JPS62249041A - Surface analyzing device - Google Patents

Surface analyzing device

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JPS62249041A
JPS62249041A JP61093058A JP9305886A JPS62249041A JP S62249041 A JPS62249041 A JP S62249041A JP 61093058 A JP61093058 A JP 61093058A JP 9305886 A JP9305886 A JP 9305886A JP S62249041 A JPS62249041 A JP S62249041A
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JP
Japan
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sample
scattered
deflection
scattered beam
passes
Prior art date
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Pending
Application number
JP61093058A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Aoki
青木 正彦
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62249041A publication Critical patent/JPS62249041A/en
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To execute a measurement at a scattering angle of about 180 deg. by making an electrostatic deflecting means active, when a sample irradiating pulse beam passes through said means, and making said means inactive, when a scattered beam passes through said means. CONSTITUTION:When a pulse beam 3P from a slit 36 passes through a deflecting electrode 38, the deflecting electrode 38 is made active. Accordingly, the pulse beam 3P is deflected electrostatically by the deflecting electrode 38, and radiated on a sample 15 in a scattering chamber. A scattering angle is set to 180 deg., the pulse beam 3P is made incident vertically on the surface of the sample 15, and also, a scattered beam 4 also goes out vertically to the surface of the sample. When the scattered beam 4 passes through the deflecting electrode 38, the deflecting electrode becomes zero, and the scattered beam 4 travels straight without being deflected at all. The scattered beam passes through a decelerating tube 18 and made incident on a measuring instrument 20, and its energy spectrum is measured.

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tM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] The present invention is a surface analysis device using PELS (Proton Energy tM 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 surface 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6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。イオン源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. 6 is a schematic plan view showing a conventional surface analysis apparatus using PELS. An ion beam, such as a proton beam, extracted from the ion source 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211II
11φ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, 211II
A slit (not shown) of about 11φ 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7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Ve、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ット電圧
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, with reference also to FIG. 7, the extraction voltage of the ion beam in the ion source 2 is Ve, the acceleration voltage in the acceleration tube 6 is V, and the potential of the scattering chamber 14 is O assuming that it is grounded. For example, the total acceleration voltage Va of the ion beam becomes Va-V+Ve. If the potential Vd, which is lowered by the offset voltage vO from this voltage, is the potential of the pedestal 19 (insulated from the ground) on which the measuring instrument 20 is installed, then the deceleration voltage at the deceleration pipe 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。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I
KeV程度以下に減速する。
), 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. 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. For example, I
Decelerate to about KeV 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8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
ΔE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. 8, if the energy loss of the ion beam 3 caused by the collision between the ion beam 3 and the sample 15 is ΔE, and the energy of the scattered beam 4 incident on the measuring instrument 20 is E, the following relational expression is obtained. To establish.

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、 EwqVa−八E−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, EwqVa-8E-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 !IA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.
The voltage applied to the energy analyzer 21 is V! If IA, the above energy E can also be expressed as follows. Here k is a constant.

E−kqVtsa      ・・・ (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■。、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
太き(なり、例えば第9図のようなスペクトルが得られ
る。
E-kqVtsa... (2) Therefore,
As can be seen from equations (1) and (2), the energy loss spectrum depends on the offset voltage Vo or the voltage ■. It can be obtained by changing . For example, when comparing 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 thick, and a spectrum as shown in FIG. 9, 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8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
影響(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. 8) 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 on the surface of the sample 15 (i.e., energy straggling), resulting in a broad spectrum and a problem that the analysis accuracy is not very good. .

これに対して発明者らは、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18
0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 inventors determined that the scattering angle θ was approximately 18
It has been found that by setting the angle to 0 degrees, not only can a sharp spectrum be obtained, but also the beam detection efficiency can be significantly improved.

従ってこの発明は、散乱角がほぼ180度の測定を行う
ことができる表面解析装置を従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 capable of performing measurements with a scattering angle of approximately 180 degrees.

〔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、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、前記イオンビームをパルスビームとし
て発生するパルスビーム発生手段と、当該パルスビーム
を静電偏向させて試料に導く静電偏向手段と、試料から
の散乱ビームの経路上であ、って静電偏向手段よりも下
流側に設けられた減速管と、パルスビームが静電偏向手
段を通過するときは当該手段を能動化し、散乱ビームが
静電偏向手段を通過するときは当該手段を不能動化する
制御手段とを備え、それによって散乱角がほぼ180度
における測定を可能にしたことを特徴とする。
The surface analysis device of the present invention irradiates a sample with an accelerated ion beam, decelerates the scattered beams from several layers on the sample surface by passing through a deceleration tube, and measures the energy of the decelerated scattered beams. An apparatus for analyzing the physical properties of a sample surface by means of a pulsed beam generating means for generating the ion beam as a pulsed beam, an electrostatic deflection means for electrostatically deflecting the pulsed beam and guiding it to the sample, and a scattering beam generated from the sample. A deceleration pipe is provided on the path downstream of the electrostatic deflection means, and when the pulse beam passes through the electrostatic deflection means, the said means is activated, and the scattered beam passes through the electrostatic deflection means. The present invention is characterized in that it includes a control means for disabling the means when performing the measurement, thereby making it possible to perform measurements at a scattering angle of approximately 180 degrees.

〔作用〕[Effect]

パルスビーム発生手段によって発生されたパルスビーム
(イオンビーム)は、能動化された状態の静電偏向手段
によって静電偏向されて試料に導かれる。試料からの散
乱ビームは、不能動化された状態の静電偏向手段をその
まま通過して、下流側に設けられた減速管に入る。即ち
、静電偏向手段によって、試料に照射前のパルスビーム
と試料からの散乱ビームの軌道が分離されるため、散乱
角がほぼ180度における測定が可能となる。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。
The pulsed beam (ion beam) generated by the pulsed beam generation means is electrostatically deflected by the activated electrostatic deflection means and guided to the sample. The scattered beam from the sample directly passes through the inactivated electrostatic deflection means and enters the deceleration tube provided on the downstream side. That is, since the electrostatic deflection means separates the trajectory of the pulsed beam before irradiating the sample and the scattered beam from the sample, measurement at a scattering angle of approximately 180 degrees is possible. As a result, in the apparatus of the present invention, a sharp spectrum can be obtained.

〔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.

この実施例においては、イオン82から引き出され、質
量分析マグネット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の経路上に、何枚かの電極7
を有する加速管、走査電源32から走査電圧V、が供給
される1組の走査電極30、スリット36を存するスリ
ット板34および偏向電源40から偏向電圧v2が供給
される1組4の偏向電極38が設けられている。この例
では当該走査電極30、走査電源32、スリット板34
等によって上記パルスビーム発生手段を、偏向電極38
、偏向電源40等によって上記静電偏向手段を構成して
いる。もっとも、パルスビーム発生手段としては、この
ような走査電極30、スリット板34等を用いずに、イ
オン源2におけるイオンビーム3の引出し電圧をパルス
状に制御することによって、イオン源2から直接、後述
するようなパルスビーム3pを引き出すようなものでも
良い。
In this embodiment, several electrodes 7 are placed on the path of the ion beam 3, such as a proton beam, extracted from the ions 82 and subjected to mass analysis by the mass spectrometer magnet 10.
a set of scanning electrodes 30 to which a scanning voltage V is supplied from a scanning power supply 32, a slit plate 34 having a slit 36, and a set of four deflection electrodes 38 to which a deflection voltage v2 is supplied from a deflection power supply 40. is provided. In this example, the scanning electrode 30, the scanning power supply 32, the slit plate 34
etc., the pulse beam generating means is connected to the deflection electrode 38.
, a deflection power source 40, etc. constitute the electrostatic deflection means. However, the pulse beam generating means does not use such a scanning electrode 30, slit plate 34, etc., but directly from the ion source 2 by controlling the extraction voltage of the ion beam 3 in the ion source 2 in a pulsed manner. It may also be one that draws out a pulsed beam 3p as described later.

走査電源32および偏向電源40には、それらを制御す
ることによって上記走査電圧V、および偏向電圧■2を
制御する制御回路42が接続されており、この例では当
該制御回路42等によって上記制御手段を構成している
。尚、以下においてはひとまずその制御の概要を述べる
ことにし、詳細は第3図を参照して更に説明する。
A control circuit 42 is connected to the scanning power supply 32 and the deflection power supply 40 to control the scanning voltage V and the deflection voltage 2 by controlling them, and in this example, the control circuit 42 and the like control the control means. It consists of In the following, the outline of the control will be described first, and the details will be further explained with reference to FIG. 3.

X量分析マグネット10からのイオンビーム3は、加速
管6によって例えば従来と同様に100KeV程度のエ
ネルギーにまで加速される。
The ion beam 3 from the X-quantity analysis magnet 10 is accelerated by the acceleration tube 6 to an energy of about 100 KeV, for example, as in the conventional case.

加速管6からのイオンビーム3は、走査電圧■。The ion beam 3 from the accelerator tube 6 has a scanning voltage ■.

が供給される走査電極30によって走査され、スリット
板34のスリット36を通過する毎に、そこから所定の
パルス幅Wのパルスビーム3pとして射出される。
is scanned by the scanning electrode 30 to which the beam is supplied, and every time it passes through the slit 36 of the slit plate 34, it is emitted from there as a pulse beam 3p with a predetermined pulse width W.

スリット36からのパルスビーム3pが偏向電極38を
通過するときは、制御回路42による制御によって偏向
電圧Vtが所定の値とされて偏向電極38が能動化され
るようになっており、従ってパルスビーム3pは偏向電
極38によって静電偏向されて例えば超高真空の散乱チ
ャンバ(図示省略)内に導かれ、そこに収納された試料
15に照射される。
When the pulsed beam 3p from the slit 36 passes through the deflection electrode 38, the deflection voltage Vt is set to a predetermined value under the control of the control circuit 42 and the deflection electrode 38 is activated, so that the pulsed beam 3p passes through the deflection electrode 38. 3p is electrostatically deflected by the deflection electrode 38, guided into, for example, an ultra-high vacuum scattering chamber (not shown), and irradiated onto the sample 15 housed therein.

試料15は、この例では前述した11に乱用θが180
度になるように設定されており、従ってバルスビーム3
p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。
In this example, sample 15 has an abuse θ of 180 compared to 11 described above.
It is set to be 3 degrees, so vals beam 3
p enters the surface of the sample 15 perpendicularly, and the scattered beam 4 from the sample 15 also exits perpendicularly to the surface.

その場合、当該散乱ビーム4も勿論パルス状となる。そ
して散乱ビーム4は、パルスビーム3pと同一経路を逆
向きに進むことによって偏向電極38内に入る。
In that case, the scattered beam 4 will of course also be pulsed. The scattered beam 4 enters the deflection electrode 38 by traveling in the opposite direction along the same path as the pulsed beam 3p.

散乱ビーム4が偏向電極38を通過するときは、制御回
路42による制御によって偏向電圧V2が0とされて偏
向電極38が不能動化されるようになっており、従って
散乱ビーム4は偏向電極38によって何等偏向を受けず
にそのまま直進する。
When the scattered beam 4 passes through the deflection electrode 38, the control circuit 42 sets the deflection voltage V2 to 0 and disables the deflection electrode 38. Therefore, the scattered beam 4 passes through the deflection electrode 38. It continues straight ahead without being deflected in any way.

従って、試料15に照射前のパルスビーム3pと試料1
5からの散乱ビーム4の軌道が分離され、これによって
散乱角θがほぼ180度の測定が可能となる。
Therefore, the pulse beam 3p before irradiating the sample 15 and the sample 1
The trajectories of the scattered beams 4 from 5 are separated, which makes it possible to measure scattering angles θ of approximately 180 degrees.

そして散乱ビーム4の経路上であって偏向電極38より
も下流側には、何枚かの電極17を有する減速管18が
設けられており、散乱ビーム4は、減速管18中を通過
することによってそのエネルギーが例えば従来と同様に
IKeV程度以下になるように減速されて測定器20に
入射される。そして当該測定器20によって、そのエネ
ルギースペクトルの測定が行われる。
A deceleration tube 18 having several electrodes 17 is provided on the path of the scattered beam 4 on the downstream side of the deflection electrode 38, and the scattered beam 4 can pass through the deceleration tube 18. The energy is decelerated, for example, to about IKeV or less, as in the conventional case, and is input to the measuring device 20. Then, the measuring device 20 measures the energy spectrum.

尚、試料15の近傍には、パルスビーム3pが試料15
に照射されたときに発生する2次電子44を検出する例
えばチャネルトロン等の検出器46が設けられており、
その検出信号はアンプ48によって増幅されて制御回路
42に供給される。
Note that the pulsed beam 3p is near the sample 15.
For example, a detector 46 such as a channeltron is provided to detect secondary electrons 44 generated when irradiated with
The detection signal is amplified by an amplifier 48 and supplied to the control circuit 42.

測定器20は、この例では例えば第2図に示すように、
平行平板アナライザ23、マイクロチャネルプレート2
4、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。
In this example, the measuring device 20 is, for example, as shown in FIG.
Parallel plate analyzer 23, microchannel plate 2
4. It is equipped with a position detector 25, etc., which disperses the scattered beam 4 to each point on the microchannel plate 24 depending on its energy, that is, the difference in energy loss ΔE, and detects the incident position by the position detector 25 and a position calculator. 26, and the counts at each position are displayed on a multichannel analyzer 27.

従って、このような測定器20によれば、試料15の表
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ント電圧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9図のようなスペクトルを得ることができる。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, according to such a measuring device 20, the amount of scattered beams from each surface layer of the sample 15 can be measured all at once, and the offset voltage vO and the voltage V applied to the energy analyzer 21 can be measured at once. . For example, a spectrum as shown in FIG. 9 can be obtained without changing A. Therefore, there is an advantage that the influence of state changes during spectrum analysis can be eliminated.

第3図は、第1図の装置の動作の一例を示すタイムチャ
ートである。図中のd、−d、は、本件のように速い現
象を取り扱う場合に表面に出て来る制御、検出等の通常
の遅れを示す。
FIG. 3 is a time chart showing an example of the operation of the apparatus shown in FIG. d and -d in the figure indicate normal delays in control, detection, etc. that come to the fore when dealing with fast phenomena like the present case.

走査電極30に走査電圧■1を印加することによってイ
オンビーム3を所定方向に一走査して止めると、その走
査速度、スリット36の幅等によって定まるパルス幅W
のパルスビーム3pがスリット36から出力される。そ
の出力開始の時間を例えばtlとする。この場合、パル
スビーム3pの出力開始の検出は、種々の方法によって
、例えば走査電圧V、をモニタして上記時間1を検出す
ること等によって行うことができる。
When the ion beam 3 is scanned once in a predetermined direction and stopped by applying a scanning voltage 1 to the scanning electrode 30, the pulse width W determined by the scanning speed, the width of the slit 36, etc.
The pulse beam 3p is output from the slit 36. For example, let the output start time be tl. In this case, detection of the start of output of the pulse beam 3p can be performed by various methods, for example, by monitoring the scanning voltage V and detecting the above-mentioned time 1.

制御回路42は、この例ではパルスビーム3pの出力開
始に応答して、偏向電源40を制御して偏向電圧v2の
立上げを行う。この偏向電圧v2は、少なくともパルス
ビーム3pの頭部が偏向電極38に到達する時間t2ま
でに所定の値にされ、少なくともパルスビーム3pの尾
部が偏向電極38を出る時間t、まではその状態が保た
れる。尚、この時間t!、L3は、パルスビーム3pの
エネルギーおよび偏向電極38等の寸法・配置に基づい
て求めることができる。その詳細は後述する。
In this example, the control circuit 42 controls the deflection power supply 40 to raise the deflection voltage v2 in response to the start of outputting the pulse beam 3p. This deflection voltage v2 is set to a predetermined value at least by the time t2 when the head of the pulse beam 3p reaches the deflection electrode 38, and remains in that state at least until the time t when the tail of the pulse beam 3p leaves the deflection electrode 38. It is maintained. In addition, this time t! , L3 can be determined based on the energy of the pulse beam 3p and the dimensions and arrangement of the deflection electrode 38 and the like. The details will be described later.

従ってパルスビーム3pは、偏向電極38によって偏向
され、時間t、にその頭部が試料15に到達する。それ
に伴って、試料15からパルス状の散乱ビーム4が発生
し、これが偏向電極38に向かって進行する。
The pulsed beam 3p is therefore deflected by the deflection electrode 38, and its head reaches the sample 15 at time t. Along with this, a pulsed scattered beam 4 is generated from the sample 15 and advances toward the deflection electrode 38.

一方、パルスビーム3pの照射によって試料15からは
2次電子44も発生し、この例ではこれを検出器46に
よって検出することによってパルスビーム3pの試料1
5に対する到達を検出している。
On the other hand, secondary electrons 44 are also generated from the sample 15 by the irradiation with the pulsed beam 3p, and in this example, by detecting these with the detector 46, the sample 15 is irradiated with the pulsed beam 3p.
5 has been detected.

制御回路42は、この例では上記2次電子44の検出に
応答して、偏向電源40を制御して偏向電圧V2の立下
げを行う。この偏向電圧V2は、少なくとも散乱ビーム
4の頭部が偏向電極38に到達する時間り、までにOに
され、少なくとも散乱ビーム4の尾部が偏向電極38を
出る時間t。
In this example, in response to the detection of the secondary electrons 44, the control circuit 42 controls the deflection power supply 40 to lower the deflection voltage V2. This deflection voltage V2 is brought to O by at least the time t when the head of the scattered beam 4 reaches the deflection electrode 38 and at least the time t when the tail of the scattered beam 4 leaves the deflection electrode 38.

まではその状態が保たれる。向、この時間1S、1bも
、散乱ビーム4のエネルギーおよび偏向電極38等の寸
法・配置に基づいて求めることができる。その詳細は後
述する。
This state will be maintained until then. The direction and the times 1S and 1b can also be determined based on the energy of the scattered beam 4 and the dimensions and arrangement of the deflection electrode 38 and the like. The details will be described later.

」二記状態では、偏向電圧V2が0であるから、散乱ビ
ーム4は偏向電極38中を直進して減速管18に入って
減速され、時間t?にその頭部が測定器20に到達する
。そしてそこで散乱ビーム4のエネルギースペクトルの
測定が行われる。
In the second state, the deflection voltage V2 is 0, so the scattered beam 4 travels straight through the deflection electrode 38, enters the deceleration tube 18, and is decelerated at time t? The head reaches the measuring device 20. There, the energy spectrum of the scattered beam 4 is measured.

時間t8において上記測定が終了すると、必要に応じて
走査電極30に再び走査電圧■1を印加してイオンビー
ム3を走査して次のパルスビーム3pをスリット36か
ら出力させる。この場合、上記測定の終了検出は、種々
の方法によって、例えば測定器20における検出出力が
無くなることを検出すること等によって行うことができ
る。
When the above measurement is completed at time t8, the scanning voltage (1) is again applied to the scanning electrode 30 as required to scan the ion beam 3 and output the next pulsed beam 3p from the slit 36. In this case, the end of the measurement can be detected by various methods, such as by detecting that the detection output from the measuring device 20 disappears.

以降必要に応じて、上記と同様の動作が繰り返される。Thereafter, operations similar to those described above are repeated as necessary.

尚、上記装置の制御の仕方としては、上記例のように各
ポイントでの検出等に応答して次の制御を進めるという
ようなもの以外に、例えば制御回路42内に、装置の寸
法・構造等によって定まる各種タイミングを予め設定し
ておき、それに基づいて自動的に制御を進めるよ・うに
しても良い。そのようにすれば、検出器46等の検出手
段が不要となって装置が簡素化されると共に、速い現象
にも容易に追従することができる。
In addition to controlling the device described above, in addition to proceeding with the next control in response to detection at each point as in the example above, for example, the control circuit 42 may be configured to control the size and structure of the device. Various timings determined by the above may be set in advance, and the control may proceed automatically based on the timings. In this way, a detection means such as the detector 46 is not required, and the apparatus is simplified, and fast phenomena can be easily followed.

例えば、イオンビーム3を所定周期て走査することによ
ってパルスビーム3pを所定周期で出力させ、偏向電圧
■2の出力をそれに所定のタイミングで同期させること
よって、例えば第3図に示すようなタイミングを満足さ
せるようにしても良い。あるいは逆に、偏向電圧V2側
を所定周期で出力させ、パルスビーム3pの出力をそれ
に所定のタイミングで同期させるようにしても良い。
For example, by scanning the ion beam 3 at a predetermined period, the pulse beam 3p is output at a predetermined period, and by synchronizing the output of the deflection voltage 2 at a predetermined timing, the timing shown in FIG. You may try to satisfy them. Or conversely, the deflection voltage V2 side may be output at a predetermined period, and the output of the pulse beam 3p may be synchronized with it at a predetermined timing.

ちなみに、パルスビーム3pのエネルギーをE5構成イ
オンの質量をmとすると、その速さV、は、・・=F「
; で表され、エネルギー損失ΔEを受けた散乱ビームの速
さv2は、 で表される。従って、スリット仮34と偏向電極38間
の距離を1−1、偏向電極38の長さをり、t、偏向電
極38と試料15間の距離をり5、偏向電極38と測定
器20間の距離をL4とし、パルスビーム3pのパルス
幅をWとすると、前述した各時間t2〜t、は、 t2 =CH+L+/V+ t3=t、+L、/v、+W tm ”” j++ +Lz/vl −wts =tn
 +Li/vz  W Lb ””us +L、/v2+W t フ  − Lb   +La/Vz     Wで
表される。
By the way, if the energy of the pulsed beam 3p is the mass of the E5 constituent ions as m, its speed V is...=F''
; The speed v2 of the scattered beam that has undergone energy loss ΔE is expressed as follows. Therefore, the distance between the temporary slit 34 and the deflection electrode 38 is 1-1, the length of the deflection electrode 38 is t, the distance between the deflection electrode 38 and the sample 15 is 5, and the distance between the deflection electrode 38 and the measuring device 20 is L4 and the pulse width of the pulse beam 3p is W, then each of the above-mentioned times t2 to t is as follows: t2 = CH+L+/V+ t3=t, +L, /v, +W tm "" j++ +Lz/vl -wts =tn
+Li/vz W Lb ””us +L, /v2+W t Fu − Lb +La/Vz W.

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.

更に、第1図と第6図とを比べれば明らかなように、こ
の発明に係る装置においては、イオンビーム3の加速系
と散乱ビーム4の測定系とが試料15 (散乱チャンバ
14)に対して同じ側にしかも互いに接近して配置でき
るため、装置が大幅に小形化されるという利点もある。
Furthermore, as is clear from a comparison between FIG. 1 and FIG. 6, in the apparatus according to the present invention, the acceleration system for the ion beam 3 and the measurement system for the scattered beam 4 are connected to the sample 15 (scattering chamber 14). They also have the advantage that the device can be significantly smaller, since they can be placed on the same side and close to each other.

所で、散乱角θがほぼ180度の測定を可能にするもの
として、例えば第5図に示すように、試料15の手前側
に偏向磁石50を設け、これによって試料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
を分離するような考えもあるけれども、広範囲のエネル
ギー損失ΔEの測定を正確に行うためには、第1図のよ
うな装置の方が有利であると言える。これは、偏向磁石
50を通過してくる散乱ビーム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5
図中に4a(そのエネルギー損失ΔEa=o) 、4b
 (そのエネルギー損失ΔEb>0)、4c (そのエ
ネルギー損失ΔEc>ΔEb)で模式的に示すように偏
向磁石50によって分散されるからである。
By the way, in order to enable measurement with a scattering angle θ of approximately 180 degrees, for example, as shown in FIG. Although there is an idea to separate the trajectories of the scattered beam 4 from the sample 15 and the scattered beam 4 from the sample 15, in order to accurately measure the energy loss ΔE over a wide range, it is believed that an apparatus like the one shown in Fig. 1 is more advantageous. I can say it. This is because the scattered beam 4 passing through the deflection magnet 50 has different degrees of energy loss ΔE in the sample 15, for example,
In the figure, 4a (its energy loss ΔEa=o), 4b
(The energy loss ΔEb>0) and 4c (The energy loss ΔEc>ΔEb) are dispersed by the deflection magnet 50 as schematically shown.

この問題に対処するには、図示のように偏向磁石50と
減速管18間に、2組の電極54.56から成る偏向電
極52を設け、これによって上記散乱ビーム4が減速管
18の中心軸付近を通るようにその軌道を修正する必要
があるけれども、散乱ビーム4に含まれるエネルギー損
失ΔEの範囲が広い場合には、偏向磁石50を通過する
ことによる当該散乱ビーム4の分散が大きくなってあま
りうまく行かない。これは、偏向電極52は散乱ビーム
4の軌道を偏向(修正)する作用はあるものの、大きく
分散した散乱ビーム4(例えば第5図中の40参照)を
集束させる作用はほとんどないからである。そして分散
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、ビー
ム輸送効率が低下するだけでなく、測定器20に入る効
率がエネルギー損失ΔEによって異なり、測定の信鎖性
、定量性等を低下させる原因にもなる。
To deal with this problem, a deflection electrode 52 consisting of two sets of electrodes 54 and 56 is provided between the deflection magnet 50 and the deceleration tube 18 as shown, so that the scattered beam 4 is directed toward the center axis of the deceleration tube 18. Although it is necessary to correct the trajectory so that the scattered beam 4 passes nearby, if the range of energy loss ΔE included in the scattered beam 4 is wide, the scattering of the scattered beam 4 due to passing through the deflection magnet 50 becomes large. It doesn't go very well. This is because although the deflection electrode 52 has the effect of deflecting (correcting) the trajectory of the scattered beam 4, it has almost no effect of converging the widely dispersed scattered beam 4 (for example, see 40 in FIG. 5). Then, 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, resulting in a decrease in beam transport efficiency. In addition, the efficiency with which the energy enters the measuring device 20 varies depending on the energy loss ΔE, which causes a decrease in the reliability, quantitative nature, etc. of the measurement.

所が第1図の装置においては、上記のような偏向磁石5
0を用いていないので、散乱ビーム4は何等分散される
ことはな(、従って散乱ビーム4は全て減速管18の中
心軸付近にかつ平行に入射(即ち垂直入射)させること
ができる。勿論、減速管1日によって散乱ビーム4がレ
ンズ作用を受けてその軌道がずれるようなことも起こら
ない。
However, in the device shown in FIG.
0 is not used, the scattered beams 4 are not dispersed at all (therefore, all the scattered beams 4 can be incident parallel to the center axis of the deceleration tube 18 (that is, perpendicularly incident). Of course, There is no possibility that the scattered beam 4 will be affected by a lens effect and its trajectory will be deviated by the deceleration tube for one day.

従って、測定器20に対する散乱ビーム4の輸送効率が
良いだけでなく、輸送効率が散乱ビーム4に含まれるビ
ームのエネルギー損失ΔEの違いによって変化しないた
め、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。
Therefore, not only is the transport efficiency of the scattered beam 4 to the measuring device 20 good, but also the transport efficiency does not change depending on the difference in the energy loss ΔE of the beams included in the scattered beam 4, so the energy loss ΔE is wide ranging from large to small. measurement can be performed accurately.

〔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
度に設定することができ、これによってシャープなスペ
クトルが得られる。しかも、減速管に散乱ビームが垂直
入射するので、ビーム輸送効率がエネルギーロスによっ
て変化しないため、広範囲のエネルギー損失の測定を正
確に行うことが可能となる。また、装置の大きさも従来
の装置に比べて小形化される。
As described above, in this invention, the scattering angle is approximately 180
It can be set to 100 degrees, which results in a sharp spectrum. Moreover, since the scattered beam is perpendicularly incident on the deceleration tube, the beam transport efficiency does not change due to energy loss, making it possible to accurately measure energy loss over a wide range. Furthermore, the size of the device is also reduced compared to conventional devices.

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

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、第1図の測定器の一例
を示す概略図である。第3図は、第1図の装置の動作の
一例を示すタイムチャートである。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、偏向磁石を用いた表面解析装置の例を示す概
略平面図である。第6図は、従来の表面解析装置を示す
概略平面図である。第7図は、第6図の装置の電位の区
分を示す図である。第8図は、第6図の装置の原理を説
明するための図である。第9図は、第6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、3p・・・
パルスビーム、4・・・散乱ビーム、15・・・試料、
18・・・減速管、20・・・測定器、30・・・走査
電極、32・・・走査電源、36・・・スリット、3日
・・・偏向電極、40・・・偏向電源、42・・・制御
回路
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 diagram showing an example of the measuring device of FIG. 1. FIG. 3 is a time chart showing an example of the operation of the apparatus shown in FIG. 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 an example of a surface analysis device using a deflection magnet. FIG. 6 is a schematic plan view showing a conventional surface analysis device. FIG. 7 is a diagram showing the potential distribution of the device of FIG. 6. FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of the apparatus shown in FIG. 6. FIG. 9 is a diagram for explaining the spectrum obtained by the apparatus of FIG. 6. 2...Ion source, 3...Ion beam, 3p...
Pulse beam, 4... Scattered beam, 15... Sample,
18... Reduction tube, 20... Measuring device, 30... Scanning electrode, 32... Scanning power supply, 36... Slit, 3rd... Deflection electrode, 40... Deflection power supply, 42 ...control circuit

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、前記
イオンビームをパルスビームとして発生するパルスビー
ム発生手段と、当該パルスビームを静電偏向させて試料
に導く静電偏向手段と、試料からの散乱ビームの経路上
であって静電偏向手段よりも下流側に設けられた減速管
と、パルスビームが静電偏向手段を通過するときは当該
手段を能動化し、散乱ビームが静電偏向手段を通過する
ときは当該手段を不能動化する制御手段とを備え、それ
によって散乱角がほぼ180度における測定を可能にし
た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 ion beams, a pulsed beam generating means for generating the ion beam as a pulsed beam, an electrostatic deflecting means for electrostatically deflecting the pulsed beam and guiding it to the sample, and a device on the path of the scattered beam from the sample. A deceleration tube provided downstream of the electrostatic deflection means, which enables the means when the pulse beam passes through the electrostatic deflection means and disables the means when the scattered beam passes through the electrostatic deflection means. 1. A surface analysis device comprising: a control means for controlling the surface of the surface, thereby making it possible to perform measurements at a scattering angle of approximately 180 degrees.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03122956A (en) * 1989-10-03 1991-05-24 Mikio Takai Three-dimensional non-destructive computerized tomographic analysis method using scan type convergence ion beam
EP0501257A2 (en) * 1991-02-22 1992-09-02 Shimadzu Corporation Ion scattering spectrometer

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