JPH05273154A - イオン散乱分光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン散乱分光において、エネルギー分解能
を高くし中性化された散乱粒子の測定も可能とする。 【構成】 イオン散乱分光装置のエネルギーアナライザ
を第１の設定エネルギー以下のエネルギーを有した散乱
イオンを反射するローエネルギーパス部と、第２の設定
エネルギー以上のエネルギーを有した散乱イオンを通過
させるハイエネルギーパス部とから構成することによっ
て高分解能のエネルギー分析を行い、イオン化装置によ
って中性化された散乱粒子のイオン化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合金表面や半導体薄膜
表面あるいは触媒表面などの極表面層の組成分析を行な
うイオン散乱分光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えばＩＳＳ（Ion Scattering Spectroscopy ) と呼ば
れるイオン散乱分光装置が知られている。このイオン散
乱分装置においては、０．１〜数ｋｅＶの希ガスイオン
を固体表面に入射させることによって生じる２次電子放
出、スパッタリング、イオン散乱などの諸現象の中から
イオン散乱を利用して表面を分析する装置である。この
イオン散乱分光の例として、ＩＣＩＳＳ (Impact-Colli
sin Ion Scattering Spectroscopy ) と呼ばれる直衝突
イオン散乱分光法、およびＣＡＩＣＩＳＳ (Coaxial Im
pact-Collisin Ion Scattering Spectroscopy ) と呼ば
れる同軸形直衝突イオン散乱分光法がある。この直衝突
イオン散乱分光法では散乱角が１８０度近傍で散乱され
たイオンを静電形エネルギーアナライザによって検出
し、同軸形直衝突イオン散乱分光法では散乱粒子のエネ
ルギー測定方法として飛行時間法を用いている。

【０００３】以下に、前記の従来のイオン散乱分光装置
を図７に示す同軸形直衝突イオン散乱分光装置を例にと
って説明する。イオン銃４１から発せられ試料Ｓに入射
されたイオン粒子は、その試料Ｓにおいて散乱される。
散乱イオンの中で１８０度近傍で散乱された散乱イオン
はイオン銃４１と試料Ｓとを結ぶ軸上を逆に戻る。該散
乱イオンは該軸の途中であってイオン銃４１と試料Ｓと
の間に設置されたＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）
によって電子増倍され、アノード８０によって検出され
る。これらの装置は排気装置５１、５２などによって減
圧されている。散乱粒子のエネルギー測定には飛行時間
法（ＴＯＦ法；Time of Flite Method)が用いられてい
る。この飛行時間法を図によって説明する。パルス源３
２からはトリガパルス信号が発せられ、該トリガパルス
信号によってイオン源からのイオン粒子の放射方向を制
御し、試料Ｓに向けて照射する。同時に前記トリガパル
ス信号によって計時装置８２のカウントを開始する。イ
オン粒子が試料Ｓに照射するとイオン粒子は散乱され
る。試料Ｓから散乱された散乱イオンが逆方向に進みア
ノード８０によって検出されると、該検出信号はプリア
ンプ８１によって増幅されて計時装置８２に入力され、
該計時装置８２のカウントを停止する。この計時装置８
２の計測の時間と散乱イオンが走行する距離とからエネ
ルギーを測定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、以下のような問題点があった。 （１）同軸形直衝突イオン散乱分光法では、その散乱粒
子のエネルギー測定に飛行時間法を用いているため、パ
ルス幅と飛行時間型分析器のラインの長さによってエネ
ルギー分解能が制限される。 （２）イオン粒子の検出に１２７度同心円筒型アナライ
ザを用いているイオン散乱分光法では、このアナライザ
の構造上検出するエネルギー値に応じて出力信号幅が異
なり、分解能を一定とすることができない。 （３）直衝突イオン散乱分光法では、その散乱粒子のエ
ネルギー測定に静電形エネルギーアナライザを用いてい
るため、測定角をちょうど１８０度にすることができな
い。また、入射イオンが散乱される際大きな確率で中性
化された中性粒子となり、静電形エネルギーアナライザ
ではその中性化された中性粒子を測定することができな
い。

【０００５】本発明は以上述べた問題点を除去し、エネ
ルギー分解能が高く、かつ中性化された中性粒子も測定
することができるイオン散乱分光装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の欠点を
克服するために、イオン散乱分光装置を、第１の設定エ
ネルギー以下のエネルギーを有した散乱イオンを反射す
るローエネルギーパス部と、第２の設定エネルギー以上
のエネルギーを有した散乱イオンを通過させるハイエネ
ルギーパス部とから構成される静電形エネルギーアナラ
イザと、イオン検出器とから構成して、前記静電形エネ
ルギーアナライザによってエネルギー選別された散乱粒
子を前記イオン検出器で検出してイオン照射による試料
からの散乱粒子のエネルギー分析を行なうものである。

【０００７】また、イオン散乱分光装置を中性化された
散乱粒子をイオン化するイオン化装置と、第１の設定エ
ネルギー以下のエネルギーを有した散乱イオンを反射す
るローエネルギーパス部と、第２の設定エネルギー以上
のエネルギーを有した散乱イオンを通過させるハイエネ
ルギーパス部とから構成される静電形エネルギーアナラ
イザと、イオン検出器とから構成して、１次イオンの衝
突による散乱粒子が前記イオン化装置を通過後に前記静
電形エネルギーアナライザおよび前記イオン検出器に導
入されるように配置し、前記中性化された散乱粒子をイ
オン化した後前記静電形エネルギーアナライザによって
エネルギー選別し、前記イオン検出器で検出してイオン
照射による試料からの散乱粒子のエネルギー分析を行な
うものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、イオン散乱分光装置を前記の
構成とすることによって、 （１）第１の設定エネルギー以下のエネルギーを有した
散乱イオンを反射するローエネルギーパス部と、第２の
設定エネルギー以上のエネルギーを有した散乱イオンを
通過させるハイエネルギーパス部とから構成されるロー
パス、ハイパス型静電形エネルギーアナライザを用いる
ことによって分解能の高い測定が可能となり、微量分析
や微小部分析が可能となる。また、元素分析がより高い
エネルギー分解能で行なえる。 （２）また、前記ローパス、ハイパス型静電形エネルギ
ーアナライザを用いることによって、装置の長さを短く
して小型とすることができる。 （３）さらに、前記ローパス、ハイパス型静電形エネル
ギーアナライザを用いることによって、イオン源と試料
との距離を短くすることができイオンビームの絞りが容
易となる。 （４）散乱により中性化された散乱粒子を、イオン化す
る手段を試料と前記ローパス、ハイパス型静電形エネル
ギーアナライザとの間に設置することによって、中性化
された散乱粒子の検出に対して、分解能の高いローパ
ス、ハイパス型静電形エネルギーアナライザの使用が可
能となり、試料のバルクの情報を得ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を直衝突イオン散乱分装置に適
用した場合の実施例を図を参照しながら詳細に説明す
る。図１〜図６によって、本発明の第１の実施例を説明
する。図１は、本発明の本発明の第１の実施例の直衝突
イオン散乱分装置の概略図である。直衝突イオン散乱分
装置は、試料Ｓとエネルギーアナライザ１と検出器２と
イオン源４とイオン化装置６とそれら装置の電源３およ
び排気装置５１、５２とから構成される。イオン源４か
ら試料Ｓに向かって順にイオン源４、エネルギーアナラ
イザ１、検出器２、イオン化装置６、および試料Ｓが配
置される。イオン源４から発せられるイオン粒子はエネ
ルギアナライザ１、検出器２、イオン化装置６を通過し
て試料Ｓに照射される。試料Ｓにおいて１８０度の方向
に散乱されたイオン粒子は、照射方向と逆方向に進み、
イオン化装置６および検出器２を前と逆方向に通過して
エネルギーアナライザ１に進む。散乱イオン粒子はエネ
ルギーアナライザ１において、設定されたエネルギー幅
のエネルギーを有する散乱イオン粒子が選択され、検出
器２において検出される。エネルギーアナライザ１には
電源３が接続され、コンピュータ７からの設定電圧スキ
ャン用信号によって電圧制御される。また、検出器２か
らの検出信号はアンプを介して前記コンピュータ７に入
力され信号処理される。

【００１０】図２は、本発明の本発明の第１の実施例の
直衝突イオン散乱分装置のエネルギーアナライザ１の概
略図である。以下において、照射されるイオン粒子はＨ
ｅイオンを例にして説明する。エネルギーアナライザ１
は、ローエネルギーパス部１１とハイエネルギーパス部
１２とから構成されるローパス、ハイパス型静電形エネ
ルギーアナライザである。

【００１１】ローエネルギーパス部１１は、反射板１３
と、メッシュからなるグリッドＧ１とから構成される。
反射板１３はイオン源側に配置されてローエネルギーパ
ス用電源３３に接続されて第１の設定電圧Ｅ１が印加さ
れる。グリッドＧ１は反射板１３に隣接して試料側に配
置され、接地される。また、ハイエネルギーパス部１２
はメッシュからなるグリッドＧ２と同じくメッシュから
なるグリッドＧ３から構成される。グリッドＧ２は前記
グリッドＧ１と対向して配置され、接地される。一方、
グリッドＧ３はグリッドＧ２に隣接して試料側に配置さ
れ、ハイエネルギーパス用電源３４に接続され第２の設
定電圧Ｅ２が印加される。

【００１２】試料側にはグリッドＧ３に隣接してＭＣＰ
（マイクロチャネルプレート）１４およびアノード電極
１５が配置され、ＭＣＰ１４には検出器供給電源３１が
接続され、また、アノード電極１５には信号処理部２１
が接続される。前記エネルギーアナライザ１によってエ
ネルギー選別されたＨｅイオンはＭＣＰ１４によって電
子増倍され、アノード電極１５および信号処理部２１に
よって検出される。また、エネルギーアナライザ１を構
成する反射板１３、グリッドＧ１、グリッドＧ２、グリ
ッドＧ３およびＭＣＰ１４とアノード電極１５にはその
中心部分に開口部が形成され、イオン源４から照射され
るＨｅイオンの試料Ｓへの通過と散乱イオンのエネルギ
ーアナライザ１への通過を可能にしている。

【００１３】イオン源からのＨｅイオンは、まず反射板
１３、グリッドＧ１、グリッドＧ２、グリッドＧ３およ
びＭＣＰ１４とアノード電極１５の中心部分の開口部を
通過して試料Ｓに照射されて散乱する。１８０度方向に
散乱したＨｅイオンは再びアノード電極１５、ＭＣＰ１
４からなる検出部と、グリッドＧ３、およびグリッドＧ
２からなるハイエネルギーパス部１２の開口部を順に通
過してエネルギーアナライザ１のローエネルギーパス部
１１とハイエネルギーパス部１２とによって挟まれる空
間に進む。なお、中性化した中性イオンについては後述
する。

【００１４】ローエネルギーパス部１１の反射板１３に
はローエネルギーパス用電源によって第１の設定電圧が
印加され、接地されたグリッドＧ１との間に電界が形成
される。エネルギーアナライザ１に進んだ散乱Ｈｅイオ
ンの中で第１の設定エネルギーＥ１以下のエネルギーの
散乱Ｈｅイオンは、ローエネルギーパス部１１によって
形成される電界により反射されハイエネルギーパス部１
２に向けて進む。一方エネルギーアナライザ１に進んだ
散乱Ｈｅイオンの中で第１の設定エネルギーＥ１以上の
エネルギーの散乱Ｈｅイオンは、前記電界を通過してロ
ーエネルギーパス部１１の反射板１３に吸収される。し
たがって、ローエネルギーパス部１１によって反射され
ハイエネルギーパス部１２に向かった散乱Ｈｅイオンの
有するエネルギーは、第１の設定エネルギーＥ１以下で
ある。

【００１５】ハイエネルギーパス部１２のグリッドＧ２
にはハイエネルギーパス用電源３４によって第２の設定
電圧が印加され、接地されたグリッドＧ３との間に電界
が形成される。このハイエネルギーパス部１２では前記
電界によって第２の設定エネルギーＥ２以上のエネルギ
ーのイオン粒子は通過し、それ以下のエネルギーのイオ
ン粒子は反射される。したがって、ローエネルギーパス
部１１によって反射されハイエネルギーパス部１２に向
かった散乱Ｈｅイオンの中で、第２の設定エネルギーＥ
２以上のエネルギーを有したもののみがグリッドＧ３を
通過してＭＣＰ１４に到達し、電子増倍されてアノード
電極１５によって検出される。

【００１６】したがって、アノード電極１５によって検
出される散乱Ｈｅイオンの持つエネルギーは第２の設定
エネルギーＥ２以上で第１の設定エネルギーＥ１以下の
ものである。この関係を図３によって説明する。図３
は、エネルギーアナライザのフィルタ特性図である。図
において、曲線ａで示される特性はローエネルギーパス
部１１のフィルタ特性を示しており、曲線ｂで示される
特性はハイエネルギーパス部１２のフィルタ特性を示し
ている。また、斜線部ｃで示される曲線ａ、ｂの特性が
交差した部分がエネルギーアナライザの総合したフィル
タ特性である。曲線ａで示されるローエネルギーパス部
１１のフィルタ特性は、第１の設定エネルギーＥ１より
も大きなエネルギーを持つイオン粒子をカットし、それ
以下のエネルギーを持つイオン粒子を通過させる。ま
た、曲線ｂで示されるハイエネルギーパス部１２のフィ
ルタ特性は、第２の設定エネルギーＥ２よりも小さいエ
ネルギーを持つイオン粒子をカットし、それ以上のエネ
ルギーを持つイオン粒子を通過させる。したがって、斜
線ｃで示される第２の設定エネルギーＥ２よりも大きく
第１の設定エネルギーＥ１よりも小さなエネルギーを持
つイオン粒子が通過することになる。さらに、設定電圧
を順次変えることによって散乱粒子のエネルギー分析を
行う。

【００１７】本発明のエネルギーアナライザ１は前記の
様に構成することによって、従来の飛行時間法の様に散
乱粒子が飛行してその飛行時間を稼ぐための距離が必要
でないので、装置の長さを短くすることができる。例え
ば、従来１．５ｍ必要であったアナライザの長さを十分
の一の１５ｃｍ程度とすることも可能である。また、こ
の装置の長さを短くすることができることによって、イ
オンビームの絞りが容易となり、分解能の向上を図るこ
とができる。

【００１８】さらに、本発明のエネルギーアナライザ１
は前記の構成によって、イオン粒子の選別を行なうの
で、この第１と第２の設定エネルギーＥの値を選択する
ことで、検出するエネルギーの大きさを任意に選択する
ことができる。また、第１と第２の設定エネルギーＥの
差を小さくすることによってエネルギー分解能を高める
ことができる。さらに、このエネルギー分解能は選別す
るエネルギーの値に依存していないため、従来の同心円
筒型アナライザの様に検出するエネルギーに従って分解
能が一定でないという欠点を有していない。

【００１９】分解能が一定となる特性を図４のエネルギ
ーアナライザのフィルタ特性比較図によって説明する。
図４の（ｂ）は、従来の同心円筒型アナライザのフィル
タ特性であり、検出するエネルギーの値でその検出信号
幅が異なり、分解能が検出するエネルギーの値で異なっ
てくる。一方、図４の（ａ）は、本発明のエネルギーア
ナライザのフィルタ特性であり、検出するエネルギーの
値にかかわらずその検出信号幅を一定として分解能を一
定とすることができる。

【００２０】次に、本発明のイオン化装置について、そ
の必要性を図５の試料表面付近の散乱模式図によって説
明し、構成の一実施例を図６によって説明する。試料表
面にＨｅイオンが照射されると、あるＨｅイオンは表面
の原子に衝突して散乱Ｈｅイオンとして散乱されるが、
あるＨｅイオンは内側に入り衝突を複数回繰り返したあ
と放出される。このような場合には、イオン粒子は中性
化されて中性粒子として放出される確率が高くなる。こ
の様にして散乱された粒子を検出すると、図１、２で説
明した本発明のエネルギーアナライザでは散乱粒子の中
でイオンの形で散乱されたものは検出可能であるが、中
性化されて散乱されたものは検出不可能である。

【００２１】したがって、検出可能な散乱イオンが有し
ている試料表面の情報を得ることはできるが、検出不可
能な中性化された散乱粒子が有している試料内部の情報
を得ることはできない。そこで、この中性化された散乱
粒子が有している試料内部の情報を得るために、中性化
された散乱粒子をイオン化する必要がある。

【００２２】図６の本発明のイオン化装置の第１の実施
例は、試料から散乱された中性化されている粒子に電子
を照射することによってイオン化するものである。イオ
ン化装置６は、試料Ｓとエネルギーアナライザ１との間
に設置される。イオン化装置６は電源３５によって印加
されるフィラメント６１とその前方に設置される接地さ
れたグリッドＧ７とから構成される。散乱粒子が通過す
る部分を囲むようにしてこのフィラメント６１とグリッ
ドＧ７を配置する。フィラメント６１から放出された電
子はグリッドＧ７によって加速され、グリッドＧ７のメ
ッシュを通過して反対側の対向するフィラメント６１に
向け進む。この電子が対向するフィラメント６１に近づ
くとその電位によって減速され、さらに逆方向に加速さ
れて元の方向に戻される。このようにして散乱粒子が通
過する部分には電子が多数存在することになり、中性化
された散乱粒子がイオン化される確率が高くなる。この
イオン化装置でイオン化された散乱粒子は前記した本発
明のエネルギーアナライザによってエネルギー選別され
る。

【００２３】次に、図８によって本発明のエネルギーア
ナライザの第２の実施例を説明する。エネルギーアナラ
イザ１は、図２の第１の実施例と同様にローエネルギー
パス部１１とハイエネルギーパス部１２とから構成され
るローパス、ハイパス型静電形エネルギーアナライザで
ある。

【００２４】この第２の実施例は、第１の実施例とロー
エネルギーパス部１１の構成において相違している。第
２の実施例のローエネルギーパス部１１は、吸収板１９
とメッシュからなるグリッドＧ４および同じくメッシュ
からなるグリッドＧ５とから構成される。吸収板１９は
イオン源側に配置され、接地されている。そして、グリ
ッドＧ４は吸収板１９に隣接して試料側に配置され、ロ
ーエネルギーパス用電源３６に接続されて第１の設定電
圧Ｅ１が印加される。また、試料側のグリッドＧ５は接
地されている。一方、ハイエネルギーパス部１２はメッ
シュからなる２つの対向配置されたグリッドから構成さ
れる。イオン源側のグリッドは接地され、試料側のグリ
ッドはハイエネルギーパス用電源に接続され第２の設定
電圧Ｅ２が印加される。吸収板１９は、例えば炭素によ
って構成され入射される荷電粒子を吸収して、反射を防
止する。

【００２５】ハイエネルギーパス部１２のグリッドの試
料側にはＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）およびア
ノード電極からなる検出部が配置され、それぞれ検出器
供給電源および信号処理部が接続されている。エネルギ
ーアナライザ１によってエネルギー選別されたＨｅイオ
ンは検出部検出される。また、エネルギーアナライザ１
を構成する吸収板１９、グリッドＧ４、Ｇ５および検出
部にはその中心部分に開口部が形成され、イオン源から
照射されるＨｅイオンの試料Ｓへの通過と散乱イオンの
エネルギーアナライザ１への通過を可能にしている。

【００２６】イオン源からのＨｅイオンは、まず吸収板
１９、グリッドＧ４、Ｇ５およびハイエネルギーパス部
と検出部の中心部分の開口部が通過して試料Ｓに照射さ
れ、散乱が生じる。１８０度方向に散乱したＨｅイオン
は再び検出部とハイエネルギーパス部１２の開口部を順
に通過してエネルギーアナライザ１のローエネルギーパ
ス部１１とハイエネルギーパス部１２とによって挟まれ
る空間に進む。ローエネルギーパス部１１のグリッドＧ
５は接地され、ローエネルギー電源によって第１の設定
電圧が印加されたグリッドＧ４との間に電界が形成され
ている。エネルギーアナライザ１に進んだ散乱Ｈｅイオ
ンの中で第１の設定エネルギーＥ１以下のエネルギーの
散乱Ｈｅイオンは、ローエネルギーパス部１１によって
形成される電界により反射されハイエネルギーパス部１
２に向けて進む。一方エネルギーアナライザ１に進んだ
散乱Ｈｅイオンの中で第１の設定エネルギーＥ１以上の
エネルギーの散乱Ｈｅイオンは、前記電界を通過してロ
ーエネルギーパス部１１の吸収板１９に吸収される。吸
収板１９は例えば炭素などによって構成されて接地さ
れ、入射した荷電粒子を吸収する。したがって、ローエ
ネルギーパス部１１によって反射されハイエネルギーパ
ス部１２に向かった散乱Ｈｅイオンの有するエネルギー
は、第１の設定エネルギーＥ１以下である。

【００２７】ハイエネルギーパス部１２の動作は本発明
の第１の実施例と同様であり、ローエネルギーパス部１
１によって反射されハイエネルギーパス部１２に向かっ
た散乱Ｈｅイオンの中で第２の設定エネルギーＥ２以上
のエネルギーを有したもののみが検出される。したがっ
て、アノード電極１５によって検出される散乱Ｈｅイオ
ンの持つエネルギーは第２の設定エネルギーＥ２以上で
第１の設定エネルギーＥ１以下のものである。

【００２８】次に、図９によって本発明のエネルギーア
ナライザの第３の実施例を説明する。エネルギーアナラ
イザ１は、図２の第１の実施例と同様にローエネルギー
パス部１１とハイエネルギーパス部１２とから構成され
るローパス、ハイパス型静電形エネルギーアナライザで
ある。

【００２９】ローエネルギーパス部１１は、反射板１
６、１７とメッシュからなるグリッドＧ７とから構成さ
れる。反射板１６はイオン源側に配置されてローエネル
ギーパス用電源３７に接続されて第１の設定電圧Ｅ１が
印加され、また、反射板１７は試料側に配置されてロー
エネルギーパス用電源３８に接続されて第１の設定電圧
Ｅ１が印加される。グリッドＧ７は反射板１６、１７に
隣接してエネルギーアナライザ１の内側に配置され、接
地されている。さらに、このグリッドＧ７はエネルギー
アナライザ１の側面内側にも設置される。したがって、
ローエネルギーパス部はイオン源側と試料側の２箇所に
形成される。ハイエネルギーパス部１２はメッシュから
なるグリッドＧ７とグリッドＧ６から構成される。グリ
ッドＧ７は、前記のローエネルギーパス部と接続されエ
ネルギーアナライザ１の側面内側にも設置さ、接地され
る。一方、グリッドＧ６はグリッドＧ７に隣接してその
グリッドＧ７の外側に配置され、ハイエネルギーパス用
電源３９に接続され第２の設定電圧Ｅ２が印加される。

【００３０】グリッドＧ６に隣接し、かつエネルギーア
ナライザ１の側面外側にはＭＣＰ（マイクロチャネルプ
レート）１８およびアノード電極１９が配置され、ＭＣ
Ｐ１８には検出器供給電源が接続されてアノード電極１
９には信号処理部が接続されている（図示されていな
い）。前記エネルギーアナライザ１によってエネルギー
選別されたＨｅイオンはＭＣＰ１８によって電子増倍さ
れ、アノード電極１９および信号処理部によって検出さ
れる。

【００３１】また、エネルギーアナライザ１を構成する
反射板１６、１７、グリッドＧ７にはその中心部分に開
口部が形成され、イオン源４から入射されるＨｅイオン
の試料Ｓへの通過と散乱イオンのエネルギーアナライザ
１への通過を可能にしている。イオン源からのＨｅイオ
ンは、まず反射板１６、グリッドＧ７および反射板１７
の中心部分の開口部を通過して試料Ｓに照射され、散乱
される。１８０度方向に散乱したＨｅイオンは、再びグ
リッドＧ７および反射板１７のからなる試料側のローエ
ネルギーパス部１１の開口部を順に通過して、エネルギ
ーアナライザ１のローエネルギーパス部１１とハイエネ
ルギーパス部１２とによって囲まれる空間に進む。

【００３２】ローエネルギーパス部１１の反射板１６に
はローエネルギー電源によって第１の設定電圧Ｅ１が印
加され、接地されたグリッドＧ７との間に電界が形成さ
れる。エネルギーアナライザ１に進んだ散乱Ｈｅイオン
の中で第１の設定エネルギーＥ１以下のエネルギーの散
乱Ｈｅイオンは、ローエネルギーパス部１１によって形
成される電界により反射されハイエネルギーパス部１２
あるいは他の側のローエネルギーパス部１１に向けて進
む。一方、エネルギーアナライザ１に進んだ散乱Ｈｅイ
オンの中で第１の設定エネルギーＥ１以上のエネルギー
の散乱Ｈｅイオンは、前記電界を通過してローエネルギ
ーパス部１１の反射板１６に吸収される。したがって、
ローエネルギーパス部１１によって反射されハイエネル
ギーパス部１２あるいは他の側のローエネルギーパス部
１１に向かった散乱Ｈｅイオンの有するエネルギーは、
第１の設定エネルギーＥ１以下である。

【００３３】ハイエネルギーパス部１２のグリッドＧ６
にはハイエネルギーパス用電源３４によって第２の設定
電圧Ｅ２が印加され、接地されたグリッドＧ７との間に
電界が形成される。このハイエネルギーパス部１２では
前記電界によって第２の設定エネルギーＥ２以上のエネ
ルギーを有したイオン粒子を通過させ、それ以下のエネ
ルギーのイオン粒子は反射する。したがって、ローエネ
ルギーパス部１１によって反射されハイエネルギーパス
部１２に向かった散乱Ｈｅイオンの中で第２の設定エネ
ルギーＥ２以上のエネルギーを有したもののみがグリッ
ドＧ６を通過してＭＣＰ１９に到達し、電子増倍されて
アノード電極１９によって検出される。

【００３４】また、ローエネルギーパス部１１によって
反射され他のローエネルギーパス部１１に向かった散乱
Ｈｅイオンは、再び他のローエネルギーパス部１１にお
いて同様にして反射され、最終的にハイエネルギーパス
部１２に向かう。そして、散乱Ｈｅイオンの中で第２の
設定エネルギーＥ２以上のエネルギーを有したものがグ
リッドＧ６を通過してＭＣＰ１９に到達し、電子増倍さ
れてアノード電極１９によって検出される。

【００３５】したがって、アノード電極１９によって検
出される散乱Ｈｅイオンの持つエネルギーは第２の設定
エネルギーＥ２以上で第１の設定エネルギーＥ１以下の
ものである。次に、図１０によって本発明のイオン化装
置の第２の実施例を説明する。本発明のイオン化装置の
第２の実施例は、試料から散乱された中性化されている
粒子にレーザからの光子を照射することによってイオン
化するものである。イオン化装置６は例えば、試料Ｓと
エネルギーアナライザ１との間において、試料Ｓから散
乱された中性粒子にレーザビームを照射してする。この
イオン化装置でイオン化された散乱粒子は前記した本発
明のエネルギーアナライザによってエネルギー選別され
る。

【００３６】また、ある特定の化学種の高感度の検出を
行なうためにその化学種のみをイオン化する共鳴イオン
化を行なうこともできる。前記においては、本発明のエ
ネルギーアナライザを同軸形直衝突イオン散乱分光装置
に適用した実施例によって説明したが、以下に本発明の
エネルギーアナライザをイオン散乱分光装置に適用した
例を図１１において説明する。

【００３７】図のイオン散乱分光装置は、試料Ｓにイオ
ン源４から１次イオンが照射され、このイオン照射によ
って散乱角θで散乱する散乱イオンを検出器２で検出す
るものである。検出器２へは、本発明のエネルギーアナ
ライザ１によってエネルギー選別された散乱粒子が導入
される。また、本発明のイオン化装置６も設置すること
ができる。

【００３８】従来この散乱角θで散乱する散乱イオンの
検出は１２７度同心円筒型アナライザを用いて行なわれ
ているが、この１２７度同心円筒型アナライザに代えて
本発明のエネルギーアナライザを使用することができ
る。この本発明のエネルギーアナライザの使用によっ
て、（１）分解能を高くすることができる。（２）分解
能を検出エネルギーにかかわらず一定とすることができ
る。（３）小型の装置によって構成することができる。
などの効果を得ることができる。

【００３９】また、図のイオン散乱分光装置に本発明の
イオン化装置６を適用することによって中性化された散
乱粒子をイオン化することが可能となり、本発明のエネ
ルギーアナライザによる中性化された散乱粒子の検出が
でき、試料の内部の情報を得ることがでいる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 （１）ローパス、ハイパス型静電形エネルギーアナライ
ザによって分解能の高い測定が可能となり、微量分析や
微小部分析が可能となる。また、元素分析がより高いエ
ネルギー分解能で行なえる。 （２）前記ローパス、ハイパス型静電形エネルギーアナ
ライザによって検出エネルギーにかかわらず分解能の一
定した測定が可能である。 （３）また、前記ローパス、ハイパス型静電形エネルギ
ーアナライザを用いることによって、装置の長さを短く
して小型とすることができる。 （４）さらに、前記ローパス、ハイパス型静電形エネル
ギーアナライザを用いることによって、イオン源と試料
との距離を短くすることができイオンビームの絞りが容
易となる。 （４）散乱により中性化されたＨｅ粒子をイオン化する
手段を試料と前記ローパス、ハイパス型静電形エネルギ
ーアナライザとの間に設置することによって、中性化さ
れた散乱粒子の検出に前記のローパス、ハイパス型静電
形エネルギーアナライザの使用が可能となり、試料のバ
ルクの情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエネルギーアナライザを直衝突イオン
散乱分装置に適用した場合の本発明の第１の実施例の概
略図である。

【図２】本発明のエネルギーアナライザの第１の実施例
の概略図である。

【図３】エネルギーアナライザのフィルタ特性図であ
る。

【図４】エネルギーアナライザのフィルタ特性比較図で
ある。

【図５】試料表面付近の散乱模式図である。

【図６】本発明のイオン化装置の第１の実施例の概略図
である。

【図７】従来のイオン散乱分光装置の概略図である。

【図８】本発明のエネルギーアナライザの第２の実施例
の概略図である。

【図９】本発明のエネルギーアナライザの第３の実施例
の概略図である。

【図１０】本発明のイオン化装置の第２の実施例の概略
図である。

【図１１】本発明のエネルギーアナライザをイオン散乱
分光装置に適用した場合の本発明の第２の実施例の概略
図である。

【符号の説明】

１…エネルギーアナライザ、２…検出器、４…イオン
源、６…イオン化装置、７…コンピュータ、１１…ロー
エネルギーパス部、１２…ハイエネルギーパス部、１
３，１６，１７…反射板、１４…ＭＣＰ、１５…アノー
ド電極、１９…吸収板、６１…フィラメント、６３…レ
ーザ装置、Ｓ…試料、Ｇ１〜Ｇ７…グリッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）第１の設定エネルギー以下のエネ
   ルギーを有した散乱イオンを反射するローエネルギーパ
   ス部と、第２の設定エネルギー以上のエネルギーを有し
   た散乱イオンを通過させるハイエネルギーパス部とから
   構成される静電形エネルギーアナライザと、（ｂ）イオ
   ン検出器とからなり、（ｃ）前記静電形エネルギーアナ
   ライザによってエネルギー選別された散乱粒子を前記イ
   オン検出器で検出してイオン照射による試料からの散乱
   粒子のエネルギー分析を行なうことを特徴とするイオン
   散乱分光装置。
2. 【請求項２】 （ａ）イオン照射により試料から散乱さ
   れた中性化された散乱粒子をイオン化するイオン化装置
   と、（ｂ）第１の設定エネルギー以下のエネルギーを有
   した散乱イオンを反射するローエネルギーパス部と、第
   ２の設定エネルギー以上のエネルギーを有した散乱イオ
   ンを通過させるハイエネルギーパス部とから構成される
   静電形エネルギーアナライザと、（ｃ）イオン検出器と
   からなり、（ｄ）１次イオンの衝突による散乱粒子が前
   記イオン化装置を通過後に前記静電形エネルギーアナラ
   イザおよび前記イオン検出器に導入されるように配置
   し、（ｅ）前記中性化された散乱粒子をイオン化した後
   前記静電形エネルギーアナライザによってエネルギー選
   別し、前記イオン検出器で検出して散乱粒子のエネルギ
   ー分析を行なうことを特徴とするイオン散乱分光装置。