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JPH075129A - Ion scattering surface analysis method and apparatus - Google Patents

Ion scattering surface analysis method and apparatus

Info

Publication number
JPH075129A
JPH075129A JP5147309A JP14730993A JPH075129A JP H075129 A JPH075129 A JP H075129A JP 5147309 A JP5147309 A JP 5147309A JP 14730993 A JP14730993 A JP 14730993A JP H075129 A JPH075129 A JP H075129A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion
scattered
particles
sample
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5147309A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Miyako Matsui
都 松井
Fumihiko Uchida
史彦 内田
Kiyokazu Nakagawa
清和 中川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP5147309A priority Critical patent/JPH075129A/en
Publication of JPH075129A publication Critical patent/JPH075129A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄膜成長時における半導体材料等の表面分析
の方法で、特に表面の原子及び電子の組成や構造を、薄
膜成長装置や他の分析装置に取り付けて観察可能とする
ことを目的とする。 【構成】 パルス化された3keV以下のHe,Ne,A
r等の低エネルギイオン粒子ビームは、磁場プリズム5
によって円弧状に偏向され対物レンズ6によって収束さ
れた後に観察試料7に衝突する。衝突イオン粒子は、表
面層の原子によって非弾性散乱され、このうち180度
方向に散乱されるイオン粒子を検出する。散乱された中
性化粒子は直進し検出器9で、散乱されたイオン粒子は
再び磁場プリズムによって偏向され、グリッド17と検
出器10の間で加速された後、検出器10で検出され
る。散乱されたイオン粒子の磁場プリズムからの出射角
度は微調整することができる。 【効果】 装置が小型化され、また、表面原子の種類よ
らず、その原子位置や濃度、及び試料表面の化学結合状
態を知ることが可能である。
(57) [Abstract] [Purpose] A method for surface analysis of semiconductor materials, etc. during thin film growth, and in particular, enables observation of the composition and structure of surface atoms and electrons by attaching them to thin film growth equipment and other analysis equipment. The purpose is to [Structure] Pulsed He, Ne, A of 3 keV or less
The low-energy ion particle beam such as r is generated by the magnetic field prism 5
After being deflected in an arc shape by and converged by the objective lens 6, it collides with the observation sample 7. The collision ion particles are inelastically scattered by the atoms of the surface layer, and among them, the ion particles scattered in the direction of 180 degrees are detected. The scattered neutralized particles go straight to the detector 9, and the scattered ion particles are deflected again by the magnetic field prism, accelerated between the grid 17 and the detector 10, and then detected by the detector 10. The outgoing angle of the scattered ion particles from the magnetic field prism can be finely adjusted. [Effect] The device is miniaturized, and it is possible to know the atomic position and concentration, and the chemical bonding state of the sample surface, regardless of the type of surface atoms.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】半導体材料等の表面分析の方法
で、特に結晶表面の組成分析や構造解析に有効である。
[Industrial application] A method for surface analysis of semiconductor materials and the like, which is particularly effective for composition analysis and structure analysis of crystal surfaces.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子の開発と関係して、結晶成長
等によって変化しつつある表面の組成及び構造をリアル
タイムでその場観察し、結晶表面構造や結晶成長過程を
制御する技術が重要となっている。例えば、Si−UL
SIにおいては、素子が微細になるに従いチャネルの薄
膜化及びチャネルストッパ層の高不純物濃度が要求され
ているが、この構造を実現させるためには急俊な不純物
分布形成が必要となる。そのためには、Si結晶基板上
に吸着させた種々の元素の位置及び濃度をリアルタイム
で観察することによって、結晶成長に伴う原子の拡散を
抑制し、原子層成長を行う技術が必要とされている。低
エネルギーイオン散乱表面分析装置は、その場観察によ
って、結晶表面近傍における原子層レベルでの組成分析
及び構造解析を行うことができる特徴から、上記の目的
にかなう有用な分析法として近年、研究開発が進められ
ている。
2. Description of the Related Art In connection with the development of semiconductor devices, a technique for controlling the crystal surface structure and the crystal growth process by observing in real time the composition and structure of the surface, which is changing due to crystal growth, is important. ing. For example, Si-UL
In SI, as the device becomes finer, the thinning of the channel and the high impurity concentration of the channel stopper layer are required, but in order to realize this structure, it is necessary to form an abrupt impurity distribution. To this end, there is a need for a technique for observing the positions and concentrations of various elements adsorbed on a Si crystal substrate in real time to suppress the diffusion of atoms accompanying crystal growth and perform atomic layer growth. . The low-energy ion scattering surface analyzer is capable of performing composition analysis and structure analysis at the atomic layer level near the crystal surface by in-situ observation, and has recently been researched and developed as a useful analysis method for the above purpose. Is being promoted.

【0003】従来の低エネルギーイオン散乱表面分析装
置を図2、図3に示す。図2の装置では、杉山直春等が
ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジック
ス1990年、巻29、ナンバー10、頁L1922か
ら頁L1925(Japanease Journal of Applide Physi
cs Volume 29,No.10(1992)p.L1922−p.L1
925)で開示しているように、チョッピングプレート
4によってパルス化された数keV以下のイオン粒子源1
から出射されたイオン粒子ビームを、電場プリズム16
によって偏向させて試料7に入射させ、入射方向に対
し、180度後方に散乱された粒子の飛空時間、及び粒
子数を検出器9で測定していた。散乱粒子のエネルギー
分析に飛行時間差法を用いているため、エネルギースペ
クトルを一度で測定することができる。また、入射方向
に対して試料表面の方向をゴニオメータ13で変えるこ
とによって、試料表面数原子層の構造解析をすることが
できる。さらに、図3の装置では、特開平3−2852
43号公報に開示されているように、パルス化された数
keV以下のイオン粒子を、磁場プリズム5によって偏
向させて試料7に入射させ180度後方に散乱された粒
子のうち、中性化粒子の飛空時間、及び粒子数を検出器
9で測定し、イオン粒子を再び磁場プリズム5によって
偏向させて、位置分解能を有する検出器23によって検
出位置、及び粒子数を測定する方法が提案されていた。
この方法では、散乱されたイオン粒子と中性化粒子を分
離して、同時に測定を行なうことができる。散乱された
イオン粒子は、中性化粒子よりも、表面の情報が得られ
ることから、前述の手法表面の解析を行なうことができ
た。
A conventional low energy ion scattering surface analyzer is shown in FIGS. 2 and 3. In the apparatus shown in FIG. 2, Naoharu Sugiyama et al., Japanese Journal of Applied Physics, 1990, Vol. 29, No. 10, pages L1922 to L1925 (Japanease Journal of Applide Physi
cs Volume 29, No.10 (1992) p.L1922-p.L1
925), and an ion particle source 1 of several keV or less pulsed by a chopping plate 4
The ion particle beam emitted from the
The detector 9 was used to measure the flight time of particles scattered backward by 180 degrees with respect to the incident direction and the number of particles. Since the time-of-flight method is used for energy analysis of scattering particles, the energy spectrum can be measured at one time. Further, by changing the direction of the sample surface with respect to the incident direction with the goniometer 13, it is possible to analyze the structure of several atomic layers on the sample surface. Furthermore, in the apparatus shown in FIG.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 43-43, neutralized particles among particles that are pulsed and deflected by the magnetic field prism 5 into the sample 7 and are scattered backward by 180 degrees, are ionized particles of several keV or less. The method of measuring the flight time and the number of particles by the detector 9, deflecting the ion particles by the magnetic field prism 5 again, and measuring the detection position and the number of particles by the detector 23 having a positional resolution has been proposed. It was
In this method, scattered ion particles and neutralized particles can be separated and simultaneously measured. Since the scattered ionic particles can obtain information on the surface more than the neutralized particles, the surface analysis described above could be performed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術に
は次のような問題があった。一様磁場内において、荷電
粒子はエネルギーによって異なる半径の円軌道をとるの
で、散乱エネルギーが異なる、試料元素に対応した軌道
全てを覆うような範囲の一様磁場が必要となる。従っ
て、イオン粒子のエネルギーを位置分解能を持つ検出器
によって検出する手法では、それに対応した大きさの検
出器が必要であった。このため、装置が大規模となり、
結晶成長装置や、他の分析装置への取付けが困難であっ
た。さらに、イオン粒子の位置分解を、検出器の両端に
伝わる電気信号の時間差を測定することによって行なっ
ているため、分解能を向上させることが難しかった。ま
た、磁場の境界では磁場の分布が生じていることから、
散乱イオン粒子の軌道は理想的な磁場分布の場合とは異
なる。従って、イオン粒子が検出される位置を精度よく
特定することが困難であった。
However, the prior art has the following problems. In a uniform magnetic field, charged particles take circular orbits having different radii depending on their energies. Therefore, it is necessary to have a uniform magnetic field in a range that covers all the orbits corresponding to the sample element and having different scattering energies. Therefore, in the method of detecting the energy of ion particles with a detector having a positional resolution, a detector having a size corresponding to that is required. Therefore, the device becomes large-scale,
It was difficult to attach it to a crystal growth device or other analysis device. Furthermore, since the position resolution of the ion particles is performed by measuring the time difference between the electric signals transmitted to both ends of the detector, it is difficult to improve the resolution. In addition, since the distribution of the magnetic field occurs at the boundary of the magnetic field,
The trajectories of scattered ion particles are different from those of the ideal magnetic field distribution. Therefore, it is difficult to accurately specify the position where the ion particles are detected.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】そこで、入射粒子偏向用
の円弧状の磁場プリズムに、散乱されたイオン粒子を電
場によって加速して検出し、さらに、飛空時間を測定す
る手段を設けた。また、イオン粒子が磁場プリズムから
出射する方向を微調整する機構を設けた。
Therefore, an arc-shaped magnetic field prism for deflecting incident particles is provided with means for accelerating and detecting scattered ion particles by an electric field and further measuring flight time. Further, a mechanism for finely adjusting the direction in which the ion particles are emitted from the magnetic field prism is provided.

【0006】[0006]

【作用】これによって、散乱されたイオン粒子は、磁場
によって大きく位置分解される前に検出器に到達し、入
射イオン粒子を偏向させるために必要な最少限度の大き
さの磁場プリズムによって、イオン粒子と中性化粒子と
を分離して、同時に検出できるようになる。また、電場
によってイオン粒子を加速することにより、イオン粒子
が大きな範囲に分離される前に、検出できるため、検出
部を小型化することができる。さらに、イオン粒子のエ
ネルギーを大きくして検出器に入射させることにより、
検出効率を向上させることができ、また、電子によるノ
イズを取り除くことが可能となる。
As a result, the scattered ion particles reach the detector before they are largely resolved by the magnetic field, and the magnetic field prism having the minimum size necessary for deflecting the incident ion particles causes the ion particles to be dispersed. And neutralized particles can be separated and simultaneously detected. Further, by accelerating the ionic particles by the electric field, the ionic particles can be detected before they are separated into a large area, so that the detection unit can be downsized. Furthermore, by increasing the energy of the ion particles and making them enter the detector,
The detection efficiency can be improved, and noise due to electrons can be removed.

【0007】また、イオン粒子の磁場プリズムからの出
射口に微調整機構を設けることによって、散乱イオン粒
子の方向をイオン粒子の検出が容易となる。
By providing a fine adjustment mechanism at the exit of the magnetic field prism for the ion particles, it becomes easy to detect the direction of the scattered ion particles.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1と図3、図4、
図5を用いて説明する。図1は、本発明の1実施例を示
す低速イオン散乱装置である。イオン源1から出射され
る3keV以下のHe,Ne,Ar等の低エネルギイオン
粒子は、コンピュータ2からの信号に従ってパルスジェ
ネレータ3から発生されるパルス電圧を、チョッピング
プレート4に印加することによってパルス化される。パ
ルス化されたイオン粒子ビームは磁場プリズム5によっ
て円弧状に偏向され対物レンズ6によって収束された後
に観察試料7に衝突する。衝突イオン粒子は、表面層の
原子によって非弾性散乱され、このうち180度方向に
散乱されるイオン粒子を検出する。散乱イオン粒子の一
部は、表面原子との電荷の授受によって中性化粒子とな
り、チャンバ8を直進して検出器9に到達する。パルス
化されたイオン粒子が検出器9に到達する飛空時間を測
定器11によって検出する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a slow ion scattering device showing one embodiment of the present invention. Low-energy ion particles such as He, Ne, and Ar of 3 keV or less emitted from the ion source 1 are pulsed by applying a pulse voltage generated from a pulse generator 3 to a chopping plate 4 according to a signal from a computer 2. To be done. The pulsed ion particle beam is deflected in an arc shape by the magnetic field prism 5, converged by the objective lens 6, and then collides with the observation sample 7. The collision ion particles are inelastically scattered by the atoms of the surface layer, and among them, the ion particles scattered in the direction of 180 degrees are detected. A part of the scattered ion particles becomes a neutralized particle due to the transfer of electric charge with the surface atoms, and goes straight through the chamber 8 to reach the detector 9. The measuring device 11 detects the flight time of the pulsed ion particles reaching the detector 9.

【0009】観察試料7に衝突してから検出器に到達す
るまでの時間Tは、反射粒子のエネルギをE、粒子の質
量をm、試料から検出器までの飛空距離をdとすると、
Assuming that the energy T of the reflected particles is m, the mass of the particles is m, and the flying distance from the sample to the detector is d, the time T from the collision with the observation sample 7 to the arrival at the detector is

【0010】[0010]

【数1】 [Equation 1]

【0011】となる。ここで、反射粒子のエネルギE
は、入射粒子のエネルギをEo、イオン粒子の質量を
m、試料原子の質量をMとすると、剛体モデルの衝突の
関係から、
[0011] Here, the energy E of the reflective particles
Where Eo is the energy of the incident particle, m is the mass of the ionic particle, and M is the mass of the sample atom, from the relationship of collision of the rigid body model,

【0012】[0012]

【数2】 [Equation 2]

【0013】で得られる。図3及び図4は、数1と数2
を使って、ヘリウム(He)イオン粒子とネオン(N
e)イオン粒子を入射イオン粒子に用いた場合のSi原
子と他の原子の飛空時間を計算した結果である。この計
算では、飛空距離dを1mとした。この測定では、検出
限界に二つの制約がある。ひとつは、入射イオン粒子の
原子量よりも小さな表面原子は検出できないことであ
る。例えば、Neイオン粒子を用いた場合、ボロン
(B)、炭素(C)、酸素(O)を検出することはでき
ない。他の一つは、測定器11の時間分解能によるもの
である。例えば、Siを基板に用いた場合は、Siの飛
空時間と表面原子の飛空時間との差が、測定器11の最
小検出時間差、言い替えれば時間分解能よりも大きい必
要がある。一般に、時間分解能は100nsec程度であるの
で、Neイオン粒子を用いれば、砒素(As)、ガリウ
ム(Ga)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(G
e)、アンチモン(Sb)等が、Heイオン粒子を用い
ればB、C、O等が検出できる。
It is obtained by 3 and 4 show the numbers 1 and 2
With helium (He) ion particles and neon (N
e) Results of calculation of flight times of Si atoms and other atoms when ion particles are used as incident ion particles. In this calculation, the flying distance d was set to 1 m. In this measurement, there are two restrictions on the detection limit. One is that surface atoms smaller than the atomic weight of incident ion particles cannot be detected. For example, when Ne ion particles are used, boron (B), carbon (C), and oxygen (O) cannot be detected. The other is due to the time resolution of the measuring device 11. For example, when Si is used as the substrate, the difference between the flight time of Si and the flight time of surface atoms needs to be larger than the minimum detection time difference of the measuring device 11, in other words, the time resolution. Generally, since the time resolution is about 100 nsec, if Ne ion particles are used, arsenic (As), gallium (Ga), aluminum (Al), germanium (G
e), antimony (Sb), etc., and B, C, O, etc. can be detected by using He ion particles.

【0014】このように、低速イオン散乱法では、原理
的には基板の最表面に存在する軽元素から重元素にいた
る広範囲の原子種を検出できる。しかし、中性化粒子の
検出法では、基板元素よりも軽い元素の場合の計測は困
難であった。これは、基板原子により散乱された中性化
粒子の飛空時間依存性を測定する場合、基板内部に侵入
した粒子は表面原子で散乱された場合に比べて遅れて検
出される効果によって飛空時間の長い方向に裾を引き、
軽い元素に散乱された信号と重なることが原因である。
例えば、GaAs基板上のSi、Si基板上のBなどが
その例である。これに対して散乱イオン粒子は、M.Aono
等によってニュークリア インスツルメント アンド メ
ッソッズ イン フィジックス リサーチ 1989年、巻37/3
8、頁264から頁269(Nuclear Instrument and Methods i
n Physics Research, Volume B37/38 (1989)p.264−p.2
69)に開示されているように、基板最表面の数原子層か
らの信号のみを現すことがわかっている。そこで図1の
実施例においては、入射イオン粒子のうち中性化粒子化
せずに180度散乱されたイオン粒子が磁場プリズムに
より入射方向と逆の方向に偏向される事を利用して、検
出器10によってイオン粒子のみを検出できる構成とし
た。すなわち、散乱イオン粒子は磁場プリズム5によっ
て入射イオン粒子と基板の鉛直面を挾んで反対方向に偏
向され検出器10に到達する。従って、中性化粒子を検
出器9で、イオン粒子を検出器10で独立に検出するこ
とが可能になる。これによって、基板最表面の数原子層
の信号を独立に検出できるわけである。
Thus, in principle, the slow ion scattering method can detect a wide range of atomic species from light elements to heavy elements existing on the outermost surface of the substrate. However, it has been difficult to detect the neutralized particles in the case of an element lighter than the substrate element. This is because when measuring the flight time dependence of neutralized particles scattered by the substrate atoms, the particles that penetrate inside the substrate are detected by the effect of being detected later than when they are scattered by the surface atoms. Pull the hem in the direction of longer time,
This is due to the overlap with the signal scattered by the lighter elements.
For example, Si on a GaAs substrate and B on a Si substrate are examples. On the other hand, scattered ion particles are M.Aono
Nuclear Instruments and Methods by Physics Research, 1989, Volume 37/3
8, p. 264 to p. 269 (Nuclear Instrument and Methods i
n Physics Research, Volume B37 / 38 (1989) p.264-p.2
As disclosed in (69), it is known that only signals from a few atomic layers on the outermost surface of the substrate are revealed. Therefore, in the embodiment of FIG. 1, detection is performed by utilizing the fact that the ion particles scattered 180 degrees without being neutralized among the incident ion particles are deflected in the direction opposite to the incident direction by the magnetic field prism. Only the ion particles can be detected by the container 10. That is, the scattered ion particles are deflected by the magnetic field prism 5 in the opposite direction across the vertical plane of the incident ion particles and the substrate and reach the detector 10. Therefore, the neutralized particles can be detected by the detector 9 and the ion particles can be detected by the detector 10 independently. As a result, the signals of several atomic layers on the outermost surface of the substrate can be detected independently.

【0015】さらに、磁場で偏向されるイオン粒子は、
衝突した試料上の原子の種類によって偏向曲率半径が異
なる。イオン粒子の偏向曲率半径Rは、磁束密度をB
0、素電荷をeとすると、
Further, the ion particles deflected by the magnetic field are
The deflection radius of curvature differs depending on the type of atoms on the sample that has collided. The deflection radius R of the ion particle is expressed by the magnetic flux density B
If 0 and elementary charge are e,

【0016】[0016]

【数3】 [Equation 3]

【0017】となり、原子量とエネルギーの積の平方根
に比例する。従って、表面の原子によって、空間位置が
異なる。
And is proportional to the square root of the product of atomic weight and energy. Therefore, the spatial position differs depending on the atoms on the surface.

【0018】そこで、本発明では、散乱されたイオン粒
子の検出装置の大きさを小さくするために、イオン粒子
が磁場による偏向角度が小さいうちに、イオン粒子を電
場によって加速して検出している。イオン粒子が磁場に
より偏向され、中性粒子と分離可能となったところにグ
リッド17を設け、グリッド17と検出器10との間に
−2kVの電圧を負荷する。磁場によって偏向を受けた
イオン粒子はグリッド17を通過した後、電場によって
加速され、検出器10に到達する。この間のイオン粒子
の飛行距離は小さいので、イオン粒子の全体の飛行時間
に影響を及ぼすことはない。また、この方法を用いるこ
とによって、イオン粒子検出の際にノイズの原因となっ
ている電子を取り除くことができる。
Therefore, in the present invention, in order to reduce the size of the scattered ion particle detecting device, the ion particles are accelerated by an electric field and detected while the deflection angle due to the magnetic field is small. . A grid 17 is provided where the ion particles are deflected by the magnetic field and can be separated from the neutral particles, and a voltage of −2 kV is applied between the grid 17 and the detector 10. The ion particles deflected by the magnetic field pass through the grid 17 and then are accelerated by the electric field to reach the detector 10. Since the flight distance of the ion particles during this period is small, it does not affect the overall flight time of the ion particles. Further, by using this method, it is possible to remove the electrons that cause noise when detecting the ion particles.

【0019】本発明の、実用化に当っては、入射イオ
ン、散乱中性粒子、散乱イオンの調整が重要である。装
置組立ての誤差、イオン軌道の偏差によって、散乱中性
粒子、散乱イオンは影響を受けるので、二つの検出器
9、10で同時に検出できるよう装置に機能を備えてお
くことが必要である。図6と図7は、調整機構を備えた
本発明の実施例である。図6は、磁場プリズム5によっ
て曲げられた散乱イオンが磁場から出射する部分に、磁
石のポールピースの形状の調整機構18を設けたものを
示す。この調整機構18は、ポールピースと磁性材料で
回転することによって磁場の外周部の輪郭を変えること
ができる構造になっている。従って、散乱中性粒子まで
の調整が終わった段階で、独立に散乱イオンの調整が可
能である。散乱イオンの軌道は、磁場プリズムの輪郭形
状に極めて敏感であるので、軌道のずれによる散乱イオ
ンの検出器10への照射が生じた場合の調整法として有
用である。また、図7は、他の調整手法の実施例であ
る。これは、磁石に位置調整機構22を加える代わり
に、磁石そのものをイオン軌道に対して相対的に移動さ
せることによって、散乱イオンの軌道を調整するもので
ある。ただし、この場合は、磁石を移動させるので入射
イオンの試料7への照射、ならびに反射中性粒子の検出
器9での検出で行った調整を乱すことになる。そこで、
実施例では、磁場プリズム5からでた後の入射イオンの
位置が変動しないように、磁場プリズムの後に直径1m
mのピンホール20を通してイオン検出器19を設置
し、時間計数器21によってこのイオン検出器の検出イ
オン信号が常に検出されるように位置調整機構22に駆
動信号を加える。この検出回路21に散乱イオン検出器
10から散乱イオンの検出信号が得られた時点で調整は
完了する。上記の、手順は、自動化すれば、より簡便な
調整ができる。
In practical application of the present invention, it is important to adjust incident ions, scattered neutral particles, and scattered ions. Since scattered neutral particles and scattered ions are affected by an error in assembling the device and a deviation in the ion trajectory, it is necessary to provide the device with a function so that the two detectors 9 and 10 can detect them simultaneously. 6 and 7 show an embodiment of the present invention having an adjusting mechanism. FIG. 6 shows a structure in which an adjusting mechanism 18 for the shape of a pole piece of a magnet is provided in a portion where scattered ions bent by the magnetic field prism 5 are emitted from the magnetic field. The adjusting mechanism 18 has a structure in which the contour of the outer peripheral portion of the magnetic field can be changed by rotating the pole piece and the magnetic material. Therefore, it is possible to independently adjust the scattered ions when the adjustment up to the scattering neutral particles is completed. Since the trajectories of scattered ions are extremely sensitive to the contour shape of the magnetic field prism, they are useful as an adjusting method when the detector 10 is irradiated with scattered ions due to the deviation of the trajectories. FIG. 7 is an example of another adjustment method. This is to adjust the orbit of scattered ions by moving the magnet itself relative to the ion orbit instead of adding the position adjusting mechanism 22 to the magnet. However, in this case, since the magnet is moved, the adjustment performed in the irradiation of the sample 7 with the incident ions and the detection of the reflected neutral particles by the detector 9 is disturbed. Therefore,
In the embodiment, a diameter of 1 m is provided after the magnetic field prism so that the position of incident ions after exiting from the magnetic field prism 5 does not change.
An ion detector 19 is installed through the pinhole 20 of m, and a drive signal is applied to the position adjusting mechanism 22 so that the time counter 21 always detects the detected ion signal of this ion detector. The adjustment is completed when the detection signal of the scattered ions is obtained from the scattered ion detector 10 in the detection circuit 21. If the above procedure is automated, simpler adjustment can be performed.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上述べたように、本発明を用いれば、
低速イオン散乱法において磁場プリズム部、及びイオン
粒子検出部を小型化し、散乱中性化粒子と散乱イオン粒
子とを分離して測定できるので、結晶成長装置や他の分
析装置に取り付けて分析することが可能となる。
As described above, according to the present invention,
In the low-speed ion scattering method, the magnetic field prism unit and ion particle detection unit can be downsized, and scattered neutralized particles and scattered ion particles can be separated and measured, so it is necessary to attach them to a crystal growth device or other analysis device for analysis. Is possible.

【0021】また、イオン粒子検出において、エネルギ
ー分解能を向上させ、さらに、ノイズを低減することが
できる。
Further, in ion particle detection, energy resolution can be improved and noise can be reduced.

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

【図1】本発明の1実施例を示すイオン散乱表面分析装
置の正面図である。
FIG. 1 is a front view of an ion scattering surface analyzer showing one embodiment of the present invention.

【図2】従来のイオン散乱表面分析装置の正面図であ
る。
FIG. 2 is a front view of a conventional ion scattering surface analyzer.

【図3】従来のイオン散乱表面分析装置の説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a conventional ion scattering surface analyzer.

【図4】Heイオンにおける飛空時間の計算結果の説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a calculation result of a flight time of He ions.

【図5】Neイオンにおける飛空時間の計算結果の説明
図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a calculation result of flight time for Ne ions.

【図6】散乱イオン軌道の調整機構を備えた本発明の1
実施例を示す説明図である。
FIG. 6 is a view of a first embodiment of the present invention including a mechanism for adjusting scattered ion trajectories.
It is explanatory drawing which shows an Example.

【図7】散乱イオン軌道の調整機構を備えた本発明の1
実施例を示す説明図である。
FIG. 7 is a view of a first embodiment of the present invention including a mechanism for adjusting scattered ion trajectories.
It is explanatory drawing which shows an Example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…イオン粒子源、2…制御用コンピュータ、3…パル
スジェネレータ、4…チョッピングプレート、5…磁場
プリズム、6…レンズ、7…試料、8…真空チャンバ、
9…検出器、10…検出器、11…レンズ、12…ゲー
トバルブ、13…試料台、14…分析室、15…直進移
動機構、16…電場プリズム、17…グリッド、18…
磁場調整治具、19…イオン検出器、20…ピンホー
ル、21…時間計数器、22…位置調整機構、23…検
出器、24…波高分析器。
1 ... Ion particle source, 2 ... Control computer, 3 ... Pulse generator, 4 ... Chopping plate, 5 ... Magnetic field prism, 6 ... Lens, 7 ... Sample, 8 ... Vacuum chamber,
9 ... Detector, 10 ... Detector, 11 ... Lens, 12 ... Gate valve, 13 ... Sample stage, 14 ... Analytical chamber, 15 ... Linear movement mechanism, 16 ... Electric field prism, 17 ... Grid, 18 ...
Magnetic field adjusting jig, 19 ... Ion detector, 20 ... Pinhole, 21 ... Time counter, 22 ... Position adjusting mechanism, 23 ... Detector, 24 ... Wave height analyzer.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】パルス化された、数keVの低エネルギー
イオン粒子を試料表面に衝突させて、入射方向に対して
後方に散乱させ、試料からのイオン粒子及び中性化され
た粒子とを、磁場によって分離して検出することを特徴
とするイオン散乱表面分析装置において、上記試料から
の散乱イオン粒子の検出器として、上記試料からの散乱
イオン粒子を加速する加速手段を付加した上記散乱イオ
ン粒子の検出器であることを特徴とするイオン散乱表面
分析装置。
1. A pulsed, low-energy ion particle of several keV is made to collide with a sample surface and scattered backward with respect to the incident direction, and the ion particle and the neutralized particle from the sample are In an ion scattering surface analyzer characterized by separating and detecting by a magnetic field, as the detector of scattered ion particles from the sample, the scattered ion particles added with an acceleration means for accelerating the scattered ion particles from the sample Ion scattering surface analysis device characterized by being a detector of.
【請求項2】請求項1に記載のイオン散乱表面分析装置
において、上記試料からの散乱イオン粒子を加速する加
速手段として、電場を用いることを特徴とするイオン散
乱表面分析装置。
2. The ion scattering surface analyzer according to claim 1, wherein an electric field is used as an accelerating means for accelerating the scattered ion particles from the sample.
【請求項3】請求項1に記載のイオン散乱表面分析装置
において、散乱されたイオン粒子及び中性化粒子の飛空
時間を測定するシステムを有することによりエネルギー
分析を行なうことを特徴とするイオン散乱表面分析装
置。
3. The ion scattering surface analyzer according to claim 1, wherein an energy analysis is performed by having a system for measuring the flight times of scattered ion particles and neutralized particles. Scattering surface analyzer.
【請求項4】請求項1に記載のイオン散乱表面分析装置
において、散乱イオン粒子の磁場プリズムからの出射口
に、出射角度の微調整機構を有することを特徴とするイ
オン散乱表面分析装置。
4. The ion-scattering surface analyzer according to claim 1, wherein a fine adjustment mechanism of an exit angle is provided at an exit of the scattered ion particles from the magnetic field prism.
【請求項5】請求項1に記載のイオン散乱表面分析装置
において、磁場プリズム用磁石の位置調整機構を設け、
磁石の位置を調整することによって、散乱イオンの軌道
を調整することを特徴とするイオン散乱表面分析装置。
5. The ion scattering surface analyzer according to claim 1, further comprising a position adjusting mechanism for the magnet for the magnetic field prism,
An ion scattering surface analysis device characterized in that the orbits of scattered ions are adjusted by adjusting the position of a magnet.
【請求項6】請求項1に記載のイオン散乱表面分析装置
において、上記散乱イオンの検出器を試料に対して直角
な方向に近い散乱イオン程、試料からの飛行距離が小さ
くなるように配置したことを特徴とするイオン散乱表面
分析装置。
6. The ion scattering surface analyzer according to claim 1, wherein the detector for the scattered ions is arranged such that the closer the scattered ions are to the direction perpendicular to the sample, the smaller the flight distance from the sample. An ion scattering surface analyzer characterized by the above.
【請求項7】パルス化された、数keVの低エネルギー
イオン粒子を試料表面に衝突させて、入射方向に対して
後方に散乱させ、試料からのイオン粒子及び中性化され
た粒子とを、磁場によって分離して検出することを特徴
とするイオン散乱表面分析方法において、上記試料から
のイオン粒子に対し偏向、加速したイオン粒子から試料
表面を分析することを特徴とするイオン散乱表面分析方
法。
7. A pulsed low-energy ion particle of several keV is made to collide with the sample surface and scattered backward with respect to the incident direction, and the ion particle and the neutralized particle from the sample are An ion scattering surface analysis method characterized by separating and detecting by a magnetic field, wherein the sample surface is analyzed from the ion particles deflected and accelerated with respect to the ion particles from the sample.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101476141B1 (en) * 2013-07-31 2014-12-26 케이맥(주) Apparatus and method for analysing composition and quantity using time of flight
WO2015016632A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 케이맥(주) Apparatus and method for composition and quantitative analysis using time of flight, and faraday cup assembly used therefor

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