(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを検出するための散乱イオン検出器と，前記イオンビームと平行な磁場を少なくとも前記試料から前記散乱イオン検出器にかけて発生させる磁場発生手段と，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，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収束した前記散乱イオンを前記散乱イオン検出器側に通過させる散乱イオン弁別用部材と，を具備し，
前記散乱イオン弁別用部材が，前記イオンビームのビーム軸に沿って所定の間隙を設けて配置された対の円筒状部材を含み，前記円筒状部材の中空部で前記イオンビームを通過させると共に，前記対の円筒状部材の間隙で前記散乱イオンを通過させるものであって，
前記散乱イオン検出器が，前記対の円筒状部材の間隙を通過した前記散乱イオンを検出してなる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，
前記散乱イオン弁別用部材が，前記対の円筒状部材の間隙に配置され，その中心に円形の開口を備えた板状のスリットを含むと共に，
前記散乱イオン検出器が前記対の円筒状部材の内の試料からの距離が遠い側の円筒状部材の外側に配置され，且つ前記散乱イオン検出器の検出方向が，前記イオンビームのビーム軸と垂直な平面と平行であることを特徴とする平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。
【請求項２】
前記散乱イオン弁別用部材の中心に形成された前記開口が，前記円筒状部材の外径よりも大きな径を有する円形の開口である請求項１記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。
【請求項３】
前記散乱イオン弁別用部材が，前記散乱イオンが前記イオンのビーム軸に収束する他の位置に前記イオンのビーム軸に沿って所定の間隙を設けて配置された，他の対の円筒状部材を含む請求項１又は２記載の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，高中エネルギーのイオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを，前記イオンビームと平行な磁場を用いてビーム軸に収束させる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平７−１９０９６３号公報には，高中エネルギーのイオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを，前記イオンビームと平行な磁場を用いてビーム軸に収束させる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置が記載されている。前記公報に記載された平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置の概略構成を図２に示す。
図２に示す如く，４００ｋＶ程度の高電圧が給電されたイオン源１から発せられたヘリウムイオンビーム２は，加速管３を通過中に該加速管３に印加された電圧によって加速され，試料４に向かう。試料４表面において，弾性散乱された散乱イオン５は，ソレノイドコイル６１及びマグネットヨーク６２からなる電磁石（磁場発生手段に対応）６によって発生されたイオンビーム２のビーム軸に平行な磁場によって，軌道が曲げられ，螺旋運動を行いながら繰り返しビーム軸に交叉する（収束する）軌道を描く。
特定のエネルギーと散乱角とをもった散乱イオン５がビーム軸に収束する位置にイオンビーム２を中心に通すように，アイリス型のスリット（散乱イオン弁別用部材に対応）７が配置されており，そのスリット７により特定のエネルギーと散乱角を有する散乱イオン５のみを弁別し，再度発散していく散乱イオン５を２次元の散乱イオン検出器８により検出しエネルギースペクトルを得ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，前記平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置では，散乱イオンがイオンビーム２のビーム軸に収束する際，前記ビーム軸に垂直な平面に対する入射角は，運動量保存則から，前記平面と平行に配置された試料からの出射角と等しくなることが知られている。前記アイリス型のスリット７を用いると，スリット７に対する入射角が大きな，すなわち試料表面から大きな出射角で出射された散乱イオンについては高い通過率を得ることができる。
しかしながら，試料表面から小さな出射角で出射された散乱イオンは，スリット７に小さな入射角で入射するため，スリットの厚みや，不可避な設置角度誤差などが原因となって，通過率が減少してしまう。
試料表面から小さな出射角で出射された散乱イオンは，試料表面近傍の深さ方向の元素分布に敏感なため（試料表面近傍の深さ方向の元素分布の影響が現れ易いため），通過率が低いと，感度性能が低下し，試料に関する貴重な情報が損なわれてしまうことになる。
本発明は，このような従来の技術における課題を鑑みてなされたものであり，試料表面近傍の深さ方向の元素分布に敏感な試料表面から小さな出射角度で出射された散乱イオンを高い通過率で通過させることが可能な平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために，本発明は，イオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを検出するための散乱イオン検出器と，前記イオンビームと平行な磁場を少なくとも前記試料から前記散乱イオン検出器にかけて発生させる磁場発生手段と，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，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収束した前記散乱イオンを前記散乱イオン検出器側に通過させる散乱イオン弁別用部材と，を具備し，前記散乱イオン弁別用部材が，前記イオンビームのビーム軸に沿って所定の間隙を設けて配置された対の円筒状部材を含み，前記円筒状部材の中空部で前記イオンビームを通過させると共に，前記対の円筒状部材の間隙で前記散乱イオンを通過させるものであって，前記散乱イオン検出器が，前記対の円筒状部材の間隙を通過した前記散乱イオンを検出してなる平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，前記散乱イオン弁別用部材が，前記対の円筒状部材の間隙に配置され，その中心に円形の開口を備えた板状のスリットを含むと共に，前記散乱イオン検出器が前記対の円筒状部材の内の試料からの距離が遠い側の円筒状部材の外側に配置され，且つ前記散乱イオン検出器の検出方向が，前記イオンビームのビーム軸と垂直な平面と平行であることを特徴とする平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置として構成されている。
この発明では，散乱イオン弁別用部材として，イオンビームのビーム軸に沿って所定の間隙を設けて配置された対の円筒状部材が用いられる。対の円筒状部材の中空部をイオンビームが通過し，試料にて後方散乱された散乱イオンは，対の円筒状部材の間隙を通過するのである。
前記ビーム軸に沿って対の円筒状部材を配置すると，前記対の円筒状部材の間隙は，ビーム軸に垂直な平面付近に向けて開放された開口を形成するようになる。この場合，アイリス型のスリットのように，その厚みや設置角度誤差の影響を受けずに，高い通過率で試料表面から小さな出射角で出射された散乱イオンを検出することが可能となる。
前記散乱イオンを検出する散乱イオン検出器は，例えば前記ビーム軸と垂直な平面と平行な方向に検出方向を向けて配置すればよい。
これによって，試料表面から小さな出射角で出射された散乱イオンの感度性能を従来より向上させることができ，その結果，試料表面近傍の深さ方向の元素分布を好適に解析し得る平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置を提供することができる。
ところで，上述のように試料表面近傍の深さ方向の元素分布を解析しようとして，試料表面から小さな出射角で出射された散乱イオンを検出する場合，試料表面近傍の深さ方向の元素分布に比較的影響を受けない試料表面から大きな出射角で出射された散乱イオンが散乱イオン検出器に入射してしまい，ノイズとなって解析性能を損ねてしまう恐れがある。
そこで，前記平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，前記散乱イオン弁別用部材に，前記対の円筒状部材の間隙に配置された，前記円筒状部材の外径よりも大きな径を有する円形の開口を備えた板状のスリットを含める。
前記板状のスリットによって，試料表面から大きな出射角で出射された散乱イオンを，散乱イオン検出器に対して遮蔽することが可能となり，ノイズの発生を抑えることができる。
また，前記平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置では，特定のエネルギーと散乱角を有する散乱イオンは，平行磁場によって螺旋軌道を描きながら散乱イオン検出器側に進み，イオンビームのビーム軸に収束するが，散乱イオンには複数回ビーム軸に収束するものがある。
これについて，前記平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，前記散乱イオン弁別用部材に，前記散乱イオンが前記イオンのビーム軸に収束する他の位置に前記イオンのビーム軸に沿って所定の間隙を設けて配置された，他の対の円筒状部材を含めれば，複数回収束する散乱イオンに対してエネルギー弁別を複数回行うことが可能となり，散乱イオン検出器に入射する散乱イオンのエネルギー分解能を向上させることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照して，本発明の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明の具体的な例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここに，図１は本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード散乱分析装置の要部を説明するための図である。
本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード散乱分析装置の基本的な構成は，従来の平行磁場型ラザフォード散乱分析装置と同様である。
図１に示すのは，本発明における平行磁場型ラザフォード散乱分析装置の特徴的な構成に係る，散乱イオン検出器と，散乱イオン弁別用部材との具体例である。
散乱イオン検出器は，イオンビームが入射した試料にて後方散乱された散乱イオンを検出するためのものであり，また散乱イオン弁別用部材は，前記散乱イオン検出器側から前記試料に入射する前記イオンビームを通過させると共に，前記イオンビームのビーム軸に平行な磁場により前記イオンビームのビーム軸に収束した前記散乱イオンを前記散乱イオン検出器側に通過させるものである。
図１に示す如く，前記散乱イオン弁別用部材は，イオンビームのビーム軸２１（図中の黒矢印はイオンビームの進行方向を示す）に沿って所定の間隔を設けて配置された対の円筒状部材７１，７２を含み，前記円筒状部材７１，７２の中空部７１１，７２１で前記イオンビームを通過させると共に，前記対の円筒状部材７１，７２の間隙７０で前記散乱イオン（その軌道を実線５１にて示す）を通過させるものである。
さらに，本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置では，図１に示す如く，前記散乱イオン弁別用部材に，前記対の円筒状部材７１，７２の間隙７０に配置された，前記円筒状部材７１，７２の外径よりも大きな径を有する円形の開口７３１を備えた板状のスリット７３が含まれる。
また，前記散乱イオン検出器には，例えば２つのＰＳＤ８１が用いられ，前記円筒状部材７１，７２の間隙７０を通過した前記散乱イオンを検出し得るように，ＰＳＤ８１の検出方向８１１は，それぞれビーム軸２１に垂直な平面と平行な方向に向けられている。
前記円筒状部材７１，７２，スリット７３は，散乱イオンがイオンビームのビーム軸２１に収束する位置Ｃを基準に配置される。前記円筒状部材７１，７２の中心軸は前記ビーム軸２１上にあり，前記位置Ｃから前記円筒状部材７１までの距離と前記位置Ｃから前記円筒状部材７２までの距離は同じである。また，スリット７３の円形の開口７３１の中心は前記位置Ｃにある。
【０００６】
本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，イオンビームは前記円筒状部材７１，７２の中空部（前記円筒状部材７１，７２の中心軸上）を通過する。前記円筒状部材７１，７２を通過したイオンビームが試料にて後方散乱されると，散乱イオンは前記円筒状部材７１，７２側に戻ってくる。前記ビーム軸２１に垂直な面に平行に配置された試料にて後方散乱されたときの散乱イオンの出射角と，前記位置Ｃを含む前記ビーム軸２１に垂直な平面に散乱イオンが入射するときの入射角θとは同じになる。
前記対の円筒状部材７１，７２は，互いに対向する端面の縁部７１２，７２２によって，前記入射角θの最大値θmax を定める。
前記入射角θが前記最大値θmax よりも大きい場合，前記位置Ｃに収束する前記散乱イオンは，前記円筒状部材７１，７２の側壁に遮られ，前記ＰＳＤ８１に入射しない。一方，前記試料からの出射角が比較的小さく，前記入射角θが前記最大値θmax 以下であれば，前記位置Ｃに収束する前記散乱イオンのほとんどは前記円筒状部材７１，７２の側壁に遮られず，前記間隙７０を通過し，前記ＰＳＤ８１に入射することになる。前記間隙７０は，前記ビーム軸２１に垂直な平面と平行な方向に開放されているので，前記入射角がかなり小さくなっても，アイリス型のスリットのように，前記散乱イオンが遮られることはない。
このような構成によって，検出方向を矢印８１１方向に向けたＰＳＤ８１には，前記入射角θが比較的小さい，すなわち試料から後方散乱されたときの出射角が小さい散乱イオンが多く入射することになるから，感度性能が向上し，試料表面近傍の深さ方向の元素分布を好適に解析することが可能となる。
ただし，前記円筒状部材７１，７２のみを設ける場合には，出射角が比較的大きい，すなわち前記入射角θが比較的大きい散乱イオンで前記ＰＳＤ８１に入射してしまうものがある。これらは，ノイズ源となるから，前記ＰＳＤ８１に入射するのは好ましくない。
そこで，前記スリット７３を設けて，前記入射角θが比較的大きくノイズとなる散乱イオンを遮蔽する。前記スリット７３の開口の径は，前記円筒状部材７１，７２の外径よりも大きいため，入射角θが比較的小さな散乱イオンが遮られることはほとんどない。前記スリット７３の開口によって前記散乱イオンを弁別するわけではないから，前記開口の径を前記円筒状部材７１の外径と同じ程度にする必要はなく，前記スリット７３には厚みがあり，また設置位置のずれがあることも考慮して大きくしておけばよい。
また，前記散乱イオンの軌道５１は，試料から散乱イオン検出器に至るまでにイオンビームのビーム軸に複数回収束する場合がある。複数回収束する散乱イオンの弁別は，前記散乱イオン検出器の直前の収束位置とは異なる他の収束位置にても行うことが可能である。
すなわち，前記散乱イオンがイオンビームのビーム軸に収束する他の位置（散乱イオン検出器の直前の収束位置とは異なる収束位置）に，前記位置Ｃと同様に，前記円筒状部材７１，７２を設けるのである。
複数の収束位置に前記円筒状部材７１，７２を設けて，エネルギー弁別を複数回行うことによって，散乱イオン検出器に入射する散乱イオンのエネルギー分解能を向上させることができる。
【０００７】
【発明の効果】
以上説明した通り，本発明では，散乱イオン弁別用部材として，イオンビームのビーム軸に沿って所定の間隙を設けて配置された対の円筒状部材が用いられるため，試料表面から小さな出射角で出射された散乱イオンの感度性能を従来より向上させることができ，その結果，試料表面近傍の深さ方向の元素分布を好適に解析し得る平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置を提供することができる。さらに，前記平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，前記散乱イオン弁別用部材に，前記対の円筒状部材の間隙に配置された，前記円筒状部材の外径よりも大きな径を有する円形の開口を備えた板状のスリットを含めれば，前記板状のスリットによって，試料表面から大きな出射角で出射された散乱イオンを散乱イオン検出器に対して遮蔽することが可能となり，ノイズの発生を抑えることができる。
さらに，前記平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置において，前記散乱イオン弁別用部材に，前記散乱イオンが前記イオンのビーム軸に収束する他の位置に前記イオンのビーム軸に沿って所定の間隙を設けて配置された，他の対の円筒状部材を含めれば，複数回収束する散乱イオンに対してエネルギー弁別を複数回行うことが可能となり，散乱イオン検出器に入射する散乱イオンのエネルギー分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置の要部構成を説明するための図。
【図２】  従来の平行磁場型ラザフォード後方散乱分析装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
２１…ビーム軸
５１…散乱イオンの軌道
７１，７２…円筒状部材
７３…スリット
８１…ＰＳＤ
７１１，７２１…中空部
７３１…開口
【図１】
0004245785.tif 000002
【図２】
0004245785.tif 000003