。 １６はコイルで、図示されない電源とともに磁
場発生装置を構成する。１６ａは一様巻きされた
コイル、１６ｂは長平方向に巻数を変化させたコ
イルで、二つのコイル１６ａと１６ｂはコイル１
６を構成し、図示されない電源により励磁された
コイル１６は、上記陽極の中空部４の全体に、陽
極３の内側表面において、該内側表面に実質的に
平行である磁場を印加し、かつイオン速度選択装
置にほぼ一様な磁場を印加する。 第２図は本発明の表面分析装置の主要部動作説
明図である。第１図と共通する部分には同一番号
を符し、説明の重複は避ける。コイル１６は第２
図では図示せず、その作る磁場を示す磁力線１７
を第２図に示してある。陽極３は接地され、第二
の陰極７には電源１８により負の電位が与えられ
ている。第一の陰極５には電源１８及び１９によ
り第二の陰極７より更に低い電位が与えられる。 以下第１図及び第２図を参照して本発明の作用
を説明すると、一次イオンとなるべき気体例えば
アルゴンは、本実施例ではポート２を通して真空
容器１に供給され、陽極の中空部４に達する。該
陽極の中空部４には、印加された磁場と電極間電
圧により作られる電場により、一種のPIG放電が
発生し自持する。放電を安全に自続させるため
に、第二の陰極の電位は第二の陰極の電位により
高くないことを要する。陽極の中空部４には、高
温高密度の電子群が閉じ込められていて、気体の
分子をイオン化する。イオン化された分子（例え
ばアルゴンの原子）は、電磁場から受ける力によ
り、陽の中空部４を例えば第２図に軌跡２０とし
て示す様に運動しながら、磁場の弱い部分に置か
れた試料の方向に移動し、高い確率で試料の表面
に衝突する。試料の表面に入射する一次イオン
は、本発明で用いているPIG放電では低い作動ガ
ス圧力で充分な量が得られるから、本発明では一
次イオン照射のための差動排気系が不要であり、
表面分析装置が小形化かつ簡易化できる。 従来の二次イオン質量分析は、スパツタされた
粒子のうち大部分を占める中性原子は利用でき
ず、非常に少量しか含まれていない二次イオンを
用いていたため、二次イオンの検出には特殊な高
密度の計測装置を必要としていた。本発明では、
スパツタされた粒子のほぼ全部に近い中性原子を
利用する。イオン衝撃を受け、試料表面から放出
された中性原子は、PIG放電の電子群の中を運動
し、その一部はイオン化されて第一の陰極の貫通
孔６を通過する。イオン速度選択装置１３は、導
体板間電圧を設定して所定の速度のイオンだけを
イオン検出装置１４に導くものである。第一の陰
極の貫通孔６を通過し、イオン速度選択装置１３
の入射孔に達したイオンは、一定のエネルギを持
つから、その速度によつて質量が求まる。すなわ
ち、イオン速度選択装置１３の導体板間電圧を変
化させて、イオン検出装置１４の検出するイオン
電流値との対応を得ることにより、試料８の表面
分析ができる。PIG放電の電子群は、試料８から
スパツタされた中性原子を効率よくイオン化する
から、イオン検出装置１４の検出するイオン電源
は従来の表面分析装置のイオン電源より非常に大
きくなり、特殊な高感度の計測装置を使用する必
要はない。 〔発明の実施例〕 作動気体はどこから導入してもよく、例えば端
子１０から導入してよい磁場発生装置は、実施例
で示した空心コイルでなくてもよい。 イオンの質量分析は、実施例で示した速度選択
方式でなくてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す表面分析装置
の主要部縦断面図、第２図は本発明の主要部動作
説明図である。 １…真空容器、２…真空装置のポート、３…陽
極、４…陽極の中空部、５…第一の陰極、６…第
一の陰極の貫通孔、７…第二の陰極、８…試料、
１６…コイル、１８，１９…電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気装置を有する真空装置に接続して使用さ
   れ、下記陽極と二つの陰極を収容する真空容器
   と、裁頭円錐状の中空部を有する陽極と、該陽極
   の中空部の直径の小なる開口を覆うごとく配設さ
   れ、該陽極の中空部と同軸の貫通孔を有する第一
   の陰極と、上記陽極の中空部の直径の大なる開口
   を覆うごとく配設され、該陽極の中空部の軸心の
   位置に表面分析される試料を配設された第二の陰
   極と、 上記陽極の中空部に、陽極の内側表面に実質的
   に平行である磁場を印加する手段と、第二の陰極
   には陽極電位より低く、第一の陰極には第二の陰
   極の電位より高くない電位を与える手段と、を具
   備することを特徴とする表面分析装置。