低速陽電子ビーム発生装置
【課題】半導体製造装置等に併設しあるいは組み込むことが可能な、小型の低速陽電子ビーム発生装置を得る。
【解決手段】真空チャンバー内に、陽電子源（２）で生成されモデレータによって低速化された陽電子ビームのうち所望のエネルギーを有する陽電子ビームを取り出すためのエネルギー弁別器（３）と、被測定試料（１１）を保持する試料保持部（９）と、エネルギー弁別器（３）を出射した陽電子ビームを加速して被測定試料（１１）に照射するための加速部（５）と、を備える低速陽電子ビーム発生装置（１）において、真空チャンバー内の被測定試料（１１）の周辺に、陽電子ビームを被測定試料（１１）上に輸送するための磁場を発生する第１の永久磁石（１２、１３）を配置する。
【解決手段】真空チャンバー内に、陽電子源（２）で生成されモデレータによって低速化された陽電子ビームのうち所望のエネルギーを有する陽電子ビームを取り出すためのエネルギー弁別器（３）と、被測定試料（１１）を保持する試料保持部（９）と、エネルギー弁別器（３）を出射した陽電子ビームを加速して被測定試料（１１）に照射するための加速部（５）と、を備える低速陽電子ビーム発生装置（１）において、真空チャンバー内の被測定試料（１１）の周辺に、陽電子ビームを被測定試料（１１）上に輸送するための磁場を発生する第１の永久磁石（１２、１３）を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低速の陽電子ビームを発生するための装置に関し、特に小型化された低速陽電子ビーム発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体表面近傍の空孔型欠陥を非破壊で感度良く検出する方法として、陽電子消滅を利用する方法が注目されている。陽電子消滅とは、固体材料中に打ち込まれた陽電子が材料中の空孔型欠陥に捉えられている電子と対消滅して、γ線を放出する現象である。陽電子の寿命、放出されたγ線のエネルギー分布、放出角度の分布等を測定し分析することによって、材料の格子欠陥や電子構造についての重要な情報を得ることが出来る。
【０００３】
陽電子消滅による材料分析は、上述したように試料を非破壊で分析できること、試料の電導性や温度等の制約が少ないこと、等の特徴に基づいて、半導体、金属、金属酸化物、高分子等の材料に幅広く適用することが可能である。この手法を用いて、各種Ｓｉ半導体デバイス材料の評価を行った結果、材料開発の現場へ有効な情報を提供できることがわかってきた（例えば、非特許文献１、２参照）。
【０００４】
陽電子消滅を利用した材料の評価装置として、種々のものが開発されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
図１に、特許文献２に示されている欠陥評価装置の構造を示す。この装置は、低速陽電子ビーム発生装置１００と、この装置内に保持された被測定試料から発生するγ線を検出するための検出器１０２とで構成されている。検出器としては、γ線を吸収して電流を発生する半導体検出器等が使用される。あるいは、γ線の照射によって蛍光を発生する装置によって検出することもできる。低速陽電子ビーム発生装置１は、陽電子を発生する線源と発生した陽電子を低速化するモデレータとを含む線源部１０３、線源部１０３から出射した低速陽電子のうち所望のエネルギーを有する陽電子を選択的に取り出すエネルギー弁別部１０４、エネルギー弁別された陽電子を試料方向に加速して輸送する加速部１０５、および試料保持部１０６から構成されている。線源部１０３、エネルギー弁別部１０４、加速部１０５および試料保持部１０６は、一体の真空チャンバーで構成される。
【０００６】
エネルギー弁別部３は、通常、Ｅ×Ｂフィルタで構成され、Ｅ×Ｂフィルタは実際は平行平板コンデンサで構成されるが、平行平板コンデンサをそのまま用いたのでは、出力される陽電子ビームの歪みが激しいので、これを防ぐために、通常は平行平板を半円形状に曲げた構造のコンデンサが使用される。なお、磁場Ｂは外部に設けた電磁コイル１１０によって生成される。
【０００７】
図１において、１０７ａ、１０７ｂは、線源から放出された種々のエネルギーを有する陽電子のうち、エネルギー弁別され測定に使用される以外の陽電子が試料部方向に向かうのを防止するための遮蔽板であり、通常、Ｐｂ、Ｗ等の重金属で構成されている。１０８は加速電極であり、エネルギー弁別された、例えば１００ｅＶ程度のエネルギーを有する低速陽電子を、例えば０〜３０ｋｅＶの範囲の所望のエネルギーまで加速して、試料保持部１０６内に設置した被測定試料１０９に照射するためのものである。
【０００８】
図１の低速陽電子ビーム発生装置１００において、線源部１０３、エネルギー弁別部１０４、加速部１０５および試料保持部１０６を含む真空チャンバーは、その外周の全長に亘って電磁コイル１１０が設けられ、真空チャンバー内に磁場が形成される。線源部１０３で発生した陽電子は、この磁場に案内されて試料保持部１０６の被測定試料まで輸送される。
【０００９】
図１に示すように、従来の低速陽電子ビーム発生装置１００は、陽電子の輸送のための磁場を形成するために、装置の全長に亘って電磁コイル１１０を設けている。そのため、装置全体が大型化する傾向がある。半導体の物性を評価するための他の装置、例えば、オージェ分析装置、蛍光Ｘ線分析装置等と比較して、装置の大型化の傾向が顕著である。具体的には、特許文献２で提案された低速陽電子ビーム発生装置では、ビームラインが３〜５ｍの長さとなっている。
【００１０】
一方、半導体産業においては、ＳｏＣの高性能化、高信頼性化の訴求のため、高機能材料の開発が必須になりつつある。材料の欠陥物性解析に対し、上記の低速陽電子ビームを用いた物性解析は有効な手段であるが、試料の評価のためには、製造装置から試料を一旦大気中へ取り出し、γ線測定のために低速陽電子ビーム発生装置に挿入する必要がある。従って、半導体デバイスの製造プロセス中に試料の評価をすることはできない。
【００１１】
ところが、低速陽電子ビーム発生装置を現在の大きさから更に小型化することが出来れば、この装置を半導体デバイスの製造装置、あるいはその他の評価システムに併設し、あるいは、これらに組み込むことによって、製造プロセスのモニタリングが可能となる。これによって、試料の欠陥物性解析が進展し、次世代のＳｉテクノロジー関連材料の設計と製造に有効な指針を与えることができるようになる。
【００１２】
なお、陽電子消滅による空孔型欠陥の評価原理、評価方法等に関しては、非特許文献１、２あるいは特許文献１、２に詳細に記載されているので参照されたい。これらは本発明の主要部ではないので、ここでは説明しない。
【００１３】
【特許文献１】特開平７−２７０５９８
【特許文献２】特開２００４−９３２２４
【００１４】
【非特許文献１】「表面近傍での陽電子の基本的挙動とそれらを利用した材料評価」上殿明良、谷川庄一郎、まてりあ ３５、１４０−１４６（１９９６）
【非特許文献２】「陽電子による先端半導体材料の評価」上殿明良、鈴木良一、大平俊之、石橋章司、応用物理 ７４、１２２３−１２２６（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、低速陽電子ビーム発生装置の小型化は、この装置を他の材料評価装置あるいは半導体デバイスの製造装置と共存させるために必須の要件であるが、現状ではその目的を達成する程度まで充分に小型化されていない。
【００１６】
本発明はかかる点に関してなされたもので、他の材料評価装置あるいは半導体デバイスの製造装置と共存が可能な程度に小型化された、低速陽電子ビーム発生装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る第１の装置は、上記課題を解決するために、真空チャンバー内に、陽電子源で生成されモデレータによって低速化された陽電子ビームのうち所望のエネルギーを有する陽電子ビームを取り出すためのエネルギー弁別器と、被測定試料を保持する試料保持部と、前記エネルギー弁別器を出射した陽電子ビームを加速して前記被測定試料に照射するための加速部と、を備える低速陽電子ビーム発生装置において、前記真空チャンバー内の前記被測定試料の周辺に、前記陽電子ビームを前記被測定試料上に輸送するための磁場を形成する第１の永久磁石を配置したことを特徴とする。
【００１８】
上記構成の装置では、エネルギー弁別器を出射し加速部によって加速された低速陽電子ビームは、第１の永久磁石によりにより輸送されて被測定試料に照射される。そのため、真空チャンバー外部の少なくとも試料保持部周辺において、陽電子ビームを被測定試料上に輸送するための電磁コイルを設ける必要が無い。その結果、低速陽電子ビーム発生装置全体を小型化することが出来る。
【００１９】
上記の低速陽電子ビーム発生装置において、前記エネルギー弁別器を、前記真空チャンバーの外部に設けた第１の電磁コイルと、前記真空チャンバー内の空間の一部を実質的に充填する形状を有しかつ重金属を材料として形成された電極部とで構成し、かつ、前記電極部を第１および第２の電極で構成し、前記第１および第２の電極間には前記陽電子源で生成されかつ低速化された陽電子ビームが通過し前記加速部へ向かうための空間を形成するようにしてもよい。
【００２０】
また、前記電極部はＰｂ、Ｗ、ステンレスのいずれかで構成してもよい。
【００２１】
更に、前記加速部を、前記真空チャンバーの外部に設けた第２の電磁コイルと、前記真空チャンバー内に形成された加速電極とによって構成してもよい。
【００２２】
あるいは、前記加速部を、前記真空チャンバー内に設置された第２の永久磁石で構成し、かつ、前記被測定試料に負の電圧を印加するようにしてもよい。
【００２３】
更に、前記真空チャンバー内の前記被測定試料の前方に、前記陽電子ビームの軌道を安定化するためのビーム安定化装置を設けてもよい。
【００２４】
更に、前記第１、第２の永久磁石をリング状の永久磁石で構成してもよい。
【００２５】
本発明に係る第２の装置は、上記課題を解決するために、真空チャンバー内に、陽電子源で生成されモデレータによって低速化された陽電子ビームのうち所望のエネルギーを有する陽電子ビームを取り出すためのエネルギー弁別器と、被測定試料を保持する試料保持部と、前記エネルギー弁別器を出射した陽電子ビームを加速して前記被測定試料に照射するための加速部と、を備える低速陽電子ビーム発生装置において、前記エネルギー弁別器を、前記真空チャンバーの外部に設けた第１の電磁コイルと、前記真空チャンバー内の空間の一部を実質的に充填する形状を有しかつ重金属を材料として形成された電極部とで構成し、更に、前記電極部を第１および第２の電極で構成し、前記第１および第２の電極間に前記陽電子源で生成されかつ低速化された陽電子ビームが通過し前記加速部へ向かうための空間を形成したことを特徴とする。
【００２６】
上記第２の装置では、エネルギー弁別部を、外部の電磁コイルで発生する磁場と、前記第１、第２の電極間に形成される電場とによって構成される、Ｅ×Ｂフィルタで構成している。このとき、第１、第２の電極からなる電極部は、エネルギー弁別部の内部空間をほぼ充填する形状を有しており、更に、陽電子ビームを吸収する重金属を材料として構成されている。従って、このエネルギー弁別部は、種々のエネルギーを有する陽電子ビームをフィルタリングする機能と、必要なエネルギーを有する陽電子ビーム以外の陽電子ビームを吸収する遮蔽機能とを有する。その結果、従来必要であった遮蔽板が不必要となり、低速陽電子ビーム発生装置の小型化に寄与する。
【００２７】
また、このエネルギー弁別部は、陽電子の遮蔽体でその内部空間がほぼ充填された構造を有するので、線源において全方向に発生する陽電子が試料保持部に漏れ出すのをほぼ完全に防止することができる。その結果、エネルギー弁別器から試料保持部までの距離を長くして、この部分で測定時のバックグランドノイズを形成する不要な陽電子を吸収させる等の構成が不要となる。これによって、低速陽電子ビーム発生装置を更に小型化することが可能となる。なお、バックグランドノイズとは、測定に使用されない不要な陽電子が試料保持部に達し、内部の物質と衝突して消滅γ線を形成し、これが検出器によって検出されることによって発生するものである。従って、不要な陽電子を完全に遮蔽できれば、バックグランドノイズは低減される。
【００２８】
なお、前記第２の装置において、前記電極部をＰｂ、Ｗ、ステンレスのいずれかで構成するようにしても良い。
【発明の効果】
【００２９】
上記第１の装置によれば、エネルギー弁別部を出射した陽電子ビームを、被測定試料周辺に設けた第１の永久磁石で被測定試料上に輸送しているため、従来の装置で必要であった真空チャンバー外部の電磁コイルのうち、少なくとも試料保持部周辺の電磁コイルが不要となる。その結果、装置全体を従来の装置に比べて小型化することが可能である。なお、従来の装置で加速部を構成していた電磁コイルを、真空チャンバー内に配置した、第１の永久磁石とは異なる永久磁石で代替すれば、装置全体をより小型化することが出来る。このとき、加速部を接地し、被測定試料を負の電位に設定すれば、陽電子ビームは被測定試料の方向に向かって加速されるため、加速部内部に加速電極を設ける必要はない。更に、第２の装置によっても、遮蔽板が不要となり、またバックグランドノイズの発生を考慮する必要がなくなるので、装置全体をより小型化することが可能となる。
【００３０】
以上の結果、本発明に係る装置を半導体デバイスの製造装置あるいはその他の評価システムに併設し、あるいはこれらに組み込むことが可能となるので、半導体デバイス等の製造プロセス中の材料評価が可能となり、高機能材料の開発に大きく貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
発明者等は、低速陽電子ビーム発生装置を小型化する上で、陽電子ビームを被測定試料上に輸送するための磁場を形成する電磁コイルの存在が最も障害となると考えた。電磁コイルは真空チャンバー内に収納することができない為、その分、装置が大型化するためである。そこで、電磁コイルの一部を永久磁石で代替し、真空チャンバー内に配置することを考えた。永久磁石は、電磁コイルに比べて小さな容積で強い磁場を発生するので、その分、装置全体を小型化することができる。
【００３２】
種々の実験の結果、永久磁石を被測定試料の周辺に配置することによって、試料チャンバー周辺の電磁コイルを取り除いても充分に、陽電子ビームが被測定試料上に安定して輸送されることを見出した。本発明の装置はこの発見を基に構成されたものである。
【００３３】
被測定試料周辺の電磁コイルを永久磁石で代替することにより、装置全体の小型化が可能となったが、一方で、γ線の検出器においてバックグランドノイズが増加する傾向が見られた。バックグランドノイズは、陽電子源で発生した陽電子のうち測定に使用する陽電子ビーム以外の陽電子が試料チャンバーに侵入し、内部の物質と衝突して消滅γ線を生成し、これが検出器によって検出されることにより発生する。
【００３４】
従って、エネルギー弁別器に入射する以外の陽電子を完全に遮蔽するために、従来の板状の簡便な遮蔽板に代わって比較的大型の遮蔽用構造体を設ける必要がある。しかしながら、その分、装置が大型化する。本発明者等は、そこで、エネルギー弁別のために設けるＥ×Ｂフィルタに不要陽電子の遮蔽機能を持たせることによって、遮蔽用の構造体を不要とすることを考えた。以下の実施形態で説明されるＥ×Ｂフィルタは、このような考えに基づいて発明されたものである。
【００３５】
以下に、本発明の種々の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図において、同一の符号は、同一または類似の構成要素を示すので、重複した説明は行わない。
【００３６】
［第１の実施形態］
図２の（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る低速陽電子ビーム発生装置１の概略構成を示す図であり、図（ｂ）は、図（ａ）のＡ−Ａ’線上断面図である。図２（ａ）において、２は真空チャンバー内に設けられた線源部を示し、例えば22Ｎａ等の放射性同位元素を保持する線源と、この線源から放射された陽電子を低速化するモデレータとで構成されている。３はエネルギー弁別器を構成するＥ×Ｂフィルタ、４はＥ×Ｂフィルタ３から出射する陽電子ビームを加速部５まで通過させるためのアパーチャを示す。アパーチャ４の加速部側には、リング状あるいはドーナツ状（以下、リング状と言う）の永久磁石６が配置されている。
【００３７】
７は、真空チャンバーの外部に装着された電磁コイルであって、線源部２、Ｅ×Ｂフィルタ３、アパーチャ４および永久磁石６の部分をカバーするように形成されている。電磁コイル７で発生される磁場は、線源部２においては、線源から全方向に放射される陽電子のうちより多くの陽電子がＥ×Ｂフィルタ３の方向に向かうようにし、Ｅ×Ｂフィルタ３においてはフィルタリングに必要な磁場Ｂを形成し、アパーチャ４の出力側では、陽電子がＥ×Ｂフィルタ３から加速部５へ出射しやすくする。Ｅ×Ｂフィルタ３の構成については、図２（ｂ）を参照して後述する。
【００３８】
図２（ａ）において、８は加速部５を構成する加速管であり、内部に複数の加速電極８ａ、８ａ・・・を備えている。また、外部に加速用の電磁コイル８ｂ、８ｂを備えている。９は試料保持部を構成する試料チャンバーであり、その一部９ａにおいて、ベローズ１０を介して加速管８と接続されている。ベローズ１０は、加速部８を機械的な振動による破損から守るために挿入されている。試料チャンバー９内では、陽電子ビームの軌道上に被測定試料１１を配置する。
【００３９】
１２は、被測定試料１１の近辺に配置された永久磁石であり、リング状の形状を有している。１３は、試料チャンバー９において、被測定試料１１の背後（被測定試料１１と図示しないγ線検出器間）に設けたリング状の永久磁石である。なお、１２、１３は何れもネオジウム（Ｎｄ）等を材料とする通常の永久磁石で構成することが出来る。本発明者等は、上述したように、被測定試料１１の周辺に設けたこれらの永久磁石１２、１３が、従来装置において試料チャンバー周辺に設けた電磁コイルの働きを充分に代替していることを確認した。従って、図２に示す装置では、試料チャンバー９の周辺には電磁コイルを設けていない。
【００４０】
試料チャンバー９は排気口１４を有し、図示しない真空ポンプに接続されることによって、線源部２、Ｅ×Ｂフィルタ３を備えるエネルギー弁別部、加速部５、試料チャンバー９内を排気する。陽電子消滅の実験は真空中で行われる。
【００４１】
以下に、図２（ｂ）を参照して、Ｅ×Ｂフィルタ３の構造を説明する。本実施形態のＥ×Ｂフィルタ３は、真空チャンバーのＥ×Ｂフィルタ３を配置する空間をほぼ充填する円柱の形状を有している。図２（ｂ）において、２０はＥ×Ｂフィルタ３を収容する真空チャンバーの内壁を示す。Ｅ×Ｂフィルタ３は、図示するように、第１の電極２１と第２の電極２２を有している。第１の電極２１と第２の電極２２との相対向する表面は、同心の半円形状とされ、第１、第２の電極間に陽電子ビームが通過する空間２３が形成されている。したがって、第１、第２の電極２１、２２に電圧を印加することによって、陽電子ビームが通過する空間２３に所望の電場Ｅを形成することが出来る。
【００４２】
Ｅ×Ｂフィルタ３は、外部の電磁コイル７によって生成される磁場Ｂと、第１、第２の電極２１、２２間に形成される電場Ｅとの相互作用によって、所望のエネルギーの陽電子ビームのみを選択して通過させる働きをする。Ｅ×Ｂフィルタ３の長さを含めた形状は、陽電子ビームの軌道計算を行うことによって、決定される。なお、線源部２はＥ×Ｂフィルタ３の中心より外れた位置に配置され、Ｅ×Ｂフィルタ３の出力部はその中心に設けられる。これは、Ｅ×Ｂフィルタ３によって、所望のエネルギーの陽電子ビームのみを軌道を変えて取り出すためである。Ｅ×Ｂフィルタ３を出射した陽電子ビームを、更にアパーチャ４を通過させることによって、真空チャンバーの中心軸上に沿って飛翔する陽電子ビームを形成することができる。
【００４３】
電極２１、２２を含むＥ×Ｂフィルタ３は、例えば鉛（Ｐｂ）、タングステン（Ｗ）、ステンレスなどの重金属を材料として形成される。これによって、Ｅ×Ｂフィルタ３自体が陽電子の遮蔽体としての機能を有するようになり、線源部２で生成された種々のエネルギーを有する陽電子ビームのうち、Ｅ×Ｂフィルタ３を通過する以外の陽電子ビームがほぼ完全に遮蔽されることになる。そのため、本実施形態の装置では、図１に示す従来の装置とは異なり、Ｅ×Ｂフィルタ３とは別個の陽電子遮蔽体を設ける必要が無くなり、その分、装置を小型化することができる。
【００４４】
更に、Ｅ×Ｂフィルタ３によって、ほぼ完全にバックグランドノイズの原因となる高エネルギー陽電子の漏洩を防止できるので、加速部５の長さを不必要に長くしてこの部分で高エネルギーの陽電子を吸収させる等の構成は不要となる。従って、装置を更に小型化することが可能となる。
【００４５】
以上の結果から、本実施形態の装置では、従来の低速陽電子ビーム発生装置に比べてそのビームラインを遥かに短くすることが可能となった。一例では、図２の長さＬがほぼ１ｍである装置を構成することができた。これは、従来の装置が３〜５ｍの長さを有していることに比べて、大幅に小型化されている。
【００４６】
［第２の実施形態］
図３の（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る低速陽電子ビーム発生装置３０の構成を示す図であり、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’線上断面図である。本実施形態の装置は、その構成のほとんどが図２に示す第１の実施形態にかかる装置１と同じであるが、加速部５と試料チャンバー９間に、ゲートバルブ３２を設けた点が異なっている。ゲートバルブ３２は、被測定試料１１の交換等のために試料チャンバー９の真空を破った場合、線源部２を大気に暴露しないように挿入されている。
【００４７】
本実施形態によれば、ゲートバルブ３２を設けた分ビームラインが長くなるが、Ｅ×Ｂフィルタ３の構成、更に被測定試料１１の周辺に設けたリング状永久磁石１２の効果によって、全長が１．１ｍ程度の低速陽電子ビーム発生装置を構成することができた。
【００４８】
［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る低速陽電子ビーム発生装置４０の構成を示す図である。図２、３と同様に、図４の（ａ）は装置全体の構成図であり、図４（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’線上断面図である。本実施形態の装置は、図３に示す第２の実施形態の装置の変形であって、陽電子ビームの加速部５と永久磁石１２間に、ビームの安定化装置４２を設けた点で第２の実施形態の装置とは異なっている。ビーム安定化装置４２は、例えばｘ軸およびｙ軸方向に設けた２個の平行平板コンデンサで構成され、電極に印加する電圧を調整することによって陽電子ビームの軌道を修正し安定させる機能を有している。
【００４９】
ゲートバルブ３２を加速部５と永久磁石１２間に設けたことにより、両者の間隔が多少長くなった場合であっても、ビーム安定化装置４２への印加電圧を調整することによって陽電子ビームの軌道を修正し、被測定試料１１に正確に入射させることができる。なお、ビーム安定化装置４２は、図２に示す第１の実施形態に係る装置に設けてもよい。
【００５０】
［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態に係る低速陽電子ビーム発生装置５０の構成を示す図であり、図５（ａ）は装置５０の全体構成を、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’線上断面図を示す。本実施形態の装置は、第１乃至第３の実施形態に係る装置とは加速部５２の構造において相違している。本実施形態の加速部５２は、加速管５４の内部に複数のリング状永久磁石５６、５６・・・を配置し、加速部５２の真空チャンバー外部に電磁コイルを設けない構成を特徴としている。
【００５１】
リング状永久磁石５６、５６・・・は、エネルギー弁別部のアパーチャ４から出射した陽電子ビームを被測定試料１１の方向に輸送するための磁場を形成するが、この永久磁石５６、５６・・・のみでは陽電子ビームを所望のエネルギーに加速することはできない。本実施形態では、陽電子ビームの加速のために、被測定試料１１を負の電位に設定する。この場合、加速部５２を接地しておく必要がある。この結果、アパーチャ４と被測定試料１１間に電位差が形成され、その間を飛翔する陽電子ビームが加速される。
【００５２】
なお、図示するように、被測定試料１１の近くにビーム安定化装置４２を配置することによって、陽電子ビームの軌道を修正し安定化させて、ビームが正確に被測定試料１１に入射するようにしてもよいが、ビーム安定化装置４２は必ずしも必要なものではない。
【００５３】
本実施形態の装置によれば、Ｅ×Ｂフィルタ３の部分に形成した電磁コイル７を残して、その他の電磁コイルを全て撤去することができるので、低速陽電子ビーム発生装置５０を更に小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来の低速陽電子ビーム発生装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る、低速陽電子ビーム発生装置の概略構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る、低速陽電子ビーム発生装置の概略構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る、低速陽電子ビーム発生装置の概略構成を示す図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る、低速陽電子ビーム発生装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１ 低速陽電子ビーム発生装置
２ 線源部
３ Ｅ×Ｂフィルタ
４ アパーチャ
５ 加速部
７ 電磁コイル
８ 加速管
８ａ 加速電極
８ｂ 電磁コイル
９ 試料チャンバー
１０ ベローズ
１１ 被測定試料
１２、１３ 永久磁石
２０ 真空チャンバーの内壁
２１、２２ 第１、第２の電極
２３ 空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低速の陽電子ビームを発生するための装置に関し、特に小型化された低速陽電子ビーム発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体表面近傍の空孔型欠陥を非破壊で感度良く検出する方法として、陽電子消滅を利用する方法が注目されている。陽電子消滅とは、固体材料中に打ち込まれた陽電子が材料中の空孔型欠陥に捉えられている電子と対消滅して、γ線を放出する現象である。陽電子の寿命、放出されたγ線のエネルギー分布、放出角度の分布等を測定し分析することによって、材料の格子欠陥や電子構造についての重要な情報を得ることが出来る。
【０００３】
陽電子消滅による材料分析は、上述したように試料を非破壊で分析できること、試料の電導性や温度等の制約が少ないこと、等の特徴に基づいて、半導体、金属、金属酸化物、高分子等の材料に幅広く適用することが可能である。この手法を用いて、各種Ｓｉ半導体デバイス材料の評価を行った結果、材料開発の現場へ有効な情報を提供できることがわかってきた（例えば、非特許文献１、２参照）。
【０００４】
陽電子消滅を利用した材料の評価装置として、種々のものが開発されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
図１に、特許文献２に示されている欠陥評価装置の構造を示す。この装置は、低速陽電子ビーム発生装置１００と、この装置内に保持された被測定試料から発生するγ線を検出するための検出器１０２とで構成されている。検出器としては、γ線を吸収して電流を発生する半導体検出器等が使用される。あるいは、γ線の照射によって蛍光を発生する装置によって検出することもできる。低速陽電子ビーム発生装置１は、陽電子を発生する線源と発生した陽電子を低速化するモデレータとを含む線源部１０３、線源部１０３から出射した低速陽電子のうち所望のエネルギーを有する陽電子を選択的に取り出すエネルギー弁別部１０４、エネルギー弁別された陽電子を試料方向に加速して輸送する加速部１０５、および試料保持部１０６から構成されている。線源部１０３、エネルギー弁別部１０４、加速部１０５および試料保持部１０６は、一体の真空チャンバーで構成される。
【０００６】
エネルギー弁別部３は、通常、Ｅ×Ｂフィルタで構成され、Ｅ×Ｂフィルタは実際は平行平板コンデンサで構成されるが、平行平板コンデンサをそのまま用いたのでは、出力される陽電子ビームの歪みが激しいので、これを防ぐために、通常は平行平板を半円形状に曲げた構造のコンデンサが使用される。なお、磁場Ｂは外部に設けた電磁コイル１１０によって生成される。
【０００７】
図１において、１０７ａ、１０７ｂは、線源から放出された種々のエネルギーを有する陽電子のうち、エネルギー弁別され測定に使用される以外の陽電子が試料部方向に向かうのを防止するための遮蔽板であり、通常、Ｐｂ、Ｗ等の重金属で構成されている。１０８は加速電極であり、エネルギー弁別された、例えば１００ｅＶ程度のエネルギーを有する低速陽電子を、例えば０〜３０ｋｅＶの範囲の所望のエネルギーまで加速して、試料保持部１０６内に設置した被測定試料１０９に照射するためのものである。
【０００８】
図１の低速陽電子ビーム発生装置１００において、線源部１０３、エネルギー弁別部１０４、加速部１０５および試料保持部１０６を含む真空チャンバーは、その外周の全長に亘って電磁コイル１１０が設けられ、真空チャンバー内に磁場が形成される。線源部１０３で発生した陽電子は、この磁場に案内されて試料保持部１０６の被測定試料まで輸送される。
【０００９】
図１に示すように、従来の低速陽電子ビーム発生装置１００は、陽電子の輸送のための磁場を形成するために、装置の全長に亘って電磁コイル１１０を設けている。そのため、装置全体が大型化する傾向がある。半導体の物性を評価するための他の装置、例えば、オージェ分析装置、蛍光Ｘ線分析装置等と比較して、装置の大型化の傾向が顕著である。具体的には、特許文献２で提案された低速陽電子ビーム発生装置では、ビームラインが３〜５ｍの長さとなっている。
【００１０】
一方、半導体産業においては、ＳｏＣの高性能化、高信頼性化の訴求のため、高機能材料の開発が必須になりつつある。材料の欠陥物性解析に対し、上記の低速陽電子ビームを用いた物性解析は有効な手段であるが、試料の評価のためには、製造装置から試料を一旦大気中へ取り出し、γ線測定のために低速陽電子ビーム発生装置に挿入する必要がある。従って、半導体デバイスの製造プロセス中に試料の評価をすることはできない。
【００１１】
ところが、低速陽電子ビーム発生装置を現在の大きさから更に小型化することが出来れば、この装置を半導体デバイスの製造装置、あるいはその他の評価システムに併設し、あるいは、これらに組み込むことによって、製造プロセスのモニタリングが可能となる。これによって、試料の欠陥物性解析が進展し、次世代のＳｉテクノロジー関連材料の設計と製造に有効な指針を与えることができるようになる。
【００１２】
なお、陽電子消滅による空孔型欠陥の評価原理、評価方法等に関しては、非特許文献１、２あるいは特許文献１、２に詳細に記載されているので参照されたい。これらは本発明の主要部ではないので、ここでは説明しない。
【００１３】
【特許文献１】特開平７−２７０５９８
【特許文献２】特開２００４−９３２２４
【００１４】
【非特許文献１】「表面近傍での陽電子の基本的挙動とそれらを利用した材料評価」上殿明良、谷川庄一郎、まてりあ ３５、１４０−１４６（１９９６）
【非特許文献２】「陽電子による先端半導体材料の評価」上殿明良、鈴木良一、大平俊之、石橋章司、応用物理 ７４、１２２３−１２２６（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、低速陽電子ビーム発生装置の小型化は、この装置を他の材料評価装置あるいは半導体デバイスの製造装置と共存させるために必須の要件であるが、現状ではその目的を達成する程度まで充分に小型化されていない。
【００１６】
本発明はかかる点に関してなされたもので、他の材料評価装置あるいは半導体デバイスの製造装置と共存が可能な程度に小型化された、低速陽電子ビーム発生装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る第１の装置は、上記課題を解決するために、真空チャンバー内に、陽電子源で生成されモデレータによって低速化された陽電子ビームのうち所望のエネルギーを有する陽電子ビームを取り出すためのエネルギー弁別器と、被測定試料を保持する試料保持部と、前記エネルギー弁別器を出射した陽電子ビームを加速して前記被測定試料に照射するための加速部と、を備える低速陽電子ビーム発生装置において、前記真空チャンバー内の前記被測定試料の周辺に、前記陽電子ビームを前記被測定試料上に輸送するための磁場を形成する第１の永久磁石を配置したことを特徴とする。
【００１８】
上記構成の装置では、エネルギー弁別器を出射し加速部によって加速された低速陽電子ビームは、第１の永久磁石によりにより輸送されて被測定試料に照射される。そのため、真空チャンバー外部の少なくとも試料保持部周辺において、陽電子ビームを被測定試料上に輸送するための電磁コイルを設ける必要が無い。その結果、低速陽電子ビーム発生装置全体を小型化することが出来る。
【００１９】
上記の低速陽電子ビーム発生装置において、前記エネルギー弁別器を、前記真空チャンバーの外部に設けた第１の電磁コイルと、前記真空チャンバー内の空間の一部を実質的に充填する形状を有しかつ重金属を材料として形成された電極部とで構成し、かつ、前記電極部を第１および第２の電極で構成し、前記第１および第２の電極間には前記陽電子源で生成されかつ低速化された陽電子ビームが通過し前記加速部へ向かうための空間を形成するようにしてもよい。
【００２０】
また、前記電極部はＰｂ、Ｗ、ステンレスのいずれかで構成してもよい。
【００２１】
更に、前記加速部を、前記真空チャンバーの外部に設けた第２の電磁コイルと、前記真空チャンバー内に形成された加速電極とによって構成してもよい。
【００２２】
あるいは、前記加速部を、前記真空チャンバー内に設置された第２の永久磁石で構成し、かつ、前記被測定試料に負の電圧を印加するようにしてもよい。
【００２３】
更に、前記真空チャンバー内の前記被測定試料の前方に、前記陽電子ビームの軌道を安定化するためのビーム安定化装置を設けてもよい。
【００２４】
更に、前記第１、第２の永久磁石をリング状の永久磁石で構成してもよい。
【００２５】
本発明に係る第２の装置は、上記課題を解決するために、真空チャンバー内に、陽電子源で生成されモデレータによって低速化された陽電子ビームのうち所望のエネルギーを有する陽電子ビームを取り出すためのエネルギー弁別器と、被測定試料を保持する試料保持部と、前記エネルギー弁別器を出射した陽電子ビームを加速して前記被測定試料に照射するための加速部と、を備える低速陽電子ビーム発生装置において、前記エネルギー弁別器を、前記真空チャンバーの外部に設けた第１の電磁コイルと、前記真空チャンバー内の空間の一部を実質的に充填する形状を有しかつ重金属を材料として形成された電極部とで構成し、更に、前記電極部を第１および第２の電極で構成し、前記第１および第２の電極間に前記陽電子源で生成されかつ低速化された陽電子ビームが通過し前記加速部へ向かうための空間を形成したことを特徴とする。
【００２６】
上記第２の装置では、エネルギー弁別部を、外部の電磁コイルで発生する磁場と、前記第１、第２の電極間に形成される電場とによって構成される、Ｅ×Ｂフィルタで構成している。このとき、第１、第２の電極からなる電極部は、エネルギー弁別部の内部空間をほぼ充填する形状を有しており、更に、陽電子ビームを吸収する重金属を材料として構成されている。従って、このエネルギー弁別部は、種々のエネルギーを有する陽電子ビームをフィルタリングする機能と、必要なエネルギーを有する陽電子ビーム以外の陽電子ビームを吸収する遮蔽機能とを有する。その結果、従来必要であった遮蔽板が不必要となり、低速陽電子ビーム発生装置の小型化に寄与する。
【００２７】
また、このエネルギー弁別部は、陽電子の遮蔽体でその内部空間がほぼ充填された構造を有するので、線源において全方向に発生する陽電子が試料保持部に漏れ出すのをほぼ完全に防止することができる。その結果、エネルギー弁別器から試料保持部までの距離を長くして、この部分で測定時のバックグランドノイズを形成する不要な陽電子を吸収させる等の構成が不要となる。これによって、低速陽電子ビーム発生装置を更に小型化することが可能となる。なお、バックグランドノイズとは、測定に使用されない不要な陽電子が試料保持部に達し、内部の物質と衝突して消滅γ線を形成し、これが検出器によって検出されることによって発生するものである。従って、不要な陽電子を完全に遮蔽できれば、バックグランドノイズは低減される。
【００２８】
なお、前記第２の装置において、前記電極部をＰｂ、Ｗ、ステンレスのいずれかで構成するようにしても良い。
【発明の効果】
【００２９】
上記第１の装置によれば、エネルギー弁別部を出射した陽電子ビームを、被測定試料周辺に設けた第１の永久磁石で被測定試料上に輸送しているため、従来の装置で必要であった真空チャンバー外部の電磁コイルのうち、少なくとも試料保持部周辺の電磁コイルが不要となる。その結果、装置全体を従来の装置に比べて小型化することが可能である。なお、従来の装置で加速部を構成していた電磁コイルを、真空チャンバー内に配置した、第１の永久磁石とは異なる永久磁石で代替すれば、装置全体をより小型化することが出来る。このとき、加速部を接地し、被測定試料を負の電位に設定すれば、陽電子ビームは被測定試料の方向に向かって加速されるため、加速部内部に加速電極を設ける必要はない。更に、第２の装置によっても、遮蔽板が不要となり、またバックグランドノイズの発生を考慮する必要がなくなるので、装置全体をより小型化することが可能となる。
【００３０】
以上の結果、本発明に係る装置を半導体デバイスの製造装置あるいはその他の評価システムに併設し、あるいはこれらに組み込むことが可能となるので、半導体デバイス等の製造プロセス中の材料評価が可能となり、高機能材料の開発に大きく貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
発明者等は、低速陽電子ビーム発生装置を小型化する上で、陽電子ビームを被測定試料上に輸送するための磁場を形成する電磁コイルの存在が最も障害となると考えた。電磁コイルは真空チャンバー内に収納することができない為、その分、装置が大型化するためである。そこで、電磁コイルの一部を永久磁石で代替し、真空チャンバー内に配置することを考えた。永久磁石は、電磁コイルに比べて小さな容積で強い磁場を発生するので、その分、装置全体を小型化することができる。
【００３２】
種々の実験の結果、永久磁石を被測定試料の周辺に配置することによって、試料チャンバー周辺の電磁コイルを取り除いても充分に、陽電子ビームが被測定試料上に安定して輸送されることを見出した。本発明の装置はこの発見を基に構成されたものである。
【００３３】
被測定試料周辺の電磁コイルを永久磁石で代替することにより、装置全体の小型化が可能となったが、一方で、γ線の検出器においてバックグランドノイズが増加する傾向が見られた。バックグランドノイズは、陽電子源で発生した陽電子のうち測定に使用する陽電子ビーム以外の陽電子が試料チャンバーに侵入し、内部の物質と衝突して消滅γ線を生成し、これが検出器によって検出されることにより発生する。
【００３４】
従って、エネルギー弁別器に入射する以外の陽電子を完全に遮蔽するために、従来の板状の簡便な遮蔽板に代わって比較的大型の遮蔽用構造体を設ける必要がある。しかしながら、その分、装置が大型化する。本発明者等は、そこで、エネルギー弁別のために設けるＥ×Ｂフィルタに不要陽電子の遮蔽機能を持たせることによって、遮蔽用の構造体を不要とすることを考えた。以下の実施形態で説明されるＥ×Ｂフィルタは、このような考えに基づいて発明されたものである。
【００３５】
以下に、本発明の種々の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図において、同一の符号は、同一または類似の構成要素を示すので、重複した説明は行わない。
【００３６】
［第１の実施形態］
図２の（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る低速陽電子ビーム発生装置１の概略構成を示す図であり、図（ｂ）は、図（ａ）のＡ−Ａ’線上断面図である。図２（ａ）において、２は真空チャンバー内に設けられた線源部を示し、例えば22Ｎａ等の放射性同位元素を保持する線源と、この線源から放射された陽電子を低速化するモデレータとで構成されている。３はエネルギー弁別器を構成するＥ×Ｂフィルタ、４はＥ×Ｂフィルタ３から出射する陽電子ビームを加速部５まで通過させるためのアパーチャを示す。アパーチャ４の加速部側には、リング状あるいはドーナツ状（以下、リング状と言う）の永久磁石６が配置されている。
【００３７】
７は、真空チャンバーの外部に装着された電磁コイルであって、線源部２、Ｅ×Ｂフィルタ３、アパーチャ４および永久磁石６の部分をカバーするように形成されている。電磁コイル７で発生される磁場は、線源部２においては、線源から全方向に放射される陽電子のうちより多くの陽電子がＥ×Ｂフィルタ３の方向に向かうようにし、Ｅ×Ｂフィルタ３においてはフィルタリングに必要な磁場Ｂを形成し、アパーチャ４の出力側では、陽電子がＥ×Ｂフィルタ３から加速部５へ出射しやすくする。Ｅ×Ｂフィルタ３の構成については、図２（ｂ）を参照して後述する。
【００３８】
図２（ａ）において、８は加速部５を構成する加速管であり、内部に複数の加速電極８ａ、８ａ・・・を備えている。また、外部に加速用の電磁コイル８ｂ、８ｂを備えている。９は試料保持部を構成する試料チャンバーであり、その一部９ａにおいて、ベローズ１０を介して加速管８と接続されている。ベローズ１０は、加速部８を機械的な振動による破損から守るために挿入されている。試料チャンバー９内では、陽電子ビームの軌道上に被測定試料１１を配置する。
【００３９】
１２は、被測定試料１１の近辺に配置された永久磁石であり、リング状の形状を有している。１３は、試料チャンバー９において、被測定試料１１の背後（被測定試料１１と図示しないγ線検出器間）に設けたリング状の永久磁石である。なお、１２、１３は何れもネオジウム（Ｎｄ）等を材料とする通常の永久磁石で構成することが出来る。本発明者等は、上述したように、被測定試料１１の周辺に設けたこれらの永久磁石１２、１３が、従来装置において試料チャンバー周辺に設けた電磁コイルの働きを充分に代替していることを確認した。従って、図２に示す装置では、試料チャンバー９の周辺には電磁コイルを設けていない。
【００４０】
試料チャンバー９は排気口１４を有し、図示しない真空ポンプに接続されることによって、線源部２、Ｅ×Ｂフィルタ３を備えるエネルギー弁別部、加速部５、試料チャンバー９内を排気する。陽電子消滅の実験は真空中で行われる。
【００４１】
以下に、図２（ｂ）を参照して、Ｅ×Ｂフィルタ３の構造を説明する。本実施形態のＥ×Ｂフィルタ３は、真空チャンバーのＥ×Ｂフィルタ３を配置する空間をほぼ充填する円柱の形状を有している。図２（ｂ）において、２０はＥ×Ｂフィルタ３を収容する真空チャンバーの内壁を示す。Ｅ×Ｂフィルタ３は、図示するように、第１の電極２１と第２の電極２２を有している。第１の電極２１と第２の電極２２との相対向する表面は、同心の半円形状とされ、第１、第２の電極間に陽電子ビームが通過する空間２３が形成されている。したがって、第１、第２の電極２１、２２に電圧を印加することによって、陽電子ビームが通過する空間２３に所望の電場Ｅを形成することが出来る。
【００４２】
Ｅ×Ｂフィルタ３は、外部の電磁コイル７によって生成される磁場Ｂと、第１、第２の電極２１、２２間に形成される電場Ｅとの相互作用によって、所望のエネルギーの陽電子ビームのみを選択して通過させる働きをする。Ｅ×Ｂフィルタ３の長さを含めた形状は、陽電子ビームの軌道計算を行うことによって、決定される。なお、線源部２はＥ×Ｂフィルタ３の中心より外れた位置に配置され、Ｅ×Ｂフィルタ３の出力部はその中心に設けられる。これは、Ｅ×Ｂフィルタ３によって、所望のエネルギーの陽電子ビームのみを軌道を変えて取り出すためである。Ｅ×Ｂフィルタ３を出射した陽電子ビームを、更にアパーチャ４を通過させることによって、真空チャンバーの中心軸上に沿って飛翔する陽電子ビームを形成することができる。
【００４３】
電極２１、２２を含むＥ×Ｂフィルタ３は、例えば鉛（Ｐｂ）、タングステン（Ｗ）、ステンレスなどの重金属を材料として形成される。これによって、Ｅ×Ｂフィルタ３自体が陽電子の遮蔽体としての機能を有するようになり、線源部２で生成された種々のエネルギーを有する陽電子ビームのうち、Ｅ×Ｂフィルタ３を通過する以外の陽電子ビームがほぼ完全に遮蔽されることになる。そのため、本実施形態の装置では、図１に示す従来の装置とは異なり、Ｅ×Ｂフィルタ３とは別個の陽電子遮蔽体を設ける必要が無くなり、その分、装置を小型化することができる。
【００４４】
更に、Ｅ×Ｂフィルタ３によって、ほぼ完全にバックグランドノイズの原因となる高エネルギー陽電子の漏洩を防止できるので、加速部５の長さを不必要に長くしてこの部分で高エネルギーの陽電子を吸収させる等の構成は不要となる。従って、装置を更に小型化することが可能となる。
【００４５】
以上の結果から、本実施形態の装置では、従来の低速陽電子ビーム発生装置に比べてそのビームラインを遥かに短くすることが可能となった。一例では、図２の長さＬがほぼ１ｍである装置を構成することができた。これは、従来の装置が３〜５ｍの長さを有していることに比べて、大幅に小型化されている。
【００４６】
［第２の実施形態］
図３の（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る低速陽電子ビーム発生装置３０の構成を示す図であり、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’線上断面図である。本実施形態の装置は、その構成のほとんどが図２に示す第１の実施形態にかかる装置１と同じであるが、加速部５と試料チャンバー９間に、ゲートバルブ３２を設けた点が異なっている。ゲートバルブ３２は、被測定試料１１の交換等のために試料チャンバー９の真空を破った場合、線源部２を大気に暴露しないように挿入されている。
【００４７】
本実施形態によれば、ゲートバルブ３２を設けた分ビームラインが長くなるが、Ｅ×Ｂフィルタ３の構成、更に被測定試料１１の周辺に設けたリング状永久磁石１２の効果によって、全長が１．１ｍ程度の低速陽電子ビーム発生装置を構成することができた。
【００４８】
［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る低速陽電子ビーム発生装置４０の構成を示す図である。図２、３と同様に、図４の（ａ）は装置全体の構成図であり、図４（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’線上断面図である。本実施形態の装置は、図３に示す第２の実施形態の装置の変形であって、陽電子ビームの加速部５と永久磁石１２間に、ビームの安定化装置４２を設けた点で第２の実施形態の装置とは異なっている。ビーム安定化装置４２は、例えばｘ軸およびｙ軸方向に設けた２個の平行平板コンデンサで構成され、電極に印加する電圧を調整することによって陽電子ビームの軌道を修正し安定させる機能を有している。
【００４９】
ゲートバルブ３２を加速部５と永久磁石１２間に設けたことにより、両者の間隔が多少長くなった場合であっても、ビーム安定化装置４２への印加電圧を調整することによって陽電子ビームの軌道を修正し、被測定試料１１に正確に入射させることができる。なお、ビーム安定化装置４２は、図２に示す第１の実施形態に係る装置に設けてもよい。
【００５０】
［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態に係る低速陽電子ビーム発生装置５０の構成を示す図であり、図５（ａ）は装置５０の全体構成を、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ’線上断面図を示す。本実施形態の装置は、第１乃至第３の実施形態に係る装置とは加速部５２の構造において相違している。本実施形態の加速部５２は、加速管５４の内部に複数のリング状永久磁石５６、５６・・・を配置し、加速部５２の真空チャンバー外部に電磁コイルを設けない構成を特徴としている。
【００５１】
リング状永久磁石５６、５６・・・は、エネルギー弁別部のアパーチャ４から出射した陽電子ビームを被測定試料１１の方向に輸送するための磁場を形成するが、この永久磁石５６、５６・・・のみでは陽電子ビームを所望のエネルギーに加速することはできない。本実施形態では、陽電子ビームの加速のために、被測定試料１１を負の電位に設定する。この場合、加速部５２を接地しておく必要がある。この結果、アパーチャ４と被測定試料１１間に電位差が形成され、その間を飛翔する陽電子ビームが加速される。
【００５２】
なお、図示するように、被測定試料１１の近くにビーム安定化装置４２を配置することによって、陽電子ビームの軌道を修正し安定化させて、ビームが正確に被測定試料１１に入射するようにしてもよいが、ビーム安定化装置４２は必ずしも必要なものではない。
【００５３】
本実施形態の装置によれば、Ｅ×Ｂフィルタ３の部分に形成した電磁コイル７を残して、その他の電磁コイルを全て撤去することができるので、低速陽電子ビーム発生装置５０を更に小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来の低速陽電子ビーム発生装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る、低速陽電子ビーム発生装置の概略構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る、低速陽電子ビーム発生装置の概略構成を示す図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る、低速陽電子ビーム発生装置の概略構成を示す図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る、低速陽電子ビーム発生装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１ 低速陽電子ビーム発生装置
２ 線源部
３ Ｅ×Ｂフィルタ
４ アパーチャ
５ 加速部
７ 電磁コイル
８ 加速管
８ａ 加速電極
８ｂ 電磁コイル
９ 試料チャンバー
１０ ベローズ
１１ 被測定試料
１２、１３ 永久磁石
２０ 真空チャンバーの内壁
２１、２２ 第１、第２の電極
２３ 空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に、
陽電子源で生成されモデレータによって低速化された陽電子ビームのうち所望のエネルギーを有する陽電子ビームを取り出すためのエネルギー弁別器と、
被測定試料を保持する試料保持部と、
前記エネルギー弁別器を出射した陽電子ビームを加速して前記被測定試料に照射するための加速部と、を備える低速陽電子ビーム発生装置において、
前記真空チャンバー内の前記被測定試料の周辺に、前記陽電子ビームを前記被測定試料上に輸送するための磁場を発生する第１の永久磁石を配置したことを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記エネルギー弁別器は、前記真空チャンバーの外部に設けた第１の電磁コイルと、前記真空チャンバー内の空間の一部を実質的に充填する形状を有しかつ重金属を材料として形成された電極部とを備え、前記電極部は第１および第２の電極で構成され、前記第１および第２の電極間には前記陽電子源で生成されかつ低速化された陽電子ビームが通過し前記加速部へ向かうための空間が形成されていることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記電極部はＰｂ、Ｗ、ステンレスのいずれかで構成されることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記加速部は、前記真空チャンバーの外部に設けた第２の電磁コイルと、前記真空チャンバー内に形成された加速電極とを備えることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記加速部は前記真空チャンバー内に設置された第２の永久磁石を備え、更に、前記加速部を接地するとともに前記被測定試料を負の電位に設定することを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記真空チャンバー内の前記被測定試料の前方に、前記陽電子ビームの軌道を安定化するためのビーム安定化装置が設けられていることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記永久磁石はリング状の永久磁石であることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項８】
真空チャンバー内に、
陽電子源で生成されモデレータによって低速化された陽電子ビームのうち所望のエネルギーを有する陽電子ビームを取り出すためのエネルギー弁別器と、
被測定試料を保持する試料保持部と、
前記エネルギー弁別器を出射した陽電子ビームを加速して前記被測定試料に照射するための加速部と、を備える低速陽電子ビーム発生装置において、
前記エネルギー弁別器は、
前記真空チャンバーの外部に設けた第１の電磁コイルと、前記真空チャンバー内の空間の一部を実質的に充填する形状を有しかつ重金属を材料として形成された電極部とを備え、前記電極部は第１および第２の電極で構成され、前記第１および第２の電極間には前記陽電子源で生成されかつ低速化された陽電子ビームが通過し前記加速部へ向かうための空間が形成されていることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項９】
請求項８に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記電極部はＰｂ、Ｗ、ステンレスのいずれかで構成されることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項１】
真空チャンバー内に、
陽電子源で生成されモデレータによって低速化された陽電子ビームのうち所望のエネルギーを有する陽電子ビームを取り出すためのエネルギー弁別器と、
被測定試料を保持する試料保持部と、
前記エネルギー弁別器を出射した陽電子ビームを加速して前記被測定試料に照射するための加速部と、を備える低速陽電子ビーム発生装置において、
前記真空チャンバー内の前記被測定試料の周辺に、前記陽電子ビームを前記被測定試料上に輸送するための磁場を発生する第１の永久磁石を配置したことを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記エネルギー弁別器は、前記真空チャンバーの外部に設けた第１の電磁コイルと、前記真空チャンバー内の空間の一部を実質的に充填する形状を有しかつ重金属を材料として形成された電極部とを備え、前記電極部は第１および第２の電極で構成され、前記第１および第２の電極間には前記陽電子源で生成されかつ低速化された陽電子ビームが通過し前記加速部へ向かうための空間が形成されていることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記電極部はＰｂ、Ｗ、ステンレスのいずれかで構成されることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記加速部は、前記真空チャンバーの外部に設けた第２の電磁コイルと、前記真空チャンバー内に形成された加速電極とを備えることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記加速部は前記真空チャンバー内に設置された第２の永久磁石を備え、更に、前記加速部を接地するとともに前記被測定試料を負の電位に設定することを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記真空チャンバー内の前記被測定試料の前方に、前記陽電子ビームの軌道を安定化するためのビーム安定化装置が設けられていることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記永久磁石はリング状の永久磁石であることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項８】
真空チャンバー内に、
陽電子源で生成されモデレータによって低速化された陽電子ビームのうち所望のエネルギーを有する陽電子ビームを取り出すためのエネルギー弁別器と、
被測定試料を保持する試料保持部と、
前記エネルギー弁別器を出射した陽電子ビームを加速して前記被測定試料に照射するための加速部と、を備える低速陽電子ビーム発生装置において、
前記エネルギー弁別器は、
前記真空チャンバーの外部に設けた第１の電磁コイルと、前記真空チャンバー内の空間の一部を実質的に充填する形状を有しかつ重金属を材料として形成された電極部とを備え、前記電極部は第１および第２の電極で構成され、前記第１および第２の電極間には前記陽電子源で生成されかつ低速化された陽電子ビームが通過し前記加速部へ向かうための空間が形成されていることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【請求項９】
請求項８に記載の低速陽電子ビーム発生装置において、前記電極部はＰｂ、Ｗ、ステンレスのいずれかで構成されることを特徴とする、低速陽電子ビーム発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２３２７５９（Ｐ２００８−２３２７５９Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７１３１３（Ｐ２００７−７１３１３）
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【出願人】（３９６０２３９９３）株式会社半導体理工学研究センター (150)
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【出願人】（３９６０２３９９３）株式会社半導体理工学研究センター (150)
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
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