(57)【要約】【課題】散乱角の小さい散乱イオンを優先的に採取することによって高い測定精度を得る。【解決手段】イオンビーム１５が照射された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装置であって、磁場が形成された真空容器内で前記散乱イオンを検出するイオン検出器と、このイオン検出器と前記試料との間の位置に設けられるイオン選別用のアパーチャ１６とを備える。アパーチャ１６は、イオンビーム１５の通過を許容する開口３０を有し、特定の散乱角を有しかつ前記磁場により前記イオンビーム１５のビーム軸に特定の位置で収束するイオンのみが前記開口３０を通過する位置に設けられる。この開口３０の周縁部１６ａにはテーパー面３６やテーパー面３８が形成される。【選択図】図２
2008039545.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ともに、このイオンビームが当た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方向の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イオンを検出するイオン検出器と、
このイオン検出器と前記試料との間の位置に設けられ、前記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開口を有するアパーチャとを備え、
このアパーチャは、前記試料から散乱するイオンのうち特定の範囲の散乱角を有しかつ前記磁場発生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内で収束するイオンのみが前記開口を通過する位置に設けられ、かつ、この開口の周縁部の前記試料側の面は当該開口に向かうに従って当該試料から離れる向きに傾斜していることを特徴とする散乱イオン分析装置。
【請求項２】
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ともに、このイオンビームが当た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方向の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イオンを検出するイオン検出器と、
このイオン検出器と前記試料との間の位置に設けられ、前記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開口を有するアパーチャとを備え、
このアパーチャは、前記試料から散乱するイオンのうち特定の範囲内の散乱角を有しかつ前記磁場発生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内で収束するイオンのみが前記開口を通過する位置に設けられ、かつ、この開口の周縁部の前記検出器側の面は当該開口に向かうに従って当該検出器から離れる向きに傾斜し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２記載の散乱イオン分析装置において、
前記アパーチャの開口の周縁部の前記試料側の面は当該開口に向かうに従って当該試料から離れる向きに傾斜し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１〜３のいずれかに記載の散乱イオン分析装置において、
前記アパーチャの近傍であって当該アパーチャよりも前記試料側の位置及び当該アパーチャよりも前記イオン検出器側の位置にそれぞれ設けられる試料側イオン規制部材及び検出器側イオン規制部材を備え、これらのイオン規制部材は、それぞれ、前記イオンビームのビーム軸と同軸の円筒状外周面を有し、かつ、散乱角が一定以下の散乱イオンが前記イオン検出器に到達するのを阻止する形状を有す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記載の散乱イオン分析装置において、
前記試料側イオン規制部材の前記アパーチャ側の端部の外周面は、当該アパーチャに向かうに従って前記試料側イオン規制部材の外径が小さくなる向きに傾斜していることを特徴とする散乱イオン分析装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の散乱イオン分析装置において、
前記検出器側イオン規制部材の前記アパーチャ側の端部の外周面は、当該アパーチャに向かうに従って前記検出器側イオン規制部材の外径が小さくなる向きに傾斜していることを特徴とする散乱イオン分析装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の散乱イオン分析装置において、
前記試料側イオン規制部材及び前記検出器側イオン規制部材が導電材料からなり、かつ、接地されてい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、高エネルギーまた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等に好適なもので、試料成分元素の同定や深さ方向の組成分析等に有用なデータを提供する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体開発や結晶性薄膜等の分野では、デバイス材料その他の試料の表面層についての情報の取得が重要とされている。このような情報を非破壊的に分析する手段として、ラザフォード後方散乱（Ｒｕｔｈｅｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＲＢＳ）分析装置が知られている。このＲＢＳ分析装置は、高電圧によって加速されたイオン（例えば水素イオンやヘリウムイオン）を試料の適所にビーム照射して当該試料からイオンを散乱させ、その散乱イオンのエネルギースペクトルを測定するものである。
【０００３】
このような散乱イオン分析装置では、前記イオンビームの照射により前記試料から散乱する散乱イオンのうち特定のエネルギーを有するイオンのみをイオン検出器に誘導すべく、磁場形成手段及びアパーチャが装備される。前記磁場形成手段は、イオンビームと平行な方向の磁場を形成して前記散乱イオンに螺旋運動を行わせる。前記アパーチャは、前記イオン検出器から前記試料に照射される前記イオンビームの通過を許容する開口を有する。このアパーチャの位置は、前記試料から散乱するイオンのうち特定の散乱角を有しかつ前記磁場発生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位置で収束するイオンのみが前記開口を通過するような位置に設定される。
【０００４】
このようなアパーチャを具備する装置として、例えば下記特許文献１に示すようなものが知られている。その要部を図３に示す。この装置は、図３右側に配される図略のイオン源と、同図左側に配される試料ステージと、イオン検出器１００と、アパーチャ１０２を具備する。前記イオン源から前記試料ステージ上の試料に向けて水平方向にイオンビーム１０６が照射される。このイオンビーム１０６の照射軸を囲むように前記イオン検出器１００が配設される。前記アパーチャ１０２は前記イオン検出器１００よりも前記試料に近い位置に設けられている。また、前記イオンビーム１０６の照射軸と平行な方向に磁場が形成される。
【０００５】
このアパーチャ１０２は、円形状の開口１０４を有し、この開口１０４内を前記イオンビーム１０６が通過する。このイオンビーム１０６が前記試料に照射されることにより、当該試料から種々のエネルギーをもつイオンが散乱する。その散乱イオンは、前記磁場の影響を受けて螺旋運動をし、そのうち、前記開口１０４内またはその近傍で収束するイオンのみが当該開口１０４を通過する。この開口１０４を通過したイオンのみが前記イオン検出器１００に到達し、その位置（二次元位置）が当該イオン検出器１００により検出される。このようにしてイオン検出器１００により検出される散乱イオンの位置スペクトルに基づいて、当該散乱イオンのエネルギースペクトルを測定することができる。
【特許文献１】特開２００２−４８７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４は、前記装置における散乱イオンの軌道例（１）（２）および（３）を示している。軌道例（１）は、前記散乱イオンのうち最もエネルギーの大きいイオンの軌道を示し、逆に軌道例（３）は最も小さいイオンの軌道を示す。この図に示されるように、散乱イオンのエネルギーとその散乱角（イオンビーム照射軸に対して散乱方向がなす角度）θとの間には相関関係がある。
【０００７】
具体的には、図５に示すように、検出位置の中心軸からの距離ρｄが大きいほど、その検出される散乱イオンのエネルギーが大きく、また、前記距離ρｄは散乱角θが小さいほど大きくなる。さらに、図６に示されるように、前記距離ρｄが大きいほどエネルギー分解能は高くなる（ｄＥ／Ｅは低くなる）。
【０００８】
以上の事実に鑑みれば、前記イオン測定装置においてその測定精度を高めるためには、散乱角θの小さい散乱イオンを優先的に選別するのが好ましいということになる。
【０００９】
ところが、前記アパーチャ１０２はその厚み方向がイオンビーム１０６の照射方向と平行になるように配置されているので、散乱角が小さい散乱イオンほど前記開口１０４を通過する確率が減少することになる。すなわち、前記散乱イオンの散乱角θが小さいほど当該散乱イオンが前記開口１０４に対して入射する角度α（図３）が小さくなるため、その正弦倍（＝ｓｉｎα）だけ当該散乱イオンからみた前記開口１０４の見かけの開口面積が減少してしまう。しかし、このような散乱角の小さいイオンを取り込むべく、単純に開口１０４の面積を大きくしてしまっては、本来除外すべき散乱イオンまでもイオン検出器１００に検出されるのを許容してしまうことになる。
【００１０】
このような課題を解決する手段として、前記特許文献１には、前記図３に示すような円筒状のイオン規制部材１０７，１０８を具備するものが開示されている。これらのイオン規制部材１０７，１０８は、前記アパーチャ１０２の両側（試料側及び検出器側）にそれぞれ配置され、その存在により、散乱角の大きなイオンの通過を阻止する。この装置は、種々の軌道１１０を描く散乱イオンのうち、図３に示される最大許容入射角αｍａｘよりも大きな入射角αをもつ散乱イオンを測定対象から除外することができる。しかし、このようなイオン規制部材１０７，１０８の具備によっても、前記開口１０４の周縁近傍を通過する散乱イオンをその散乱角によって（すなわち前記入射角αによって）効果的に選別することはできない。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑み、散乱角の小さい散乱イオンを優先的に採取することによって高い測定精度を得ることが可能な散乱イオン分析装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、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ともに、このイオンビームが当た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方向の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イオンを検出するイオン検出器と、このイオン検出器と前記試料との間の位置に設けられ、前記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開口を有するアパーチャとを備え、このアパーチャは、前記試料から散乱するイオンのうち特定の範囲の散乱角を有しかつ前記磁場発生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内で収束するイオンのみが前記開口を通過する位置に設けられ、かつ、この開口の周縁部の前記試料側の面は当該開口に向かうに従って当該試料から離れる向きに傾斜しているものである。
【００１３】
また本発明は、前記散乱イオン分析装置において、前記開口の周縁部の前記試料側の面が当該開口に向かうに従って当該試料から離れる向きに傾斜しているのに代え、もしくはこれに加え、この開口の周縁部の前記検出器側の面は当該開口に向かうに従って当該検出器から離れる向きに傾斜しているものである。
【００１４】
前記の装置によれば、前記アパーチャの開口周縁部の試料側の面や検出器側の面が傾斜していることから、当該開口周縁部の近傍を通過する散乱イオンのうち、前記アパーチャに対する入射角の小さい散乱イオン、すなわち散乱角の小さいイオンの通過が優先的に許容される。
【００１５】
さらに、前記アパーチャの近傍であって当該アパーチャよりも前記試料側の位置及び当該アパーチャよりも前記イオン検出器側の位置にそれぞれ設けられる試料側イオン規制部材及び検出器側イオン規制部材を備え、これらのイオン規制部材が、それぞれ、前記イオンビームのビーム軸と同軸の円筒状外周面を有し、かつ、散乱角が一定以下の散乱イオンが前記イオン検出器に到達するのを阻止する形状を有する装置においては、前記各イオン規制部材が散乱角の大きいイオンの通過を阻むため、散乱角の小さいイオンの通過の優先度がさらに高められる。
【００１６】
前記各イオン規制部材を具備する装置では、前記試料側イオン規制部材の前記アパーチャ側の端部の外周面を、当該アパーチャに向かうに従って前記試料側イオン規制部材の外径が小さくなる向きに傾斜させ、あるいは、前記検出器側イオン規制部材の前記アパーチャ側の端部の外周面が当該アパーチャに向かうに従って前記検出器側イオン規制部材の外径が小さくなる向きに傾斜させることにより、通過させるべき散乱イオンの絞込みを自由に調節することができる。
【００１７】
前記試料側イオン規制部材及び前記検出器側イオン規制部材は、導電材料からなり、かつ、接地されていることが、より好ましい。かかる接地は、外乱電場が前記イオンビームの入射軌道に影響を与えるのを抑制するシールド効果を奏する。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、アパーチャの開口周縁近傍を通過する散乱イオンのうち、比較的散乱角の小さいイオンを優先して通過させることにより、測定精度の向上を測ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る散乱イオン分析装置の全体構成を示す。
【００２０】
この装置は、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、図略のイオン供給源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を備え、その加速したイオンを前記真空容器１２内にイオンビーム１５として下向きに照射する。
【００２１】
前記真空容器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が図略のイオン照射管を介して前記イオン照射装置１０に接続されている。
【００２２】
前記真空容器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１６、及びイオン検出器１８が配置されている。これらは前記イオンビーム１５の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の外側には磁気形成用コイル１９が設けられている。
【００２３】
前記試料ステージ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）２０がセットされる。この試料２０のセット位置は、当該試料の特定部位に前記イオンビーム１５が上から照射される位置に設定される。
【００２４】
前記アパーチャ１６は、前記試料ステージ１４と前記イオン検出器１８との間の位置であって、当該試料ステージ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、図例では平板状をなし、その厚み方向が前記イオンビーム１５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１６を厚み方向に貫通する開口３０が設けられ、この開口３０を前記イオンビーム１５が上から下に通過する。さらに、この開口３０は、前記試料ステージ１４上の試料から散乱する散乱イオンのうち特定のエネルギーをもつ散乱イオンのみを下から上に通過させて前記イオン検出器１８に至らせる形状を有している。その詳細は後述する。
【００２５】
前記イオン検出器１８は、前記アパーチャ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。このイオン検出器１８は、当該アパーチャ１６の開口３０を通過してきた散乱イオンの到達位置、詳しくは、前記イオンビーム１５の照射軸に対して直交する平面上での二次元位置を検出し、その検出信号を図略の増幅器に向けて出力する。このイオン検出器１８の中央にも、前記イオンビーム１５を通過させるための貫通孔１８ａが設けられている。
【００２６】
なお、本発明においてイオン検出器の具体的な構成は限定されない。このイオン検出器は、イオンビームの通過領域を確保するように設けられるものであって、かつ、散乱イオンの到達位置を検知できるものであればよい。
【００２７】
また、前記距離Ｌ１と前記距離Ｌ２の比は適宜設定可能である。好ましくは２：１程度がよい。
【００２８】
前記真空容器１２内には、上下方向に延びる支柱２１，２２が設けられ、これらの支柱２１，２２に取付部材２４，２６をそれぞれ介して前記試料ステージ１４及び前記アパーチャ１６が取付けられる。また、前記イオン検出器１８は検出器ブラケット２７の下面に固定されていてこの検出器ブラケット２７も取付部材２８を介して前記支柱２１，２２に取付けられる。前記検出ブラケット２７の中央部分にも前記イオンビーム１５の通過を許容するための貫通孔２７ａが設けられている。
【００２９】
前記磁場形成用コイル１９は、前記真空容器１２内に前記イオンビーム１５の照射方向と平行な上向きの磁場Ｂを形成するためのもので、前記イオンビーム１５の照射軸を中心とする螺旋状に巻かれている。この磁場形成用コイル１９は、常電導コイルでもよいし、超電導コイルでもよい。また、本発明に係る磁場形成手段は、前記イオンビーム１５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。
【００３０】
図２は、前記アパーチャ１６及びその周囲の構造を示すもので、前記イオンビーム１５を境としてその左半部の領域のみを示している。また、同図には各種線によって散乱イオンの種々の軌道４０〜４８が描かれている。
【００３１】
前記アパーチャ１６の開口３０は、前記イオンビーム１５の照射軸を中心とする円形をなす。この開口３０を囲むアパーチャ１６の開口周縁部１６ａの下面（すなわち試料２０側の面）は、前記開口３０に向かうに従って（すなわち内側に向かうに従って）上向き（すなわち当該試料２０から離れる向き）に傾斜するテーパー面３６になっている。同様に、前記開口周縁部１６ａの上面（すなわち前記イオン検出器１８側の面）は、前記開口３０に向かうに従って下向き（すなわち当該検出器１８から離れる向き）に傾斜するテーパー面３８になっている。そして、前記両面３６，３８は前記アパーチャ１６の内側端で交わっていてその交線が前記イオンビーム１５の照射軸を中心とする円をなしている。
【００３２】
ここで、前記両テーパー面３６，３８のテーパー角は、前記開口周縁部１６ａにおいて通過を許容すべき散乱イオンの入射角に合せて設定される。その詳細は後述する。また、前記テーパー面３６，３８は必ずしも完全な円錐面でなくてもよく、例えばその断面形状が比較的小さい曲率を有するものであってもよい。
【００３３】
さらに、このアパーチャ１６の近傍には、当該アパーチャ１６よりも下側（前記試料２０側）に位置する試料側イオン規制部材３２と、当該アパーチャ１６よりも上側（前記イオン検出器１８側）に位置する検出器側イオン規制部材３４とが設けられている。これらのイオン規制部材３２，３４は、円筒状の内周面及び円筒状の外周面をもつ管状をなし、その中心軸が前記イオンビーム１５の照射軸と合致する位置に設けられている。
【００３４】
これらのイオン規制部材３２，３４の外径及び内径と前記アパーチャ１６からの離間距離は、原則として図１に示す散乱角θが一定以下の散乱イオンが前記イオン検出器１８に到達するのを両イオン規制部材３２，３４が阻止するように設定される。すなわち、前記散乱角θが大きな散乱イオンは前記イオン規制部材３２，３４のいずれかの外周面または内周面に当たって検出対象から除外されるように、当該イオン規制部材３２，３４の形状及び位置が設定されている。
【００３５】
さらに、前記試料側イオン規制部材３４の上端部（すなわち前記アパーチャ１６側の端部）３２ａの外周面は、上側に向かうに従って（すなわち当該アパーチャ１６に向かうに従って）当該試料側イオン規制部材３２の外径が小さくなる向きに傾斜するテーパー面３２ｔであり、そのテーパー面３２ｔよりも上側の領域を散乱イオンが通過することが可能になっている。同様に、前記検出器側イオン規制部材３６の下端部（すなわち前記アパーチャ１６側の端部）３４ａの外周面は、下側に向かうに従って（すなわち当該アパーチャ１６に向かうに従って）当該試料側イオン規制部材３２の外径が小さくなる向きに傾斜するテーパー面３４ｔであり、そのテーパー面３４ｔよりも下側の領域を散乱イオンが通過することが可能になっている。
【００３６】
なお、前記アパーチャ１６及びイオン規制部材３２，３４は導電材料、特に非磁性金属（例えばステンレス鋼）であることが好ましい。さらに、前記イオン規制部材３２，３４は接地されていることが好ましく、この接地は、外乱電場が前記イオンビーム１５の入射軌道に影響を与えるのを抑制するシールド効果を生み出す。
【００３７】
また、前記テーパー面３２ｔ，３４ｔも完全な円錐面でなくてもよい。例えば、その断面が小さな曲率を有する形状であってもよい。
【００３８】
次に、この散乱イオン分析装置の作用を説明する。
【００３９】
図１において、イオン照射装置１０が下向きにイオンビーム１５を放射すると、このイオンビーム１５は、真空容器１２内の検出器ブラケット２７及びイオン検出器１８のそれぞれの貫通孔２７ａ，１８ａ、検出器側イオン規制部材３４の内側空間、アパーチャ１６の開口３０、および試料側イオン規制部材３２の内側空間を順に通って試料ステージ１４上の試料２０の特定部位に当たる。一方、真空容器１２の外部に設けられた磁場形成用コイル１９がその通電により真空容器１２内に磁場Ｂを形成するが、この磁場Ｂの方向は前記イオンビーム１５の照射方向と平行な方向（図例では上向き）であるため、当該イオンビーム１５は前記磁場の影響を受けることなく前記試料２０の特定部位に向かって直進する。
【００４０】
この試料２０の特定部位へのイオンビーム１５の照射は、当該部位からのイオンの散乱を引き起こす。その散乱したイオンは、当該散乱イオンのもつ電荷と散乱エネルギーから前記磁場Ｂに起因するローレンツ力を受け、前記イオンビーム１５の照射軸を取り巻く螺旋軌道を描きながら上方に進行する。この螺旋軌道を決定する散乱角θや波長は前記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前記両イオン規制部材３２，３４を回避しながら前記アパーチャ１６の開口３０を通過してイオン検出器１８に到達する。つまり、検出対象となる散乱イオンが前記アパーチャ１６及び両イオン規制部材３２，３４によって選別される。その検出信号は前記イオン検出器１８から増幅器を経て適当な分析表示装置に送られる。
【００４１】
図２は、前記アパーチャ１６及び両イオン規制部材３２，３４による散乱イオンの選別内容を示している。
【００４２】
この図２に示される各軌道４０〜４８のうち、一点鎖線で示される軌道４０、太い破線で示される軌道４１，４２、及び太い実線で示される軌道４３，４４が、前記イオン検出器１８への到達を許容される散乱イオンの軌道である。これに対し、細い破線で示される軌道４５，４６及び軌道４７，４８が、前記アパーチャ１６またはイオン規制部材３２，３４のいずれかの存在により前記イオン検出器１８への到達が阻止される散乱イオンの軌道である。
【００４３】
また、同図にはイオンビーム１５の照射軸上における３つの領域５０，５２，５４が示されているが、そのうち、前記領域５０は、測定対象として理想的な軌道を描くエネルギーをもつ散乱イオンが通過する領域である。これに対し、前記領域５２は測定対象であるが理想的な軌道を描くエネルギーよりもわずかに小さいエネルギーをもつ散乱イオンが通過する領域、前記領域５４は測定対象であるが理想的な軌道を描くエネルギーよりもわずかに大きいエネルギーをもつ散乱イオンが通過する領域である。
【００４４】
前記軌道４０は、前記領域５０を通過する理想的な軌道である。この軌道４０をもつ散乱イオンはアパーチャ１６及び両イオン規制部材３２，３４のいずれからも十分に間隔をおきながらアパーチャ１６の開口３０を通過し、イオン検出器１８に到達する。
【００４５】
前記軌道４１，４２をもつ散乱イオンは、それぞれ、アパーチャ１６の開口周縁部１６ａにおけるテーパー面３６，３８をかすめるようにしながら開口３０を通過してイオン検出器１８に到達する。これらの軌道４１，４２をもつ散乱イオンは、前記領域５２，５４を通過し、かつ比較的散乱角θが小さいものであり、測定対象として取り込むべきものであるが、仮に前記アパーチャ１６の開口周縁部にテーパー面３６，３８が形成されていなかった場合、すなわち、図２に二点鎖線１６ｉで示されるように前記アパーチャ１６の開口周縁部１６ａの肉厚が均一であった場合には、当該アパーチャ１６の開口周縁部に当たるためにイオン検出器１８への到達が許容されない。換言すれば、前記軌道４１，４２をもつ散乱イオンは、前記テーパー面３６，３８の設定によりはじめて通過が許容されるといえる。
【００４６】
このような軌道４１，４２をもつ散乱イオンの通過を許容する手段として、前記テーパー面３６，３８をもつ開口周縁部１６ａすなわち図２に示される網目部分を除去して開口３０の径を拡大することが考えられる。しかし、このような開口３０の拡径は、本来測定対象として除外すべき軌道４５，４６をもつ散乱イオンの通過を許容してしまう。すなわち、これらの軌道４５，４６は、前記領域５１，５２からさらに外側へ外れる軌道であって、しかも前記軌道４１，４２よりも散乱角が大きい軌道であり、イオン検出器１８の検出対象として好ましくない散乱イオンの軌道であるが、当該散乱イオンは、前記網目で示される開口周縁部１６ａがなければ開口３０を通過してイオン検出器１８に到達してしまう。これに対し、前記開口周縁部１６ａが存在すれば、当該開口周縁部１６ａに前記散乱イオンが当たるためにその検出が阻止される。
【００４７】
すなわち、前記テーパー面３６，３８をもつ開口周縁部１６ａは、好ましい軌道４１，４２をもつ散乱イオンを取り込み、かつ、好ましくない軌道４５，４６をもつ散乱イオンを排除する選別機能を有している。従って、前記テーパー面３６，３８のテーパー角は、選択すべき散乱イオン及び排除すべき散乱イオンの散乱角の考慮に基づいて適宜設定されればよい。
【００４８】
また、開口周縁部１６ａは、前記テーパー面３６，３８のうちのいずれか一方のテーパー面のみを有するものであってもよい。例えば、前記テーパー面３６がなくて下面（試料側の面）が水平であり、前記テーパー面３８のみを有するものであってもよい。逆に前記テーパー面３８がなくて上面（検出器側の面）が水平であり、前記テーパー面３６のみを有するものであってもよい。
【００４９】
一方、前記軌道４３，４４をもつ散乱イオンは、それぞれ、前記領域５２，５４を通過する測定対象イオンであって、試料側イオン規制部材３２の上端部３２ａにおけるテーパー面３２ｔの上側および検出器側イオン規制部材３４の下端部３４ａにおけるテーパー面３４ｔの下側をかすめるようにしながら開口３０を通過してイオン検出器１８に到達する。しかし、仮に前記試料側イオン規制部材３２の上端部３２ａや前記検出器側イオン規制部材３４の下端部３４ａにテーパー面３２ｔ，３４ｔが形成されていなかった場合、すなわち、図２に二点鎖線３２ｉ，３４ｉで示されるように前記各イオン規制部材３２，３４の肉厚が均一であった場合、前記散乱イオンは当該イオン規制部材３２，３４の端部に当たるためにイオン検出器１８へ到達することができない。換言すれば、前記軌道４３，４４をもつ散乱イオンは前記テーパー面３２ｔ，３４ｔの設定によりはじめて通過が許容されるといえる。
【００５０】
このような軌道４３，４４をもつ散乱イオンについても、その通過を許容する手段として、前記テーパー面３２ｔ，３４ｔをもつ端部３２ａ，３４ａすなわち図２に示される網目部分を除去してアパーチャ１６の開口と両イオン規制部材３２，３４との間隔を拡大することが考えられる。しかし、このような間隔の拡大は、本来測定対象として除外すべき軌道４７，４８をもつ散乱イオンの通過を許容してしまう。すなわち、これらの軌道４７，４８は、前記領域５１，５２からさらに外側に外れる軌道であって、イオン検出器１８の検出対象からは除外すべき散乱イオンの軌道であるが、前記網目で示されるイオン規制部材３２，３４の端部３２ａ，３４ａがなければ、前記軌道をもつ散乱イオンは両イオン規制部材３２，３４間及び前記開口３０を通過してイオン検出器１８に到達してしまう。しかし、前記端部３２ａ，３４ａが存在すれば、当該端部３２ａ，３４ａにそれぞれ前記軌道４７，４８をもつ散乱イオンが当たるために当該散乱イオンの検出が阻止される。
【００５１】
すなわち、前記テーパー面３２ｔ，３４ｔをもつ端部３２ａ，３４ａも、好ましい軌道４３，４４をもつ散乱イオンのみを取り込む選別機能を有している。従って、前記テーパー面３２ｔ，３４ｔのテーパー角も、選択すべき散乱イオン及び排除すべき散乱イオンの軌道を考慮して適宜設定すればよい。
【００５２】
本発明は、前記イオン規制部材３２，３４を具備しない実施形態も含み得る。この実施形態においても、前記テーパー面３６，３８をもつアパーチャ１６の開口周縁部１６ａが従来技術では享受し得ない散乱イオン選別機能を発揮し得る。また、前記両イオン規制部材３２，３４を具備する場合にも、そのいずれか一方のイオン規制部材のみが前記テーパー面を有するものであってもよい。例えば、試料側イオン規制部材３２の上端部３２ａのみが前記テーパー面３２ｔを有し、検出器側イオン規制部材３４の下端部３４ａがストレートであってもよい。
【実施例１】
【００５３】
前記図１及び図２に示す装置において、磁場強度が２Ｔ、試料２０からアパーチャ１６までの距離Ｌ１が３００ｍｍ、アパーチャ１６からイオン検出器１８までの距離Ｌ２が１５０ｍｍ、アパーチャ１６の開口３０の径が１ｍｍ、円筒状イオン規制部材３２，３４の内径が２０ｍｍに設定される。この場合、二次元イオン検出器１８上でその中心からの距離ρｄが最も大きい位置に入射される散乱イオンの散乱角θは１１９°となる（前記図５参照）。このような散乱角をもつ散乱イオンをアパーチャ１６の開口周縁部１６ａの近傍で通過させるためには、当該開口周縁部１６ａにおける各テーパー面３６，３８のテーパー角を２９°以下にする（すなわち当該開口周縁部１６ａのエッジ角を５８°以下にする）のがよい。また、イオン規制部材３２，３４の端部３２ａ，３４ａにおけるテーパー面３２ｔ，３４ｔのテーパー角については、前記距離ρｄが２０ｍｍを超える散乱イオンを検出対象とする場合、１０°以下とするのがよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の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】前記分析装置に装備されるアパーチャ及びイオン規制部材の要部の形状を示す拡大断面図である。
【図３】従来の散乱イオン分析装置の要部を示す断面図である。
【図４】アパーチャを通過することが可能な散乱イオンの軌道を示す図である。
【図５】前記検出位置の中心位置からの距離ρｄと散乱イオンのエネルギー及び散乱角との関係の一例を示したグラフである。
【図６】前記距離ρｄと前記イオン検出器のエネルギー分解能及びイオン補足立体角Ωとの関係を示したものである。
【符号の説明】
【００５５】
Ｂ      磁場
θ      散乱角
１０    イオン照射装置
１４    試料ステージ
１５    イオンビーム
１６    アパーチャ
１８    イオン検出器
１９    磁場形成用コイル
２０    試料
３０    開口
３２    試料側イオン規制部材
３２ａ  試料側イオン規制部材の上端部
３２ｔ  試料側イオン規制部材の上端部におけるテーパー面
３４    検出器側イオン規制部材
３４ａ  検出器側イオン規制部材の下端部
３４ｔ  検出器側イオン規制部材の下端部におけるテーパー面
３６    開口周縁部の試料側のテーパー面
３８    開口周縁部の検出器側のテーパー面
４０〜４８  散乱イオンの軌道
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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