(57)【要約】【課題】強磁場中に配置されるマイクロチャンネルプレートでの二次電子増幅率の減少を抑制して散乱イオンの測定精度の低下を抑制できる散乱イオン分析装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明に係る散乱イオン分析装置は、磁場形成手段１８と散乱イオン検出器２０とアパーチャ１６とを備え、散乱イオン検出器は、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）２２と二次電子の位置を検出する位置検出手段３０とバイアス電圧を印加するためのバイアス電源３２とを有し、ＭＣＰ２２では、磁場Ｂ方向に対し、微細貫通孔２６に入射する散乱イオンの入射方向が傾いているのと同じ側に微細貫通孔２６の中心軸２６ｂが傾き、且つ散乱イオンの入射方向の傾きよりも中心軸２６ｂの傾きが小さくなるように当該微細貫通孔２６が形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
2010223921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速されたイオンビームが試料に照射されたときに当該試料から散乱する散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するための散乱イオン分析装置であって、
内部に前記イオンビームが照射されると共に、このイオンビームが照射される位置に前記試料がセットされる真空容器と、
この真空容器内に前記イオンビームの入射方向と平行な磁場を形成するための磁場形成手段と、
前記磁場が形成された前記真空容器内で前記試料から散乱する散乱イオンを検出する散乱イオン検出器と、
この散乱イオン検出器と前記試料との間の位置に設けられ、前記散乱イオン検出器側から前記試料側に入射される前記イオンビームの通過を許容すると共に、前記試料側から前記散乱イオン検出器側に向かって散乱する前記散乱イオンのうち特定の範囲の散乱角を有し且つ前記磁場形成手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に特定の領域で収束する散乱イオンの通過を許容する開口を有するアパーチャとを備え、
前記散乱イオン検出器は、複数の微細貫通孔が前記磁場方向と直交する面上に並び、この微細貫通孔の一方側開口から前記散乱イオンが入射することで他方側開口から増幅された二次電子が射出されるマイクロチャンネルプレートと、このマイクロチャンネルプレートの二次電子射出側に配置され前記射出される二次電子の位置を検出する位置検出手段と、前記マイクロチャンネルプレートに接続され、当該マイクロチャンネルプレートにおける散乱イオン入射側部分と二次電子射出側部分との間にバイアス電圧を印加するためのバイアス電源とを有し、
前記マイクロチャンネルプレートでは、前記磁場方向に対し、前記微細貫通孔に入射する散乱イオンの入射方向が傾いているのと同じ側に前記微細貫通孔の中心軸が傾き、且つ前記散乱イオンの入射方向の傾きよりも前記中心軸の傾きが小さくなるように当該微細貫通孔が形成されていることを特徴とする散乱イオン分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の散乱イオン分析装置において、
前記散乱イオン検出器は、前記ビーム軸を中心とした円周方向に沿って配置されると共に、前記円周方向に沿って複数の領域に分割され、
前記複数の微細貫通孔は、共通の前記領域内では前記磁場方向に対して全て同じ側に前記中心軸が傾くと共に、前記領域毎に当該領域内の微細貫通孔に入射する前記散乱イオンの入射方向が前記磁場方向に対して傾いているのと同じ側に前記中心軸が傾くようにそれぞれ形成されていることを特徴とする散乱イオン分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の散乱イオン分析装置において、
前記散乱イオン検出器では前記磁場方向に沿って複数枚の前記マイクロチャンネルプレートが配置され、
これら複数枚のマイクロチャンネルプレートのうち最も前記試料側の前記マイクロチャンネルプレートの前記微細貫通孔が、当該微細貫通孔に入射する前記散乱イオンの入射方向が前記磁場方向に対して傾いているのと同じ側に前記中心軸が傾き、且つ前記散乱イオンの入射方向の傾きよりも前記中心軸の傾きが小さくなるように形成されていることを特徴とする散乱イオン分析装置。
【請求項４】
請求項３に記載の散乱イオン分析装置において、
前記磁場方向に並ぶ複数枚のマイクロチャンネルプレートは、隣り合う前記マイクロチャンネルプレートが互いに前記磁場方向に間隔をおいて配置されると共に前記隣り合うマイクロチャンネルプレート間に電位差発生手段が接続されていることを特徴とする散乱イオン分析装置。
【請求項５】
請求項４に記載の散乱イオン分析装置において、
前記電位差発生手段は、抵抗素子であることを特徴とする散乱イオン分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高エネルギー又は中エネルギーのイオンビームを利用したラザフォード後方散乱分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ラザフォード後方散乱（Rutherford  Backscattering  Spectroscopy：ＲＢＳ）分析装置のうち、試料に照射されるイオンビームに平行な磁場を用いて前記試料から散乱する散乱イオンのエネルギー分析を行う平行磁場型のＲＢＳ分析装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。
【０００３】
この装置は、図６に示されるように、イオンを加速してイオンビームｂｍを発生させる加速器部１００と、このイオンビームｂｍが試料ｓに照射されることで当該試料ｓから散乱した散乱イオンを検出し、この散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するスペクトロメータ部２００とで構成されている。
【０００４】
加速器部１００は、イオンを発生させるイオン源１０２と、このイオン源１０２で発生させたイオンを一方向に加速してイオンビームｂｍを発生させる加速管１０４とを備えている。
【０００５】
スペクトロメータ部２００は、内部に前記イオンビームｂｍが照射されると共に、このイオンビームｂｍが照射される位置に試料ｓがセットされる真空容器２０２と、この真空容器２０２内にイオンビームｂｍの照射方向（ビーム軸）と平行な磁場（強磁場）ｂを形成するための磁場形成手段２０４とを備えている。
【０００６】
真空容器２０２内には、散乱イオン検出器２０６とアパーチャ２０８とが配置されている。散乱イオン検出器２０６は、真空容器２０２内において照射される前記イオンビームｂｍの上流側に配置され、イオンビームｂｍが照射されることで試料ｓから散乱（後方散乱）する散乱イオンを検出するものである。
【０００７】
この散乱イオン検出器２０６は、図７にも示されるように、マイクロチャンネルプレート（Micro  Channel  Plate：ＭＣＰ）２１０と位置検出手段２２０とで構成される。
【０００８】
ＭＣＰ２１０は、板状のＭＣＰ本体２１２に数μｍ〜数十μｍのポア径（チャンネル径）を有する多数の微細貫通孔（チャンネル）２１４，２１４，…が互いに平行となるように形成されている。各チャンネル２１４は、その中心軸がＭＣＰ本体２１２表面（図７における上側の面）の法線方向に対して所定の角度（７°〜１３°程度：バイアス角）θとなるように形成されている。
【０００９】
このようにＭＣＰ本体２１２に形成されている複数のチャンネル２１４，２１４，…は、それぞれが二次電子増幅器の役割を果たしている。ＭＣＰ２１０の両面（図７における上下の面）間にＭＣＰバイアス電源２１６によって直流のバイアス電圧が印加された状態でＭＣＰ２１０の表面側から各チャンネル２１４に入射したイオンや電子、Ｘ線などがチャンネル２１４の壁面（内周壁）２１４ａに衝突することで当該壁面２１４ａから二次電子が放出される。これら壁面２１４ａから放出された二次電子が前記バイアス電圧で加速されながら対向する壁面２１４ａへの衝突を繰り返しつつチャンネル２１４を通過することで増幅された二次電子（ゲイン：１０６〜１０９程度）が裏面側から射出される（図８参照）。
【００１０】
位置検出手段２２０は、このように増幅された二次電子が入射することでＭＣＰ２１０に入射してきた前記散乱イオンの位置の検出を行い、この位置情報を電流信号として出力するものである。
【００１１】
アパーチャ２０８は、中央部に開口２０８ａを有する板状部材であり、散乱イオン検出器２０６と試料ｓとの間を仕切るように配置されている。この開口２０８ａは、加速器部１００から真空容器２０２内に照射されるイオンビームｂｍの通過を許容すると共に、試料ｓから散乱した散乱イオンのうち特定の範囲の散乱角を有し且つ磁場形成手段２０４が形成する磁場ｂにより前記イオンビームｂｍのビーム軸に特定の領域で収束する散乱イオンの通過を許容するものである。
【００１２】
このように構成されるＲＢＳ分析装置においては、加速器部１００から試料ｓに向けてイオンビームｂｍが照射される。一方、磁場形成手段２０４によって、真空容器２０２内にイオンビームｂｍのビーム軸と平行な磁場（強磁場）ｂが形成される。
【００１３】
イオンビームｂｍが試料ｓの測定部位に到達すると、当該部位でイオンが散乱（後方散乱）する。この試料ｓで後方散乱したイオン（散乱イオン）は、磁場ｂによってローレンツ力を受け、前記ビーム軸を取り巻く螺旋軌道に沿って加速器部１００側に移動する。この螺旋軌道は、散乱イオンの散乱角や当該散乱イオンの有するエネルギーによって変わる。従って、特定の散乱角で特定のエネルギーを有する散乱イオンのみがアパーチャ２０８の開口２０８ａの位置で前記特定の領域内に収束して当該開口２０８ａを通過し、散乱イオン検出器２０６に到達する。
【００１４】
このように散乱イオンが散乱イオン検出器２０６に到達することでＭＣＰ２１０から増幅された二次電子が射出され、これら増幅された二次電子が位置検出手段２２０に入射することで前記散乱イオンのＭＣＰ２１０への入射位置、即ち、前記散乱イオンの散乱イオン検出器２０６への到達位置の検出がなされる。そして、試料ｓとアパーチャ２０８間の距離やアパーチャ２０８と散乱イオン検出器２０６間の距離、イオンビームｂｍのエネルギー、印加磁場強度等と、散乱イオン検出器２０６への散乱イオンの前記到達位置とから散乱イオンのエネルギーを求めることができる。このようにして求めたデータに基づき高速高分解能のＲＢＳ分析が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平７−１９０９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前記の平行磁場型のＲＢＳ分析装置では、アパーチャ２０８を通過する散乱イオンのエネルギー選別を行うため真空容器２０２内には磁場形成手段２０４により強磁場ｂが形成されている。このとき当該真空容器２０２内に配置された散乱イオン検出器２０６は前記強磁場ｂ中に置かれ、この散乱イオン検出器２０６を構成するＭＣＰ２１０も前記強磁場ｂ中に置かれることになる。
【００１７】
このようにＭＣＰ２１０が強磁場ｂ中に置かれると、当該ＭＣＰ２１０における二次電子増幅率が低下する場合がある。これは、強磁場（磁力線）ｂの方向に対してバイアス角θを有するチャンネル２１４内で二次電子が前記強磁場ｂからのローレンツ力により螺旋状に移動しようとするため、バイアス電圧に沿った方向の移動が制限されて当該バイアス電圧により加速され難くなるからである。
【００１８】
具体的には、例えば、図９に示されるような方向からＭＣＰ２１０のチャンネル２１４に散乱イオンが入射した場合、壁面２１４ａから放出された二次電子は、強磁場ｂから受けるローレンツ力によって、チャンネル２１４の壁面（図９においては右側の壁面）２１４ａに沿って移動する（図９の矢印α参照）。
【００１９】
このように二次電子が移動すると、壁面２１４ａとの一つの衝突から次の衝突までのバイアス電圧に沿った方向の移動距離Ｌ１２が小さくなり、バイアス電圧によって十分加速されない。即ち、二次電子が壁面２１４ａに衝突したときに新たな二次電子を発生させるための十分なエネルギーを得ることができない。従って、二次電子がバイアス電圧により十分加速されない場合、ＭＣＰ２１０での二次電子増幅率が減少する（ゲインで１桁か２桁程度減少する）。
【００２０】
このようにＭＣＰ２１０における二次電子増幅率が減少すると、散乱イオン検出器２０６、詳細には位置検出手段２２０がバックグランドノイズ等の影響を受け易くなり、ＲＢＳ分析装置における測定精度が低下する場合がある。
【００２１】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、強磁場中に配置されるマイクロチャンネルプレートでの二次電子増幅率の減少を抑制して散乱イオンの測定精度の低下を抑制できる散乱イオン分析装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
そこで、上記課題を解消すべく、本発明に係る散乱イオン分析装置は、加速されたイオンビームが試料に照射されたときに当該試料から散乱する散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するための散乱イオン分析装置であって、内部に前記イオンビームが照射されると共に、このイオンビームが照射される位置に前記試料がセットされる真空容器と、この真空容器内に前記イオンビームの入射方向と平行な磁場を形成するための磁場形成手段と、前記磁場が形成された前記真空容器内で前記試料から散乱する散乱イオンを検出する散乱イオン検出器と、この散乱イオン検出器と前記試料との間の位置に設けられ、前記散乱イオン検出器側から前記試料側に入射される前記イオンビームの通過を許容すると共に、前記試料側から前記散乱イオン検出器側に向かって散乱する前記散乱イオンのうち特定の範囲の散乱角を有し且つ前記磁場形成手段の磁場により前記イオンビームのビーム軸に特定の領域で収束する散乱イオンの通過を許容する開口を有するアパーチャとを備え、前記散乱イオン検出器は、複数の微細貫通孔が前記磁場方向と直交する面上に並び、この微細貫通孔の一方側開口から前記散乱イオンが入射することで他方側開口から増幅された二次電子が射出されるマイクロチャンネルプレートと、このマイクロチャンネルプレートの二次電子射出側に配置され前記射出される二次電子の位置を検出する位置検出手段と、前記マイクロチャンネルプレートに接続され、当該マイクロチャンネルプレートにおける散乱イオン入射側部分と二次電子射出側部分との間にバイアス電圧を印加するためのバイアス電源とを有し、前記マイクロチャンネルプレートでは、前記磁場方向に対し、前記微細貫通孔に入射する散乱イオンの入射方向が傾いているのと同じ側に前記微細貫通孔の中心軸が傾き、且つ前記散乱イオンの入射方向の傾きよりも前記中心軸の傾きが小さくなるように当該微細貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
かかる構成によれば、前記微細貫通孔に入射した散乱イオンが当該微細貫通孔における二次電子射出側を向いた壁面に大きい入射角で衝突する。そのため、この壁面から放出される二次電子は、放出される壁面の法線に対し大きい角度で、即ち、当該マイクロチャンネルプレートの二次電子射出側に向けて放出されて対向する壁面に向うため、バイアス電圧に沿った前記二次電子の移動距離が大きくなる。
【００２４】
その結果、前記壁面との衝突から次の衝突までに前記バイアス電圧によって前記二次電子が十分加速され、即ち、十分エネルギーを得、次の衝突の際に新たな二次電子を発生させることができる。
【００２５】
例えば、図１０に示されるような方向から散乱イオンが微細貫通孔２１４に入射する場合、放出された二次電子が放出される壁面２１４ａから下方（二次電子放出側）に向かって対向する壁面２１４ａまで移動するため、バイアス電圧に沿った移動距離Ｌ１１が大きくなり、この移動の間にバイアス電圧によって前記二次電子が十分加速される。そのため、前記二次電子が前記対向する壁面２１４ａに衝突したときに新たな二次電子が発生する。
【００２６】
このように衝突のたびに二次電子が発生することで、強磁場中でも前記マイクロチャンネルプレートにおける二次電子増幅率の減少を抑制でき、位置検出手段に十分な量の二次電子が到達する。その結果、精度よく散乱イオン検出器に到達した散乱イオンの位置が検出され、当該装置における散乱イオンの測定精度の低下が抑制される。
【００２７】
本発明に係る散乱イオン分析装置においては、前記散乱イオン検出器は、前記ビーム軸を中心とした円周方向に沿って配置されると共に、前記円周方向に沿って複数の領域に分割され、前記複数の微細貫通孔は、共通の前記領域内では前記磁場方向に対して全て同じ側に前記中心軸が傾くと共に、前記領域毎に当該領域内の微細貫通孔に入射する前記散乱イオンの入射方向が前記磁場方向に対して傾いているのと同じ側に前記中心軸が傾くようにそれぞれ形成されている構成が好ましい。
【００２８】
前記アパーチャを通過して前記イオン検出器に到達する散乱イオンは、前記ビーム軸を中心とした円周方向全域に亘って到達する。そのため、前記のような構成とすることで、各領域において、到達した散乱イオンを測定することができる。しかも、各領域において、前記同様、前記マイクロチャンネルプレートにおける二次電子増幅率の減少を抑制できるため、前記アパーチャを通過した前記散乱イオンを効率よく測定でき、当該装置における散乱イオンの測定精度がより向上する。
【００２９】
また、前記散乱イオン検出器では前記磁場方向に沿って複数枚の前記マイクロチャンネルプレートが配置され、これら複数枚のマイクロチャンネルプレートのうち最も前記試料側の前記マイクロチャンネルプレートの前記微細貫通孔が、当該微細貫通孔に入射する前記散乱イオンの入射方向が前記磁場方向に対して傾いているのと同じ側に前記中心軸が傾き、且つ前記散乱イオンの入射方向の傾きよりも前記中心軸の傾きが小さくなるように形成されている構成が好ましい。
【００３０】
このような構成にすることで、前記複数枚のマイクロチャンネルプレートの各微細貫通孔がそれぞれ連通してより長い貫通孔となり、内部を通過する二次電子の前記壁面との衝突回数が増加する。そのため、二次電子の増幅率が向上し、その結果、当該装置での散乱イオンの測定精度がより向上する。
【００３１】
また、前記磁場方向に並ぶ複数枚のマイクロチャンネルプレートは、隣り合う前記マイクロチャンネルプレートが互いに前記磁場方向に間隔をおいて配置されると共に前記隣り合うマイクロチャンネルプレート間に電位差発生手段が接続されている構成が好ましい。尚、この場合、前記電位差発生手段は、抵抗素子であることが好ましい。
【００３２】
このような構成とすることで、前記マイクロチャンネルプレート間で電位差が生じ、この電位差によって上流側の前記マイクロチャンネルプレートから射出された前記二次電子が下流側の前記マイクロチャンネルプレートに到達するまでに十分加速される。そのため、前記散乱イオンは、前記下流側のマイクロチャンネルプレートの微細貫通孔に入射して壁面と衝突したときに新たな二次電子を発生させるための十分なエネルギーを得ることができる。また、十分なエネルギーを得た二次電子が位置検出手段に到達することで、当該位置検出手段における検出信号強度が増加する。
【００３３】
さらに、前記電位差発生手段が抵抗素子であることで、簡易な構成で隣り合う前記マイクロチャンネルプレート間に電位差を生じさせることができ、装置の小型化が図られる。
【発明の効果】
【００３４】
以上より、本発明によれば、強磁場中に配置されるマイクロチャンネルプレートでの二次電子増幅率の減少を抑制して散乱イオンの測定精度の低下を抑制できる散乱イオン分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施形態に係る散乱イオン分析装置の全体構成を示す断面正面図である。
【図２】同実施形態に係る散乱イオン検出器の構成図である。
【図３】同実施形態に係るマイクロチャンネルプレートにおける（ａ）は正面図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】同実施形態に係る散乱イオン検出器における（ａ）は、ビーム軸方向から見た配置状態を示す構成図であり、（ｂ）は、マイクロチャンネルプレートの微細貫通孔内での二次電子の放出を示す模式図である。
【図５】他実施形態に係る散乱イオン検出器の磁場に沿った方向から見た概略図である。
【図６】従来の散乱イオン分析装置の構成図である。
【図７】従来の散乱イオン検出器の構成図である。
【図８】マイクロチャンネルプレートの微細開孔内での二次電子の増幅過程の模式図である。
【図９】マイクロチャンネルプレートの微細開孔内に入射した散乱イオンと壁面から放出された二次電子の軌道を示す模式図である。
【図１０】マイクロチャンネルプレートの微細開孔内に図９と異なる角度で入射した散乱イオンと壁面から放出された二次電子の軌道を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００３７】
本実施形態に係る散乱イオン分析装置は、図１に示されるように、イオン照射装置１０に接続される真空容器１２を備える。このイオン照射装置１０は、イオン源（図示省略）から供給される軽イオン（例えば水素イオンやヘリウムイオン）を高電圧により加速する加速器（図示省略）を備え、その加速したイオンを真空容器１２内にイオンビームＢｍとして照射する。本実施形態においては、イオン照射装置１０は、下方に接続される真空容器１２内にイオンビームＢｍを下向きに照射する。
【００３８】
真空容器１２は、箱型容器で、その内部に真空が形成される。この真空容器１２の天壁にはイオン入射口１３が設けられ、このイオン入射口１３がイオン照射管（図示省略）を介してイオン照射装置１０に接続されている。
【００３９】
真空容器１２内には、その底部側から順に、試料ステージ１４、アパーチャ（アパーチャプレート）１６、及び散乱イオン検出器２０が配置されている。これらはイオンビームＢｍのビーム軸（照射軸）に沿って上下方向に配列されている。また、真空容器１２の外側には当該真空容器内にイオンビームＢｍと平行な磁場Ｂを形成する磁場形成手段として磁場形成用コイル１８が設けられている。
【００４０】
試料ステージ１４は、水平な試料載置面を有し、この試料載置面の上に試料（例えば半導体デバイスや成膜された基板）Ｓがセットされる。この試料Ｓのセット位置は、当該試料Ｓの測定部位にイオンビームＢｍが上から照射される位置に設定される。
【００４１】
アパーチャ１６は、試料ステージ１４と散乱イオン検出器２０との間の位置であって、試料ステージ１４から上方に所定寸法Ｌ１だけ距離をおいた高さ位置に設けられている。このアパーチャ１６は、本実施形態においては平板状に形成され、その厚み方向がイオンビームＢｍ（磁場Ｂ方向）と平行となる向きで配置される。このアパーチャ１６の中央には当該アパーチャを厚み方向に貫通する開口１６ａが設けられ、この開口１６ａをイオンビームＢｍが上から下に通過する。さらに、この開口１６ａは、試料ステージ１４上の試料Ｓから散乱（後方散乱）する散乱イオンのうち特定の散乱角で且つ特定のエネルギーを持つ散乱イオンのみを下から上に通過させる。
【００４２】
散乱イオン検出器２０は、アパーチャ１６からさらに上方に所定寸法Ｌ２だけ距離をおいた高さ位置に設けられる。この散乱イオン検出器２０は、当該アパーチャ１６の開口１６ａを通過してきた散乱イオンの到達位置、詳細には、イオンビームＢｍのビーム軸に対して直交する平面上での二次元位置を検出し、その検出信号を増幅器（図示省略）に向けて出力する。尚、距離Ｌ１と距離Ｌ２の比は、適宜設定可能である。好ましくは、２：１程度である。
【００４３】
散乱イオン検出器２０は、具体的には図２にも示されるように、下方側（一方側）から入射した散乱イオンを増幅した二次電子して上方側（他方側）に射出するマイクロチャンネルプレート（以下、単に「ＭＣＰ」とも称する。）２２と、このＭＣＰ２２の上方（二次電子射出側）に配置され当該ＭＣＰ２２から射出される二次電子の位置を検出し、その検出信号を出力する位置検出手段３０とを備える。
【００４４】
ＭＣＰ２２では、図３（ａ）及び図３（ｂ）にも示されるように、円盤状のＭＣＰ本体２４の面上に複数の微細貫通孔（チャンネル）２６が並んでいる。これら複数の微細貫通孔２６，２６，…のそれぞれが二次電子増幅器の役割を果たしている。ＭＣＰ２２の両面（図３（ｂ）における左右の面）間に後述のＭＣＰバイアス電源３２によって直流のバイアス電圧が印加された状態でＭＣＰ２２の一方の面（以下、単に「入射側面」とも称する。：図３（ｂ）の左側の面）２２ａ側から各微細貫通孔２６に入射した散乱イオンが微細貫通孔２６の壁面（内周壁）２６ａに衝突することで当該壁面２６ａから複数の二次電子が放出される。これら壁面２６ａから放出された複数の二次電子が前記バイアス電圧で加速されながら対向する壁面２６ａへの衝突を繰り返しつつ微細貫通孔２６を通過することで増幅された二次電子（ゲイン：１０６〜１０９程度）がＭＣＰ２２の他方の面（以下、単に「射出側面」とも称する。：図３（ｂ）の右側の面）側から射出される（図８参照）。
【００４５】
ＭＣＰ本体２４は、本実施形態においては、直径８０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの円盤状に形成されている。微細貫通孔２６は、ＭＣＰ本体２４を一方側の面（入射側面）２２ａから他方側の面（射出側面）２２ｂへ貫通する貫通孔であり、直径（ポア径若しくはチャンネル径）が１０μｍ乃至６μｍの貫通孔である。各微細貫通孔２６は、互いに平行となるように形成され、入射側面２２ａの法線ｎに対して微細貫通孔２６の中心軸２６ｂのなす角（バイアス角）θが７°となるように形成されている。尚、本実施形態においては、バイアス角θは、７°であるが、これに限定されず、５°〜１５°であればよい。
【００４６】
このように形成されたＭＣＰ２２は、入射側面２２ａが磁場Ｂ方向と直交するように当該磁場Ｂ方向に沿って複数枚（本実施形態においては３枚）並べられる。このとき、互いに隣り合う（上下に並ぶ）ＭＣＰ２２，２２は、微細貫通孔２６の中心軸２６ｂの傾き（バイアス角θ）が磁場Ｂ方向を中心に反対側となるようにそれぞれ配置されている（図２参照）。
【００４７】
このように配置される複数枚のＭＣＰ２２，…は、隣り合うＭＣＰ２２，２２同士が互いに磁場Ｂ方向に間隔（ギャップ）をおいて配置されている。本実施形態において前記間隔は、１〜２ｍｍ程度である。そして、最も下側（試料Ｓ側）に位置するＭＣＰ２２の入射側面２２ａと、最も上側（位置検出手段３０側）に位置するＭＣＰ２２の射出側面２２ｂとの間にバイアス電圧を印加するためのＭＣＰバイアス電源３２が接続されている。また、上下に隣り合うＭＣＰ２２，２２の対向する面同士（一方のＭＣＰ２２の射出側面２２ｂと他方のＭＣＰ２２の入射側面２２ａと）が電気的に接続されている。
【００４８】
この隣り合うＭＣＰ２２の対向する面２２ｂ，２２ａ同士は、電位差発生手段３４を介して電気的に接続されている。この電位差発生手段３４は、本実施形態においては、バイアス抵抗素子３４である。このようにＭＣＰバイアス電源３２及びバイアス抵抗素子３４が接続されることで、各ＭＣＰ２２における入射側面２２ａと射出側面２２ｂとの間に所定の電圧が印加されると共に、隣り合うＭＣＰ２２，２２における一方のＭＣＰ２２の射出側面２２ｂと他方のＭＣＰ２２の入射側面２２ａとの間にも所定の電圧が印加される。
【００４９】
具体的には、本実施形態においては、ＭＣＰバイアス電源３２により３０００〜４０００Ｖ程度印加される。その際、ＭＣＰ２２の抵抗値が１枚あたり１０ＭΩ程度であり、１枚のＭＣＰ２２に対して７００〜１０００Ｖ程度印加する必要があるため、バイアス抵抗素子３４は、数ＭΩ程度に設定されている。尚、隣り合うＭＣＰ２２，２２における前記対向する面２２ａ，２２ｂ間の電位差発生手段として、バイアス抵抗素子３４に変えて直接高圧電源を接続し、最適電位差が設定できるように構成されてもよい。
【００５０】
位置検出手段３０は、磁場方向Ｂと直交する面に沿って拡がり、二次電子の到達位置を二次元で検出することができるものである。具体的に、位置検出手段３０は、いわゆる２次元ＰＤＳ（位置検出素子）であり、シート状の絶縁物表面に薄く一様の厚さの抵抗膜を形成したシート抵抗体と、このシート抵抗体から当該シート抵抗体に沿って直交する４方向に引き出される電極とを有し、シート抵抗体の表面抵抗を利用して当該位置検出手段３０に到達した２次電子の位置を２次元で検出することができる。この位置検出手段３０には、最も上側に位置するＭＣＰ２２の射出側面２２ｂ側から射出された二次電子を確実に位置検出手段３０に到達させるために、前記ＭＣＰ２２の射出側面２２ｂとの間に１００〜３００Ｖ程度のバイアス電圧を印加するための位置検出器バイアス電源３６が接続されている。尚、位置検出手段３０は、シート抵抗体の代わりにフォトダイオードが用いられたものであってもよい。
【００５１】
このように構成される散乱イオン検出器２０は、イオンビームＢｍのビーム軸を中心とした円周方向に沿って、即ち、ビーム軸を中心に同心円上に位置するように後述の検出器ブラケット４７に配置される。本実施形態においては、図４（ａ）にも示されるように、３つの散乱イオン検出器２０が前記円周ｃ方向に沿って配置されている。このように散乱イオン検出器２０が配置されることで、前記円周ｃの中心部を当該散乱イオン検出器２０に妨げられることなくイオンビームＢｍが通過可能となる。
【００５２】
また、前記円周ｃ方向に沿って配置された各散乱イオン検出器２０において、最も下側に位置するＭＣＰ２２における微細貫通孔２６は、図４（ｂ）にも示されるように、当該微細貫通孔２６に入射する散乱イオンの入射方向の磁場Ｂ方向に対する傾きと中心軸２６ｂの磁場Ｂ方向に対する傾きとが同じ側に傾き、且つ散乱イオンの入射方向の傾きよりも中心軸２６ｂの傾きが小さくなるように形成されている。
【００５３】
真空容器１２内には、上下方向に延びる支柱４１，４２が設けられ、これらの支柱４１，４２に取付部材４４，４６をそれぞれ介して試料ステージ１４及びアパーチャ１６が取付けられている。また、散乱イオン検出器２０は検出器ブラケット４７の下面に固定されていて、この検出器ブラケット４７も取付部材４８を介して支柱４１，４２に取付けられる。検出器ブラケット４７の中央部にもイオンビームＢｍの通過を許容するための開口（貫通孔）４７ａが設けられている。
【００５４】
磁場形成用コイル１８は、真空容器１２内にイオンビームＢｍのビーム軸と平行な上向きの磁場Ｂを形成するためのもので、イオンビームＢｍのビーム軸を中心（螺旋軸）とする螺旋状に巻かれている。この磁場形成用コイル１８は、常電導コイルでもよく、超電導コイルであってもよい。また、本発明に係る磁場形成手段１８は、イオンビームＢｍの照射方向に相対面する永久磁石対が併用されたものでもよい。
【００５５】
尚、種々のエネルギーを持つ散乱イオンを検出可能とするために、検出器ブラケット４７及びアパーチャ１６は、それぞれ上下に移動可能に構成され、磁場形成用コイル１８は、形成する磁場Ｂの強度を変更可能に構成されている。
【００５６】
本実施形態に係る散乱イオン分析装置は、以上の構成からなり、次に、この散乱イオン分析装置の作用を説明する。
【００５７】
イオン照射装置１０がイオンビームＢｍを下向きに照射する。このイオンビームＢｍは、真空容器１２内の検出器ブラケット４７の開口４７ａ及びアパーチャ１６の開口１６ａを順に通って試料ステージ１４上の試料Ｓの測定部位に当る。一方、真空容器１２の外部に設けられた磁場形成用コイル１８がその通電により真空容器１２内に磁場Ｂを形成するが、磁場Ｂの方向はイオンビームＢｍのビーム軸（照射方向）と平行な方向（図１においては上向き）であるため、当該イオンビームＢｍは、磁場Ｂの影響を受けることなく試料Ｓの測定部位に向かって直進する。尚、本実施形態において、磁場Ｂは２Ｔ程度の強磁場である。
【００５８】
この試料Ｓの測定部位へのイオンビームＢｍの照射によって、当該部位でイオンビームＢｍを構成するイオンが散乱（後方散乱）する。その散乱したイオン、即ち散乱イオンは、当該散乱イオンの散乱角θｓ、当該散乱イオンのもつ電荷とエネルギーから磁場Ｂに起因するローレンツ力を受け、イオンビームＢｍのビーム軸を取り巻く螺旋軌道を描きながら上方に移動（サイクロトロン運動）する。この螺旋軌道を決定する散乱角θｓや波長は、散乱イオンのもつエネルギーによって変わる。従って、特定のエネルギーをもつ散乱イオンのみがアパーチャ１６の位置でビーム軸の周囲に収束し、当該アパーチャ１６の開口１６ａを通過して散乱イオン検出器２０に到達する。即ち、検出対象となる散乱イオンがアパーチャ１６によって選別される。
【００５９】
尚、磁場形成用コイル１８が形成する磁場Ｂの強度、検出器ブラケット４７及びアパーチャ１６の上下方向の位置を変更することで、電荷やエネルギー等が異なる散乱イオンの検出が可能となる。
【００６０】
このとき、アパーチャ１６の開口１６ａを通過した散乱イオンは、磁場Ｂ中でサイクロトロン運動を行いつつ散乱イオン検出器２０に到達するため、磁場Ｂ方向に沿って見た場合、円運動を行っている（図４（ａ）の矢印β参照）。そのため、前記散乱イオンは、散乱イオン検出器２０に到達する際に、この円運動の円周β方向の速度成分を持ってＭＣＰ２２の微細貫通孔２６に入射する。即ち、前記散乱イオンは、試料Ｓから散乱イオン検出器２０に向かう磁場Ｂ方向に沿った速度成分と、前記円周β方向の速度成分とを有する斜め方向から微細貫通孔２６に入射し、当該微細貫通孔２６を規定する壁面２６ａに衝突する。
【００６１】
このとき、図４（ｂ）にも示されるように、微細貫通孔２６に入射する散乱イオンの入射方向の磁場Ｂ方向に対する傾きと同じ側に微細貫通孔２６の中心軸２６ｂが傾くように微細貫通孔２６は形成されている。また、前記散乱イオンの入射方向の傾きよりも前記中心軸２６ｂの傾きが小さくなるように微細貫通孔２６が形成されている。そのため、微細貫通孔２６に入射した散乱イオンが当該微細貫通孔２６における二次電子射出側を向いた壁面２６ａに大きい入射角θｉで衝突し、この壁面２６ａから放出される二次電子が放出される壁面２６ａの法線ｎ１に対し大きい角度で放出される。このように放出された二次電子は、当該ＭＣＰ２２の射出側面に向かい、バイアス電圧に沿った二次電子の移動距離Ｌ１０が大きくなる。
【００６２】
その結果、壁面２６ａとの衝突から次の衝突までにバイアス電圧によって前記二次電子が十分加速され、即ち、十分エネルギーを得、次の衝突の際に新たな二次電子をより確実に発生させることができる。
【００６３】
より詳細には、前記散乱イオンが微細貫通孔２６に入射する場合、放出された二次電子が放出される壁面２６ａから射出側面２２ｂ側（二次電子放出側）に向かって対向する壁面２６ａまで移動するため、バイアス電圧に沿った移動距離Ｌ１０が大きくなり、この移動の間にバイアス電圧によって前記二次電子が十分加速される。そのため、前記二次電子が前記対向する壁面２６ａに衝突したときにより確実に新たな二次電子が放出される。
【００６４】
このように衝突のたびに二次電子が壁面２６ａから放出されることで、強磁場Ｂ中におかれたＭＣＰ２２における二次電子増幅率の減少を抑制でき、位置検出手段３０に十分な量の二次電子が到達する。その結果、精度よく散乱イオン検出器２０に到達した散乱イオンの位置が検出され、当該装置における散乱イオンの測定精度の低下が抑制される。
【００６５】
また、前記のように最も下方に位置するＭＣＰ２２で増幅された二次電子は、射出側面２２ｂから隣に位置する（上方に位置する）ＭＣＰ２２の入射側面２２ａに向けて射出される。このとき、対向する面２２ｂ，２２ａ間には前記ギャップが形成され、このギャップにバイアス抵抗素子３４によって電位差が形成されている。そのため、下方側のＭＣＰ２２の微細貫通孔２６から射出された二次電子は上方側のＭＰＣ２２の微細貫通孔２６に入射するまでの間、前記電位差（電圧）によって加速される（エネルギーを得る）。
【００６６】
このように隣り合うＭＰＣ２２，２２間に電圧が印加され、この電圧によって下方側に位置するＭＰＣ２２から射出された前記二次電子が上方側に位置するＭＰＣ２２到達するまでに十分加速される。その結果、散乱イオンは、上方側のＭＰＣの微細貫通孔２６に入射して壁面２６ａと衝突したときに新たな二次電子を発生させるための十分なエネルギーを得ることができる。
【００６７】
さらに、電位差発生手段がバイアス抵抗素子３４であることで、簡易な構成によって隣り合うＭＰＣ２２，２２間に所定の電圧を印加することができ、装置の小型化が図られる。
【００６８】
また、３枚（複数）のＭＣＰ２２が磁場Ｂ方向に沿って並べられることで、微細貫通孔２６の長さの合計距離が長くなる。即ち、複数枚のＭＣＰの各微細貫通孔２６を二次電子が順に通過することで、当該二次電子における微細貫通孔２６の壁面２６ａとの衝突回数が増加する。そのため、二次電子の増幅率が向上し、位置検出手段３０により十分な量の二次電子が到達する。その結果、より散乱イオンの到達位置の検出精度が向上する。
【００６９】
また、試料Ｓで後方散乱する散乱イオンは、ビーム軸を中心に周方向全域に亘って散乱する。そのため、これら散乱イオンのうちアパーチャ１６の開口１６ａを通過した散乱イオンも散乱イオン検出器２０の位置においてビーム軸を中心とした円周方向全域に亘って到達する（図４（ａ）における矢印β，β１，β２，…参照）。
【００７０】
そのため、本実施形態のように円周ｃ方向に沿って３つの散乱イオン検出器２０を配置することで（図４（ａ）参照）、到達した散乱イオンを複数の位置で検出できるため効率よく測定することができる。しかも、各散乱イオン検出器２０において、前記同様、最も下方に位置するＭＣＰ２２における微細貫通孔２６の中心軸２６ｂの傾きが、当該微細貫通孔２６に入射する散乱イオンの入射方向の磁場Ｂ方向に対する傾きと同じ側に傾くように形成されている。そのため、前記同様、各散乱イオン検出器２０において二次電子増幅率の減少を抑制でき、アパーチャ１６の開口１６ａを通過した散乱イオンを効率よく測定できる。その結果、当該装置における散乱イオンの測定精度がより向上する。
【００７１】
尚、本発明に係る散乱イオン分析装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７２】
例えば、本実施形態においては、円周ｃ方向に沿って３つの散乱イオン検出器２０が配置されているが、この配置に限定される必要はない。即ち、図５に示されるように、散乱イオン検出器５０がビーム軸を中心とした円周方向に沿って円環状に形成・配置されてもよい。即ち、散乱イオン検出器５０の中央部に磁場Ｂ方向に沿って貫通する開口５０ａが形成され、この開口５０ａは、検出器ブラケット４７の開口４７ａと同軸となるように形成される。このように開口５０ａが形成されることで、イオンビームＢｍの試料Ｓへの照射の際、当該開口５０ａをイオンビームＢｍが通過することができる。
【００７３】
この場合、ＭＣＰ５２は円周方向に沿って複数の領域５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，…に分割される。そして、このＭＣＰ５２に形成される複数の微細貫通孔は、共通の領域内では磁場Ｂ方向に対して全て同じ側に微細貫通孔の中心軸が傾くと共に、領域毎に当該領域内の微細貫通孔に入射する散乱イオンの入射方向が磁場Ｂ方向に対して傾いているのと同じ側に中心軸が傾くようにそれぞれ形成される。
【００７４】
このように構成されることで、散乱イオン検出器５０に到達する散乱イオン（γ，γ１，γ２，…）をイオンビームを中心とした全周に亘って検出できる。そのため、より検出される散乱イオンの数が増加して散乱イオンの検出精度が向上する。また、前記同様、各領域内の微細貫通孔の中心軸が入射する散乱イオンの入射角と同じ側に傾いているため、前記同様に各領域での検出精度を維持できる。その結果、検出精度がさらに向上する。
【符号の説明】
【００７５】
１０   イオン照射装置
１２   真空容器
１６   アパーチャ
１６ａ 開口
１８   磁場形成手段
２０   散乱イオン検出器
２２   マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）
２６   微細貫通孔
２６ｂ 中心軸
３０   位置検出手段
３２   バイアス電源
Ｂ     磁場
Ｂｍ   イオンビーム
Ｓ     試料
θ     バイアス角
【図１】
2010223921.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010223921.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010223921.tif 000008
【図７】
2010223921.tif 000009
【図８】
2010223921.tif 000010
【図９】
2010223921.tif 000011
【図１０】
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