JPH07198632A - イオン散乱分光分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料へのイオンビームの入射角を変化させた
場合であっても、極めて正確に元素の構造解析ができる
イオン散乱分光分析装置を提供する。 【構成】 入射角設定手段４で試料１３へのイオンビー
ムの入射角度θを設定すると、制御手段３はイオンビー
ムの試料１３への入射角度がθとなるようステージ駆動
手段５を介して試料ステージ５ｃを傾斜させると共に、
スリット駆動手段２を介して、イオンの飛行距離がイオ
ンビームの中心と周辺部とで所定の範囲に収まるようス
リット１の開口幅を調節する。これにより、試料１３を
イオンビームに対して傾斜させた場合に生じる飛行時間
の誤差を所定範囲内に押さえることができるため、結晶
表面の正確な構造決定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームを利用し
て試料表面の分析を行う表面分析装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来のイオン散乱分光分析装置を図６に基
づいて説明すると、１０はイオン源で、不図示のガス供
給源から供給されたガスをイオン化してイオンを生成
し、これをイオンビームＩｎとして照射する。１１はチ
ョッピング電極でパルス発生器２４によってパルス状の
電圧が所定の周期で印加される。チョッピング電極１１
を通過したイオンビームＩｎは印加された電圧によって
偏向しチョッピングアパーチャ１２によってその進行を
遮断され、電圧が印加されていない場合のみその進路上
に設けられたチョッピングアパーチャ１２の孔を通過し
て試料１３に照射される。これにより、イオン源１０よ
り発生したイオンビームＩｎはチョッピング電極１１に
印加されたパルス電圧に応じてパルス状のイオンビーム
３１となる。そして、チョッピングアパーチャ１２を通
過したこのイオンビーム３１は試料１３に衝突すること
によって散乱した散乱イオン３２が検出器１４で検出さ
れる。 一方、パルス発生器２４はチョッピング電極１
１の電圧をゼロとした時点、すなわちパルス電圧の立ち
下がりをトリガーとして時間測定手段２２に対してスタ
ート信号を送る。また、プリアンプ２１は検出器１４が
検出した散乱イオン３２の検出信号を受けて時間測定手
段２２に対してストップ信号を送る。時間測定手段２２
は上述したスタート信号からストップ信号までの時間を
計測し、時間信号としてコンピュータ２３に出力する。
コンピュータ２３はこの散乱イオンの飛行時間が分析対
象となる試料特有の値を示すことから、予め複数の標準
試料について求めた飛行時間と比較することで、試料の
表面分析を行う。

【０００３】そして、このように構成されたイオン散乱
分光分析装置で試料１３の表面分析を行う場合、試料１
３を適宜イオンビーム３１に対して傾斜させことで試料
１３に対するイオンビーム３１の入射角を変化させ、着
目する元素に対応する検出信号の角度依存性を測定する
ことにより結晶表面の構造解析が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料１
３に対するイオンビーム３１の入射角を変化させると、
図７に示されるようにイオンビーム３１の試料１３への
到達距離が試料１３上の位置により異なるものとなる。
すなわち、イオンビーム３１は所定のビーム半径ｒを有
するため、試料１３の傾斜角θが９０゜であるときはビ
ーム半径に拘らず試料１３への到達距離は同じである
が、同図に示すように傾斜角が９０゜から変化すると、
イオンビーム３１の中心点Ｃでの到達距離をｌとして、
ビームの端となるＡ点及びＢ点での到達距離は、それぞ
れ、ｌ＋ｒ／ｔａｎθ、ｌ−ｒ／ｔａｎθとなる。この
ため、飛行時間計測型のイオン散乱分光分析装置では、
かかる到達距離の差は飛行時間の差となり、結果として
検出誤差の原因となる。

【０００５】したがって、イオンビーム３１が試料１３
に対して略垂直に入射した場合には図８ａに示すように
２つの元素のピークははっきりした形で現れるが、イオ
ンビーム３１が試料１３に対して小さい角度で入射した
場合には図８ｂのようになり、２つの元素のピークは平
滑化され、結果として分析対象となる元素の構造解析が
困難となる。

【０００６】そこで、本発明はこれらの問題点を解消す
るために創案されたもので、試料に対するイオンビーム
の入射角を変化させた場合であっても、極めて正確に元
素の構造解析ができるイオン散乱分光分析装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるイオン散
乱分光分析装置は、試料に照射すべきイオンビームのビ
ーム径を制限するビーム径制限手段と、前記試料へのイ
オンビームの入射角に応じてイオンビームのビーム径が
所定値となるよう前記ビーム径制限手段を制御する制御
手段と、前記制御手段にイオンビームの入射角を設定す
る入射角設定手段とを備えたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明にかかるイオン散乱分光分析装置の作用
を図１に基づいて説明する。◎入射角設定手段４により
制御手段３に対して試料１３へのイオンビームの入射角
度θを設定すると、制御手段３はイオンビームの試料１
３への入射角度がθとなるようステージ駆動手段５を介
して試料ステージ６を傾斜させると共に、スリット駆動
手段２を介して、イオンの飛行距離がイオンビームの中
心と周辺部とで所定の範囲に収まるようスリット１の開
口幅を調節する。これにより、試料１３をイオンビーム
に対して傾斜させた場合に生じる飛行時間の誤差を所定
範囲内に押さえることができ、結晶表面の正確な構造決
定が可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図５に基づ
いて説明する。

【００１０】図１は本発明にかかるイオン散乱分光分析
装置の一実施例を示したもので、１，１’はスリット
で、不図示のイオン源から発生したイオンビームのビー
ム径を制限する。２はスリット駆動手段で、直線移動機
構２ａ，２ａ’、駆動用モータ２ｂ，２ｂ’、及びモー
タドライバ２ｃ，２ｃ’からなり、モータドライバ２
ｃ，２ｃ’は制御手段３の指示を受けて駆動用モータ２
ｂ，２ｂ’を回転させ、直線移動機構２ａ，２ａ’は駆
動用モータ２ｂ，２ｂ’の回転運動を直線運動に変換し
てスリット１，１’の開口幅を調節する。ここで、これ
らのスリット１，１’及びスリット駆動手段２は特許請
求の範囲に記載したビーム径制限手段を構成する。

【００１１】３は制御手段で、前記スリット駆動手段２
に対して駆動指示を与えることによりスリット１，１’
の開口幅の制御を行うと共に、ステージ駆動手段５に対
して駆動指示を与えることで、試料ステージ６の傾斜角
度の制御を行う。４は入射角設定手段で、所望とする試
料１３へのイオンビームの入射角を制御手段３に設定す
る。具体的には、マウス、キーボード等を用いればよ
い。

【００１２】５はステージ駆動手段で、ステージ用モー
タドライバ５ａ、ステージ制御用モータ５ｂからなり、
ステージ用モータドライバ５ａは制御手段３の指示を受
けてステージ制御用モータ５ｂを駆動し、ステージ制御
用モータ５ｂは所定角度でインビームを試料１３へ入射
させるよう試料ステージ６を傾斜させる。１４は試料１
３で散乱したイオンを検出する検出手段で、２０は上述
した従来例図６で示したプリアンプ２１、時間測定手段
２２、コンピュータ２３等からなる信号処理手段であ
る。

【００１３】次に、本発明の作用を制御手段３の動作を
示す図２のフローチャートに基づいて説明する。まず、
図１の入射角設定手段４から測定入射角を入力し（ｓ
１）、イオンビームの入射角が入力された測定入射角と
なるようステージ駆動手段５を介して試料ステージ６を
傾斜させた後（ｓ２）、入力された測定入射角に応じた
イオンビームのビーム径を制限するためのスリット開口
幅を算出する（ｓ３）。ここで、スリット開口幅の算出
方法を従来例で示した図７に基づいて説明する。従来例
で説明したように試料表面とイオンビーム３１のなす角
をθ、ビーム半径をｒとすると、イオンビーム３１の中
心点Ｃに対して、ビームの端となるＡ点及びＢ点ではイ
オンの飛行距離に２・ｒ／ｔａｎθの差が生じる。そこ
で、本発明では、この飛行距離の差と中心点Ｃ付近のイ
オンの飛行距離Ｌ、即ち時間計測開始時点から試料で反
射し検出器に至るまでの距離との比が以下に示すように
所定値δ以下となるようスリット１，１’の開口幅を制
御することによってイオンビームの半径ｒを制限する。

【００１４】（２・ｒ／ｔａｎθ）／Ｌ＜δ なお、所定値δの決定は検出器の時間分解能と測定対象
となる元素に基づいて行う。即ち、ある元素についての
飛行時間Ｔは、次式 Ｔ＝ｌ1 ／ｖ＋ｌ2 ／〔ｖ×（Ｍ−ｍ）／（Ｍ＋ｍ）〕 ｌ1 ：イオンビームの照射計測点から試料までの距離 ｌ2 ：試料から検出器までの距離 Ｍ ：測定対象元素の質量数 ｍ ：入射イオンの質量数 で計算でき、また、ピーク幅が１チャンネルの時間分解
能の３チャンネル分広がると経験的にピークとして認識
され飛行距離の相違から生じる誤差となるため、検出器
の時間分解能を１チャンネルあたりｔchとすると、所定
値δは以下の式で決定できる。

【００１５】δ＝３・ｔch／Ｔ 例えば、測定対象元素がＡｓ（Ｍ＝７５）、入射イオン
がＨｅ（ｍ＝４、ｖ＝３．８０×１０⁵ ｍ／ｓｅｃ）
で、ｌ1 ＝１．０６ｍ、ｌ2 ＝０．８００ｍ、検出器の
時間分解能が８nsec とすると、δ＝０．５％となる。

【００１６】上述したように、ｓ３でスリット開口幅の
算出が終了すると、算出した開口幅となるようスリット
駆動手段２を介してスリット１，１’を駆動する（ｓ
４）。図３は本発明と従来装置との測定結果の比較を示
したもので、図３ａは従来装置で行った測定結果をま
た、図３ｂは本発明を用いた場合の測定結果を示す。図
から明らかなように、本発明ではイオンビームの周辺部
と中心部との飛行距離の比が所定値δ以下になるよう構
成したため、従来例に比べて測定元素のピークが明瞭と
なり、大幅に定性分析の精度を向上させることができ
る。特に、近接するピークを有する元素が含まれている
場合等にピークの判別が極めて容易になる。なお、上述
した実施例ではマウス、キーボード等からなる入射角設
定手段４により測定入射角を設定し、制御手段３によっ
てスリット１，１’の開口幅及び試料ステージ６の傾斜
角の制御を行ったが、図４に示されるように試料ステー
ジ６の傾斜角の制御は別途ステージ角制御手段５’等に
よって行い、スリット１，１’の開口幅を算出するため
の制御手段３への測定入射角の設定を試料ステージ６に
配設したエンコーダ６’により行ってもよい。

【００１７】また、図５に示すようにイオンビームの照
射により試料１３に生じる試料電流を試料電流検出線７
ａを介して検出し、コントローラ７ｂによってこの検出
した試料電流が所定値になるようモータ７ｃ及び可変バ
ルブ７ｄを介してＨｅガスタンク７ｅからイオン源１０
に供給されるガス流量を調整する構成を併用すれば、ビ
ーム径を制限することによる試料１３への照射イオン量
の変動を防止することができ、より正確な元素分析が可
能となる。なお、同図においてスリット駆動手段２、制
御手段３、及びステージ駆動手段５等は省略している。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、試料へのイオンビーム
の入射角に応じて試料へ照射すべきイオンビームのビー
ム径を制限できるよう構成したため、入射角に伴うイオ
ンビームの飛行時間のばらつきを防止でき、元素の測定
精度を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示した全体図である。

【図２】本発明にかかる制御手段の動作を示すフローチ
ャートである。

【図３】本発明と従来装置の測定結果を示した図であ
る。

【図４】本発明にかかる入射角設定手段の一実施例を示
す図である。

【図５】イオンビーム強度の制御機構を示す図である。

【図６】従来のイオン散乱分光分析装置を示す図であ
る。

【図７】イオンビーム入射角の変化による飛行距離の差
を示す図である。

【図８】イオンビーム入射角に応じた測定結果を示す図
である。

【符号の説明】

１，１’・・・・スリット ２・・・・・・・スリット駆動手段 ３・・・・・・・制御手段 ４・・・・・・・入射角設定手段 ５・・・・・・・ステージ駆動手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料にイオンビームを照射し、試料表面
   から散乱したイオンの飛行時間を計測することで試料表
   面の分析を行うイオン散乱分光分析装置において、 試料に照射すべきイオンビームのビーム径を制限するビ
   ーム径制限手段と、前記試料に対するイオンビームの入
   射角に応じてイオンビームのビーム径が所定値となるよ
   う前記ビーム径制限手段を制御する制御手段と、前記制
   御手段に対してイオンビームの入射角を設定する入射角
   設定手段と、を備えたことを特徴とするイオン散乱分光
   分析装置。