分析装置
【課題】分析精度の高い分析装置を提供する。
【解決手段】イオンビームを試料１０に照射するイオン照射部と、試料から第１の方向１０６に散乱する散乱イオンを通過させるための第１の開口部３４ａと、試料から第１の方向と異なる第２の方向１１４に散乱する散乱イオンを通過させるための第２の開口部３４ｂとが形成された制限板２４と、制限板の第１の開口部を通過した散乱イオンと、制限板の第２の開口部を通過した散乱イオンとに対して磁場を印加する磁場印加部２８と、磁場印加部により偏向された各々の散乱イオンを検出するイオン検出部３０とを有している。
【解決手段】イオンビームを試料１０に照射するイオン照射部と、試料から第１の方向１０６に散乱する散乱イオンを通過させるための第１の開口部３４ａと、試料から第１の方向と異なる第２の方向１１４に散乱する散乱イオンを通過させるための第２の開口部３４ｂとが形成された制限板２４と、制限板の第１の開口部を通過した散乱イオンと、制限板の第２の開口部を通過した散乱イオンとに対して磁場を印加する磁場印加部２８と、磁場印加部により偏向された各々の散乱イオンを検出するイオン検出部３０とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ、Rutherford Backscattering Spectrometry）、或いは、イオン散乱分光法（Ion Scattering Spectroscopy）と称される分析法を用いた分析装置が提案されている。
【０００３】
かかる分析装置は、加速されたＨｅイオン等を真空中で試料に衝突させ、試料の原子核による弾性散乱を受けたＨｅイオン等のエネルギーと収量とを、マグネットとマルチチャンネルプレートとを用いて検出し、スペクトルを得るものである。
【０００４】
このスペクトルを解析することにより、原子層レベルの深さ分解能で、試料の元素の深さ方向の濃度分布等を測定することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３４４３１９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】木村健二、中嶋薫 共著、「高分解能RBS装置の開発」、表面科学、Vol. 22, No. 7, p.431-437, 2001
【非特許文献２】R. D. Edge, “R.B.S. Microscopic ‘Tomography’,” IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-30, No. 2, April 1983.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の分析装置は、必ずしも十分に高い分析精度が得られない場合があった。
【０００８】
本発明の目的は、分析精度の高い分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の一観点によれば、イオンビームを試料に照射するイオン照射部と、前記試料から第１の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第１の開口部と、前記試料から第１の方向と異なる第２の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第２の開口部とが形成された制限板と、前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンとに対して磁場を印加する磁場印加部と、前記磁場印加部により偏向された各々の前記散乱イオンを検出するイオン検出部とを有することを特徴とする分析装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の分析装置によれば、試料から第１の方向に散乱する散乱イオンを通過させる第１の開口部と、試料から第２の方向に散乱する散乱イオンを通過させる第２の開口部とが形成された制限板が設けられている。このため、試料から第１の方向と第２の方向とにそれぞれ散乱した散乱イオンによるエネルギースペクトルを、それぞれ取得することが可能となる。しかも、試料から第１の方向に散乱した散乱イオンと、試料から第２の方向に散乱した散乱イオン以外の散乱イオンは、制限板により遮断される。特定方向に散乱した散乱イオンのみによるエネルギースペクトルが得られるため、エネルギースペクトルに含まれるバックグラウンドを著しく低減することができる。複数方向分のエネルギースペクトルが得られ、しかも、これらによるエネルギースペクトルは同一状態の試料から得られるものであり、しかも、エネルギースペクトルに含まれるバックグラウンドが著しく低いため、分析精度を十分に向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態による分析装置を示す平面図である。
【図２】一実施形態による分析装置の一部を示す側面図である。
【図３】制限板を示す平面図である。
【図４】散乱イオンの軌道等を示す模式図である。
【図５】一実施形態において用いられる調整部を示す側面図である。
【図６】一実施形態の変形例（その１）による分析装置を示す平面図である。
【図７】一実施形態の変形例（その２）による分析装置の一部を示す側面図である。
【図８】一実施形態の変形例（その２）による分析装置を示す平面図である。
【図９】一実施形態の変形例（その２）による分析装置の一部を示す側面図である。
【図１０】一実施形態の変形例（その２）において用いられる調整部を示す側面図である。
【図１１】参考例による分析装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１１は、参考例による分析装置を示す平面図である。
【００１３】
図１１に示すように、参考例による分析装置は、イオン照射部２０２と分析器２０４とを有している。イオン照射部２０２は、イオン源２１２と、イオンを加速する加速管２１４と、イオンビームを成形するスリット２１６と、イオンビームを単色化するウィーンフィルタ２１８と、単色化されたイオンビームを更に成形するスリット２２０とを有している。イオン照射部２０２から出射されるイオンビームは、分析器２０４のチャンバ２２２内に配された試料２１０に入射されるようになっている。
【００１４】
分析器２０４は、試料２１０が載置されるチャンバ２２２と、試料２１０から散乱した散乱イオンに磁場を印加する磁場印加部２２８と、磁場印加部２２８により偏向された散乱イオンを検出するイオン検出部２３０と、処理部２３２とを有している。
【００１５】
しかしながら、このような参考例による分析装置では、必ずしも十分に高い分析精度が得られない場合があった。
【００１６】
［一実施形態］
一実施形態による分析装置を図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本実施形態による分析装置を示す平面図である。図２は、本実施形態による分析装置の一部を示す側面図である。図３は、制限板を示す平面図である。図４は、散乱イオンの軌道等を示す模式図である。図５は、本実施形態において用いられる調整部を示す側面図である。
【００１７】
本実施形態による分析装置は、ラザフォード後方散乱分光法を用いた分析装置である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態による分析装置は、試料１０に対してイオンビームを照射するイオン照射部２と、イオンビームの照射によって試料１０から散乱した散乱イオンによるエネルギースペクトルを測定する分析器４とを有している。
【００１９】
イオン照射部２は、イオンを発するイオン源１２と、イオンを加速する加速管１４と、イオンビームを成形するスリット１６と、イオンビームを単色化するウィーンフィルタ１８と、単色化されたイオンビームを更に成形するスリット２０とを有している。
【００２０】
イオン源１２は、イオン（荷電粒子）を発するものである。かかるイオン源１２としては、例えばヘリウム（Ｈｅ）イオンを発するイオン源を用いる。
【００２１】
イオン源１２の後段には、イオン源１２から発せられるイオンを加速する加速管１４が設けられている。加速管１４における印加電位は、例えば３００ｋＶ〜５００ｋＶ程度とする。
【００２２】
加速管１４の後段には、スリット１６が配されている。かかるスリット１６は、加速管１４により加速されたイオンビームの通過を制限し、所望のビーム形状及びビームサイズのイオンビームを得るためのものである。スリット１６の開口寸法は、例えば１ｍｍ×１ｍｍ程度とする。
【００２３】
スリット１６の後段には、ウィーンフィルタ（Wien Filter）１８が設けられている。ウィーンフィルタ１８は、所定のエネルギーのイオンを通過させ、イオンビームを単色化するものである。
【００２４】
ウィーンフィルタ１８の後段には、スリット２０が配されている。かかるスリット２０は、ウィーンフィルタ１８により単色化されたイオンビームの通過を制限し、所望のビーム形状及びビームサイズのイオンビームを得るためのものである。スリット２０の開口寸法は、例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍ程度とする。
【００２５】
イオン照射部２において、イオンビームは管２１内を進行するようになっており、かかる管２１内は真空状態に保持されている。
【００２６】
こうして、イオンビームを照射するイオン照射部２が形成されている。
【００２７】
イオン照射部２から出射されるイオンビームは、後述する分析器４のチャンバ２２内に配された試料１０に入射されるようになっている。イオン照射部２から出射されるイオンビームの進行方向は、図１の紙面に対して平行な方向である。
【００２８】
分析器４は、イオンビームの照射によって試料１０から散乱した散乱イオンに磁場を印加することにより、散乱イオンの進行方向を偏向し、散乱イオンの偏向量に基づいてエネルギースペクトルを測定するものである。磁場を印加した際における散乱イオンの偏向量は、散乱イオンの運動エネルギーに依存する。散乱イオンの運動エネルギーは、試料にイオンビームを照射した際にイオンが衝突した相手の原子核の質量、及び、衝突した相手の原子核の試料表面からの距離（深さ）に依存する。このため、散乱イオンによるエネルギースペクトル（エネルギー分布）から、試料の元素、及び、当該元素の存在する深さを推定することが可能である。従って、取得されたエネルギースペクトルに基づいて、試料１０の分析を行うことが可能である。
【００２９】
分析器４は、チャンバ２２と、所定の方向に散乱したイオンを通過させる制限板２４と、散乱イオンの進行方向を調整する調整部２６と、散乱イオンに磁場を印加する磁場印加部２８と、散乱イオンを検出するイオン検出部３０と、処理部３２とを有している。
【００３０】
チャンバ２２内には、分析対象となる試料（分析試料、供試体）１０が配される。試料１０の測定面（イオン入射面）は、図１の紙面に対して垂直に配される。
【００３１】
チャンバ２２と磁場印加部２８との間には、制限板（検出粒子制限板、引き出し部、スリット）２４が配されている。かかる制限板２４は、試料１０から様々な方向に散乱した散乱イオンの通過を制限し、試料１０から複数の特定の方向にそれぞれ散乱した散乱イオンを通過させるためのものである。試料１０と制限板２４との間の距離は、例えば７０ｍｍ程度とする。
【００３２】
図３に示すように、制限板２４には、制限板２４の中央部に形成された第１の開口部（第１の検出孔）３４ａと、第１の開口部３４ａと制限板２４の外縁部との間に形成された第２の開口部（第２の検出孔）３４ｂとが形成されている。分析器４に制限板２４を配した状態において、第２の開口部３４ｂは、第１の開口部３４ａの上方に位置している。
【００３３】
第１の開口部３４ａは、試料１０の主面（測定面）１００に入射されるイオンビームの軌道１０１と試料１０の主面１００の法線方向１０２とを含む第１の面１０４に含まれる第１の方向１０６に散乱した散乱イオンが達する箇所に位置している（図４参照）。第１の面１０４は、図１の紙面に対して平行である。第１の面１０４は、試料１０に入射されるイオンビームの軌道１００と、試料１０から第１の方向１０６に散乱される散乱イオンの軌道１０８とを含む。
【００３４】
第２の開口部３４ｂは、第１の方向１０６と第１の面１０４の法線方向１１０とを含む第２の面１１２に含まれる第２の方向１１４に拡散した散乱イオンが達する箇所に位置している。第２の面１１２は、図１の紙面に対して垂直な面である。第２の面１１２は、試料１０から第１の方向１０６に散乱される散乱イオンの軌道１０８と、試料１０から第２の方向１１４に散乱される散乱イオンの軌道１１６とを含む。試料１０から第１の方向１０６に散乱される散乱イオンは、第１の面１０４と第２の面１１２とが交差する箇所に形成される線分に沿って進行する。
【００３５】
制限板２４は、円盤状に形成されている。制限板２４の直径は、例えば３８ｍｍ程度とする。制限板２４の厚さは、例えば１ｍｍ程度とする。第１の開口部３４ａ及び第２の開口部の開口寸法は、それぞれ例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍ程度とする。第１の開口部３４ａは、制限板２４の例えば中心部に位置している。制限板２４の主面の法線方向は、第１の方向１０６と一致している。従って、試料１０から第１の方向１０６に散乱する散乱イオンは、制限板２４の主面に直交するように第１の開口部３４ａを通過する。第２の開口部３４ｂは、上述したように、第１の開口部３４ａと制限板２４の外縁部との間に位置している。第１の開口部３４ａと第２の開口部３４ｂとの間の距離は、例えば１０ｍｍ程度とする。第１の開口部３４ａの位置と第２の開口部３４ｂの位置とを結ぶ線分の方向は、図１における紙面垂直方向である。第１の開口部３４ａの位置と第２の開口部３４ｂの位置とを結ぶ線分は、第２の面１１２に含まれる。
【００３６】
制限板２４と磁場印加部２８との間には、調整部（偏向器）２６が配されている。かかる調整部２６は、試料１０から第２の方向１１４に散乱して制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンの進行方向を調整するためのものである。調整部２６は、試料１０から第２の方向１１４に散乱して制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンに対して電場（電界）を印加することにより、散乱イオンの進行方向を偏向する。
【００３７】
調整部２６は、散乱イオンの軌道に沿うように配された複数対の平行平板電極３６ａ〜３６ｃを有している。ここでは、例えば３対の平行平板電極３６ａ〜３６ｃが配されている。
【００３８】
平行平板電極３６ａ〜３６ｃの各々の電極３８は、例えば導電性の板状体により形成されている。かかる板状体としては、例えばアルミニウム板が用いられている。電極３８の寸法は、例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍ程度とする。互いに対向する電極３８の間隔は、例えば１０ｍｍ程度とする。互いに隣接している平行平板電極３６ａ〜３６ｃの間隔は、例えば１０ｍｍ程度とする。互いに隣接する平行平板電極３６ａ〜３６ｃは、図５における紙面上下方向に、所定の寸法ずつずらして配されている。ここでは、互いに隣接する平行平板電極３６ａ〜３６ｃを、図５における紙面上下方向に、例えば２ｍｍずつずらして配している。
【００３９】
各々の平行平板電極３６ａ〜３６ｃには、各々の電極３８間に直流電圧を印加する電圧印加部４０ａ〜４０ｃが接続されている。電圧印加部４０ａ〜４０ｃにより各々の平行平板電極３６ａ〜３６ｃの電極３８間に印加される電圧は、例えば０〜２０ｋＶ程度とする。各々の平行平板電極３６ａ〜３６ｃの電極３８間に印加する電圧を適宜設定することにより、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンの進行方向を、制限板２４の第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンの進行方向と平行にすることができる。
【００４０】
試料１０から第１の方向１０６に散乱されて制限板２４の第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンは、調整部２６を経由することなく、磁場印加部２８に導入される（図２参照）。
【００４１】
一方、試料１０から第２の方向１１４に散乱され、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンは、調整部２６により進行方向が調整され、制限板２４の第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンの進行方向と平行に進行する。
【００４２】
第１の開口部３４ａを通過して磁場印加部２８に導入される散乱イオンの軌道と、第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により軌道が調整されて磁場印加部２８に導入される散乱イオンの軌道とは、図１の紙面垂直方向から見ると、互いに重なり合っている。しかも、試料１０から第２の方向１１４に散乱され、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整された散乱イオンの進行方向は、制限板２４の第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンの進行方向に対して平行となる。従って、制限板２４の第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンと、試料１０から第２の方向１１４に散乱され、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整された散乱イオンとは、共通の磁場印加部２８に導入することができる。
【００４３】
磁場印加部（磁場偏向型エネルギー分光器、偏向手段、偏向器、磁場形成器）２８は、図１における紙面垂直方向、即ち、図２における紙面上下方向に、ほぼ均一な磁場４２を生ずるものである。磁場印加部２８は、磁場の印加により進行方向が徐々に変化する散乱イオンが通過可能なように形成された分析管（偏向管）４４と、分析管４４の上下に配された一対のマグネット（電磁石）４６ａ、４６ｂとを有している。磁場印加部２８は、散乱イオンの進行方向に対して垂直な方向に磁場４２を印加する。イオンに磁場を印加すると、イオンにローレンツ力が作用する。イオンに作用するローレンツ力の大きさは、イオンの運動エネルギーに依存するため、イオンは、当該イオンの運動エネルギーに応じた軌道をたどる。
【００４４】
磁場印加部２８により偏向された散乱イオンは、チャンバ２９内に配されたイオン検出部３０に導入されるようになっている。イオン検出部３０は、第１のイオン検出器４８ａと、第１の検出器４８ｂの上方に配された第２のイオン検出器４８ｂとを有している。第１のイオン検出器４８ａのイオン検出領域（図示せず）には、制限板２４の第１の開口部３４ａを通過し、磁場印加部２８により偏向された散乱イオンが入射されるようになっている。第２のイオン検出器４８ｂのイオン検出領域（図示せず）には、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整され、磁場印加部２８により偏向された散乱イオンが入射されるようになっている。第１のイオン検出器４８ａ及び第２のイオン検出器４８ｂとしては、いずれも１次元型の位置敏感検出器（ＰＳＤ、Position Sensitive Detector）が用いられている。位置敏感検出器は、イオンの入射位置を検出し得る検出器である。１次元型の位置敏感検出器は、イオン検出領域のうちのイオンが入射した位置を１次元的に検出し得る。イオン検出器４８ａ、４８ｂは、イオン検出領域のうちの散乱イオンが入射された位置についての情報を示す信号（検出信号）を出力する。
【００４５】
イオン検出部３０には、例えばアナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ、Analog to Digital Converter）（図示せず）等を介して、処理部（制御部）３２が接続されている。処理部３２は、本実施形態による分析装置全体を制御するとともに、所定の処理を行うものである。処理部３２としては、例えば、所定の処理プログラムがインストールされたパーソナルコンピュータ等を用いることができる。
【００４６】
上述したように、イオンに作用するローレンツ力の大きさは、イオンの運動エネルギーに依存するため、散乱イオンは、当該散乱イオンの運動エネルギーに応じた軌道をたどる。従って、第１のイオン検出器４８ａ及び第２のイオン検出器４８ｂにそれぞれ入射される散乱イオンの入射位置と入射数とに基づいて、エネルギースペクトルをそれぞれ求めることが可能である。具体的には、処理部３２は、第１のイオン検出器４８ａに入射される散乱イオンの入射位置と入射数とに基づいて、第１の開口部３４ａを通過し、磁場印加部２８により偏向される散乱イオンによるエネルギースペクトルを得る。また、処理部３２は、第２のイオン検出器４８ｂに入射される散乱イオンの入射位置と入射数とに基づいて、第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整され、磁場印加部２８により偏向される散乱イオンによるエネルギースペクトルを得る。
【００４７】
分析器４において、イオンビームや散乱イオンはチャンバ２２、２９内や管２３内や分析管４４内を進行するようになっており、かかるチャンバ２２、２９内や管２３内や分析管４４内は真空状態に保持されている。
【００４８】
こうして、本実施形態による分析装置が形成されている。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、試料１０から第１の方向１０６に散乱する散乱イオンを通過させる第１の開口部３４ａと、試料１０から第２の方向１１４に散乱する散乱イオンを通過させる第２の開口部３４ｂとが形成された制限板２４が設けられている。このため、本実施形態によれば、試料１０から第１の方向１０６と第２の方向１１４とにそれぞれ散乱した散乱イオンによるエネルギースペクトルを、それぞれ取得することが可能となる。しかも、本実施形態によれば、試料１０から第１の方向１０６に散乱した散乱イオンと、試料１０から第２の方向１１４に散乱した散乱イオン以外の散乱イオンは、制限板２４により遮断される。特定方向に散乱した散乱イオンのみによるエネルギースペクトルが得られるため、エネルギースペクトルに含まれるバックグラウンドを著しく低減することができる。複数方向分のエネルギースペクトルが得られ、しかも、これらによるエネルギースペクトルは同一状態の試料から得られるものであり、しかも、エネルギースペクトルに含まれるバックグラウンドが著しく低いため、分析精度を十分に向上することができる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、制限板２４を通過した散乱イオンの進行方向を調整する調整部２６が設けられているため、第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンと第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンとを共通の磁場印加部２８に導入することができる。このため、本実施形態によれば、共通の磁場印加部２６を用いてこれらの散乱イオンに磁場を印加することができる。従って、本実施形態によれば、大型化や高額化等を招くことなく、分析精度を十分に向上することができる。
【００５１】
（変形例（その１））
本実施形態の変形例（その１）による分析装置について図６及び図７を用いて説明する。図６は、本変形例による分析装置を示す平面図である。図７は、本変形例による分析装置の一部を示す側面図である。
【００５２】
本変形例による分析装置は、２次元型のイオン検出器によりイオン検出部３０ａが形成されているものである。
【００５３】
図６及び図７に示すように、磁場印加部２８により偏向された散乱イオンは、イオン検出部３０ａに導入されるようになっている。イオン検出部３０ａは、２次元型のイオン検出器により形成されている。２次元型のイオン検出器３０ａのイオン検出領域（図示せず）には、第１の開口部３４ａを通過し、磁場印加部２８により進行方向が偏向された散乱イオンが入射されるようになっている。また、２次元型のイオン検出器３０ａのイオン検出領域には、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整され、磁場印加部２８により偏向された散乱イオンも入射されるようになっている。２次元型のイオン検出器３０ａとしては、２次元型の位置敏感検出器が用いられている。２次元型の位置敏感検出器は、イオン検出領域のうちのイオンが入射した位置を２次元的に検出し得る。２次元型のイオン検出器３０ａは、イオン検出領域のうちの散乱イオンが入射された位置についての情報を示す信号（検出信号）を出力する。
【００５４】
イオン検出部３０ａには、例えばアナログ−デジタル変換回路（図示せず）等を介して、処理部３２が接続されている。処理部３２は、２次元型のイオン検出器３０ａに入射される散乱イオンの入射位置と入射数とに基づいて、第１の開口部３４ａを通過し、磁場印加部２８により偏向される散乱イオンによるエネルギースペクトルを得る。また、処理部３２は、２次元型のイオン検出器３０ａに入射される散乱イオンの入射位置と入射数とに基づいて、第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整され、磁場印加部２８により偏向される散乱イオンによるエネルギースペクトルを得る。
【００５５】
このように、２次元型のイオン検出器によりイオン検出部３０ａが形成されていてもよい。
【００５６】
（変形例（その２））
本実施形態の変形例（その２）による分析装置について図８乃至図１０を用いて説明する。図８は、本変形例による分析装置を示す平面図である。図９は、本変形例による分析装置の一部を示す側面図である。図１０は、本変形例において用いられる調整部を示す側面図である。
【００５７】
本変形例による分析装置は、湾曲した電極４１ａ，４１ｂを用いて調整部２６ａが形成されているものである。
【００５８】
図６及び図７に示すように、試料１０から第２の方向１１４に散乱し、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンは、調整部２６ａに導入されるようになっている。調整部２６ａは、互いに対向する一対の電極４１ａ，４１ｂを有している。電極４１ａ，４１ｂは、電場（電界）を印加した際に徐々に進行方向が変化する散乱イオンの軌道に沿うように湾曲している。
【００５９】
調整部２６ａの電極４１ａ，４１ｂには、電極４１ａと電極４１ｂとの間に直流電圧を印加する電圧印加部４０ｄが接続されている。電圧印加部４０ｄにより調整部２６ａの電極４１ａ、４１ｂ間に印加される電圧は、例えば２０ｋＶ以下とする。電極４１ａ，４１ｂ間に印加する電圧を適宜設定することにより、第１の開口部３４ａを通過する散乱イオンの進行方向１０６と平行な方向に、第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンを進行させることができる。
【００６０】
このように、湾曲した電極４１ａ，４１ｂを用いて調整部２６ａを形成してもよい。
【００６１】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、イオン源１２として、ヘリウムイオンを発するイオン源を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、イオン源１２として、水素イオン等を発するイオン源を用いるようにしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、３対の平行平板電極３６ａ〜３６ｃを用いる場合を例に説明したが、平行辺板電極３６ａ〜３６ｃの数は、３対に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００６４】
また、図８乃至図１０に示す変形例（その２）による分析装置では、において、２次元型のイオン検出器３０ａを形成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図８乃至図１０に示す変形例（その２）による分析装置において、図１乃至図５を用いて上述した分析装置と同様に、１次元型のイオン検出器４８ａ，４８ｂを用いるようにしてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、試料１０から第２の方向１１４に散乱し、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンの進行方向を、調整部２６だけを用いて調整する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の面１０４の面内方向と平行な方向に散乱イオンの進行方向を偏向し得る他の調整部を、調整部２６の前段又は後段に配するようにしてもよい。
【００６６】
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００６７】
（付記１）
イオンビームを試料に照射するイオン照射部と、
前記試料から第１の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第１の開口部と、前記試料から第１の方向と異なる第２の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第２の開口部とが形成された制限板と、
前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンとに対して磁場を印加する磁場印加部と、
前記磁場印加部により偏向された各々の前記散乱イオンを検出するイオン検出部と
を有することを特徴とする分析装置。
【００６８】
（付記２）
付記１記載の分析装置において、
前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンとが、共通の前記磁場印加部に導入されるように、前記散乱イオンの進行方向を調整する調整部を更に有する
ことを特徴とする分析装置。
【００６９】
（付記３）
付記２記載の分析装置において、
前記調整部は、前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンの前記進行方向と、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンの前記進行方向とが、平行になるように、前記散乱イオンの前記進行方向を調整する
ことを特徴とする分析装置。
【００７０】
（付記４）
付記２又は３記載の分析装置において、
前記調整部は、前記散乱イオンに電場を印加することにより、前記散乱イオンの前記進行方向を調整する
ことを特徴とする分析装置。
【００７１】
（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載の分析装置において、
前記調整部は、前記散乱イオンの軌道に沿うように配された複数対の平行平板電極を有する
ことを特徴とする分析装置。
【００７２】
（付記６）
付記１乃至５のいずれかに記載の分析装置において、
前記制限板の前記第１の開口部は、前記試料に照射される前記イオンビームの軌道と前記試料の主面の法線方向とを含む第１の面に含まれる第１の方向に散乱した前記散乱イオンが達する箇所に位置しており、
前記制限板の前記第２の開口部は、前記第１の方向と前記第１の面の法線方向とを含む第２の面に含まれる第２の方向に拡散した前記散乱イオンが達する箇所に位置している
ことを特徴とする分析装置。
【００７３】
（付記７）
付記１乃至６のいずれかに記載の分析装置において、
前記イオン検出部は、前記制限板の前記第１の開口部を通過し、前記磁場印加部により偏向された前記散乱イオンを検出する第１の１次元検出器と、前記制限板の前記第２の開口部を通過し、前記磁場印加部により偏向された前記散乱イオンを検出する第２の１次元検出器とを有する
ことを特徴とする分析装置。
【００７４】
（付記８）
付記１乃至６のいずれかに記載の分析装置において、
前記イオン検出部は、前記制限板の前記第１の開口部を通過し、前記磁場印加部により偏向された前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過し、前記磁場印加部により偏向された前記散乱イオンとを検出する２次元検出器を有する
ことを特徴とする分析装置。
【符号の説明】
【００７５】
２…イオン照射部
４…分析器
１０…試料
１２…イオン源
１４…加速管
１６…スリット
１８…ウィーンフィルタ
２０…スリット
２１…管
２２…チャンバ
２３…管
２４…制限板
２６，２６ａ…調整部
２８…磁場印加部
２９…チャンバ
３０、３０ａ…イオン検出部
３２…処理部
３４ａ，３４ｂ…開口部
３６ａ〜３６ｃ…平行平板電極
３８…電極
４０…電圧印加部
４１ａ，４１ｂ…電極
４２…磁場
４４…分析管
４６ａ，４６ｂ…マグネット
４８ａ，４８ｂ…イオン検出器
１００…主面
１０１…軌道
１０２…法線方向
１０４…第１の面
１０６…第１の方向
１０８…軌道
１１０…法線方向
１１２…第２の面
１１４…第２の方向
１１６…軌道
２０２…イオン照射部
２０４…分析器
２１０…試料
２１２…イオン源
２１４…加速管
２１６…スリット
２１８…ウィーンフィルタ
２２０…スリット
２２２…チャンバ
２２８…磁場印加部
２３０…イオン検出部
２３２…処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ、Rutherford Backscattering Spectrometry）、或いは、イオン散乱分光法（Ion Scattering Spectroscopy）と称される分析法を用いた分析装置が提案されている。
【０００３】
かかる分析装置は、加速されたＨｅイオン等を真空中で試料に衝突させ、試料の原子核による弾性散乱を受けたＨｅイオン等のエネルギーと収量とを、マグネットとマルチチャンネルプレートとを用いて検出し、スペクトルを得るものである。
【０００４】
このスペクトルを解析することにより、原子層レベルの深さ分解能で、試料の元素の深さ方向の濃度分布等を測定することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３４４３１９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】木村健二、中嶋薫 共著、「高分解能RBS装置の開発」、表面科学、Vol. 22, No. 7, p.431-437, 2001
【非特許文献２】R. D. Edge, “R.B.S. Microscopic ‘Tomography’,” IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-30, No. 2, April 1983.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の分析装置は、必ずしも十分に高い分析精度が得られない場合があった。
【０００８】
本発明の目的は、分析精度の高い分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の一観点によれば、イオンビームを試料に照射するイオン照射部と、前記試料から第１の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第１の開口部と、前記試料から第１の方向と異なる第２の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第２の開口部とが形成された制限板と、前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンとに対して磁場を印加する磁場印加部と、前記磁場印加部により偏向された各々の前記散乱イオンを検出するイオン検出部とを有することを特徴とする分析装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の分析装置によれば、試料から第１の方向に散乱する散乱イオンを通過させる第１の開口部と、試料から第２の方向に散乱する散乱イオンを通過させる第２の開口部とが形成された制限板が設けられている。このため、試料から第１の方向と第２の方向とにそれぞれ散乱した散乱イオンによるエネルギースペクトルを、それぞれ取得することが可能となる。しかも、試料から第１の方向に散乱した散乱イオンと、試料から第２の方向に散乱した散乱イオン以外の散乱イオンは、制限板により遮断される。特定方向に散乱した散乱イオンのみによるエネルギースペクトルが得られるため、エネルギースペクトルに含まれるバックグラウンドを著しく低減することができる。複数方向分のエネルギースペクトルが得られ、しかも、これらによるエネルギースペクトルは同一状態の試料から得られるものであり、しかも、エネルギースペクトルに含まれるバックグラウンドが著しく低いため、分析精度を十分に向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態による分析装置を示す平面図である。
【図２】一実施形態による分析装置の一部を示す側面図である。
【図３】制限板を示す平面図である。
【図４】散乱イオンの軌道等を示す模式図である。
【図５】一実施形態において用いられる調整部を示す側面図である。
【図６】一実施形態の変形例（その１）による分析装置を示す平面図である。
【図７】一実施形態の変形例（その２）による分析装置の一部を示す側面図である。
【図８】一実施形態の変形例（その２）による分析装置を示す平面図である。
【図９】一実施形態の変形例（その２）による分析装置の一部を示す側面図である。
【図１０】一実施形態の変形例（その２）において用いられる調整部を示す側面図である。
【図１１】参考例による分析装置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１１は、参考例による分析装置を示す平面図である。
【００１３】
図１１に示すように、参考例による分析装置は、イオン照射部２０２と分析器２０４とを有している。イオン照射部２０２は、イオン源２１２と、イオンを加速する加速管２１４と、イオンビームを成形するスリット２１６と、イオンビームを単色化するウィーンフィルタ２１８と、単色化されたイオンビームを更に成形するスリット２２０とを有している。イオン照射部２０２から出射されるイオンビームは、分析器２０４のチャンバ２２２内に配された試料２１０に入射されるようになっている。
【００１４】
分析器２０４は、試料２１０が載置されるチャンバ２２２と、試料２１０から散乱した散乱イオンに磁場を印加する磁場印加部２２８と、磁場印加部２２８により偏向された散乱イオンを検出するイオン検出部２３０と、処理部２３２とを有している。
【００１５】
しかしながら、このような参考例による分析装置では、必ずしも十分に高い分析精度が得られない場合があった。
【００１６】
［一実施形態］
一実施形態による分析装置を図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本実施形態による分析装置を示す平面図である。図２は、本実施形態による分析装置の一部を示す側面図である。図３は、制限板を示す平面図である。図４は、散乱イオンの軌道等を示す模式図である。図５は、本実施形態において用いられる調整部を示す側面図である。
【００１７】
本実施形態による分析装置は、ラザフォード後方散乱分光法を用いた分析装置である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態による分析装置は、試料１０に対してイオンビームを照射するイオン照射部２と、イオンビームの照射によって試料１０から散乱した散乱イオンによるエネルギースペクトルを測定する分析器４とを有している。
【００１９】
イオン照射部２は、イオンを発するイオン源１２と、イオンを加速する加速管１４と、イオンビームを成形するスリット１６と、イオンビームを単色化するウィーンフィルタ１８と、単色化されたイオンビームを更に成形するスリット２０とを有している。
【００２０】
イオン源１２は、イオン（荷電粒子）を発するものである。かかるイオン源１２としては、例えばヘリウム（Ｈｅ）イオンを発するイオン源を用いる。
【００２１】
イオン源１２の後段には、イオン源１２から発せられるイオンを加速する加速管１４が設けられている。加速管１４における印加電位は、例えば３００ｋＶ〜５００ｋＶ程度とする。
【００２２】
加速管１４の後段には、スリット１６が配されている。かかるスリット１６は、加速管１４により加速されたイオンビームの通過を制限し、所望のビーム形状及びビームサイズのイオンビームを得るためのものである。スリット１６の開口寸法は、例えば１ｍｍ×１ｍｍ程度とする。
【００２３】
スリット１６の後段には、ウィーンフィルタ（Wien Filter）１８が設けられている。ウィーンフィルタ１８は、所定のエネルギーのイオンを通過させ、イオンビームを単色化するものである。
【００２４】
ウィーンフィルタ１８の後段には、スリット２０が配されている。かかるスリット２０は、ウィーンフィルタ１８により単色化されたイオンビームの通過を制限し、所望のビーム形状及びビームサイズのイオンビームを得るためのものである。スリット２０の開口寸法は、例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍ程度とする。
【００２５】
イオン照射部２において、イオンビームは管２１内を進行するようになっており、かかる管２１内は真空状態に保持されている。
【００２６】
こうして、イオンビームを照射するイオン照射部２が形成されている。
【００２７】
イオン照射部２から出射されるイオンビームは、後述する分析器４のチャンバ２２内に配された試料１０に入射されるようになっている。イオン照射部２から出射されるイオンビームの進行方向は、図１の紙面に対して平行な方向である。
【００２８】
分析器４は、イオンビームの照射によって試料１０から散乱した散乱イオンに磁場を印加することにより、散乱イオンの進行方向を偏向し、散乱イオンの偏向量に基づいてエネルギースペクトルを測定するものである。磁場を印加した際における散乱イオンの偏向量は、散乱イオンの運動エネルギーに依存する。散乱イオンの運動エネルギーは、試料にイオンビームを照射した際にイオンが衝突した相手の原子核の質量、及び、衝突した相手の原子核の試料表面からの距離（深さ）に依存する。このため、散乱イオンによるエネルギースペクトル（エネルギー分布）から、試料の元素、及び、当該元素の存在する深さを推定することが可能である。従って、取得されたエネルギースペクトルに基づいて、試料１０の分析を行うことが可能である。
【００２９】
分析器４は、チャンバ２２と、所定の方向に散乱したイオンを通過させる制限板２４と、散乱イオンの進行方向を調整する調整部２６と、散乱イオンに磁場を印加する磁場印加部２８と、散乱イオンを検出するイオン検出部３０と、処理部３２とを有している。
【００３０】
チャンバ２２内には、分析対象となる試料（分析試料、供試体）１０が配される。試料１０の測定面（イオン入射面）は、図１の紙面に対して垂直に配される。
【００３１】
チャンバ２２と磁場印加部２８との間には、制限板（検出粒子制限板、引き出し部、スリット）２４が配されている。かかる制限板２４は、試料１０から様々な方向に散乱した散乱イオンの通過を制限し、試料１０から複数の特定の方向にそれぞれ散乱した散乱イオンを通過させるためのものである。試料１０と制限板２４との間の距離は、例えば７０ｍｍ程度とする。
【００３２】
図３に示すように、制限板２４には、制限板２４の中央部に形成された第１の開口部（第１の検出孔）３４ａと、第１の開口部３４ａと制限板２４の外縁部との間に形成された第２の開口部（第２の検出孔）３４ｂとが形成されている。分析器４に制限板２４を配した状態において、第２の開口部３４ｂは、第１の開口部３４ａの上方に位置している。
【００３３】
第１の開口部３４ａは、試料１０の主面（測定面）１００に入射されるイオンビームの軌道１０１と試料１０の主面１００の法線方向１０２とを含む第１の面１０４に含まれる第１の方向１０６に散乱した散乱イオンが達する箇所に位置している（図４参照）。第１の面１０４は、図１の紙面に対して平行である。第１の面１０４は、試料１０に入射されるイオンビームの軌道１００と、試料１０から第１の方向１０６に散乱される散乱イオンの軌道１０８とを含む。
【００３４】
第２の開口部３４ｂは、第１の方向１０６と第１の面１０４の法線方向１１０とを含む第２の面１１２に含まれる第２の方向１１４に拡散した散乱イオンが達する箇所に位置している。第２の面１１２は、図１の紙面に対して垂直な面である。第２の面１１２は、試料１０から第１の方向１０６に散乱される散乱イオンの軌道１０８と、試料１０から第２の方向１１４に散乱される散乱イオンの軌道１１６とを含む。試料１０から第１の方向１０６に散乱される散乱イオンは、第１の面１０４と第２の面１１２とが交差する箇所に形成される線分に沿って進行する。
【００３５】
制限板２４は、円盤状に形成されている。制限板２４の直径は、例えば３８ｍｍ程度とする。制限板２４の厚さは、例えば１ｍｍ程度とする。第１の開口部３４ａ及び第２の開口部の開口寸法は、それぞれ例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍ程度とする。第１の開口部３４ａは、制限板２４の例えば中心部に位置している。制限板２４の主面の法線方向は、第１の方向１０６と一致している。従って、試料１０から第１の方向１０６に散乱する散乱イオンは、制限板２４の主面に直交するように第１の開口部３４ａを通過する。第２の開口部３４ｂは、上述したように、第１の開口部３４ａと制限板２４の外縁部との間に位置している。第１の開口部３４ａと第２の開口部３４ｂとの間の距離は、例えば１０ｍｍ程度とする。第１の開口部３４ａの位置と第２の開口部３４ｂの位置とを結ぶ線分の方向は、図１における紙面垂直方向である。第１の開口部３４ａの位置と第２の開口部３４ｂの位置とを結ぶ線分は、第２の面１１２に含まれる。
【００３６】
制限板２４と磁場印加部２８との間には、調整部（偏向器）２６が配されている。かかる調整部２６は、試料１０から第２の方向１１４に散乱して制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンの進行方向を調整するためのものである。調整部２６は、試料１０から第２の方向１１４に散乱して制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンに対して電場（電界）を印加することにより、散乱イオンの進行方向を偏向する。
【００３７】
調整部２６は、散乱イオンの軌道に沿うように配された複数対の平行平板電極３６ａ〜３６ｃを有している。ここでは、例えば３対の平行平板電極３６ａ〜３６ｃが配されている。
【００３８】
平行平板電極３６ａ〜３６ｃの各々の電極３８は、例えば導電性の板状体により形成されている。かかる板状体としては、例えばアルミニウム板が用いられている。電極３８の寸法は、例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍ程度とする。互いに対向する電極３８の間隔は、例えば１０ｍｍ程度とする。互いに隣接している平行平板電極３６ａ〜３６ｃの間隔は、例えば１０ｍｍ程度とする。互いに隣接する平行平板電極３６ａ〜３６ｃは、図５における紙面上下方向に、所定の寸法ずつずらして配されている。ここでは、互いに隣接する平行平板電極３６ａ〜３６ｃを、図５における紙面上下方向に、例えば２ｍｍずつずらして配している。
【００３９】
各々の平行平板電極３６ａ〜３６ｃには、各々の電極３８間に直流電圧を印加する電圧印加部４０ａ〜４０ｃが接続されている。電圧印加部４０ａ〜４０ｃにより各々の平行平板電極３６ａ〜３６ｃの電極３８間に印加される電圧は、例えば０〜２０ｋＶ程度とする。各々の平行平板電極３６ａ〜３６ｃの電極３８間に印加する電圧を適宜設定することにより、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンの進行方向を、制限板２４の第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンの進行方向と平行にすることができる。
【００４０】
試料１０から第１の方向１０６に散乱されて制限板２４の第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンは、調整部２６を経由することなく、磁場印加部２８に導入される（図２参照）。
【００４１】
一方、試料１０から第２の方向１１４に散乱され、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンは、調整部２６により進行方向が調整され、制限板２４の第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンの進行方向と平行に進行する。
【００４２】
第１の開口部３４ａを通過して磁場印加部２８に導入される散乱イオンの軌道と、第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により軌道が調整されて磁場印加部２８に導入される散乱イオンの軌道とは、図１の紙面垂直方向から見ると、互いに重なり合っている。しかも、試料１０から第２の方向１１４に散乱され、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整された散乱イオンの進行方向は、制限板２４の第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンの進行方向に対して平行となる。従って、制限板２４の第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンと、試料１０から第２の方向１１４に散乱され、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整された散乱イオンとは、共通の磁場印加部２８に導入することができる。
【００４３】
磁場印加部（磁場偏向型エネルギー分光器、偏向手段、偏向器、磁場形成器）２８は、図１における紙面垂直方向、即ち、図２における紙面上下方向に、ほぼ均一な磁場４２を生ずるものである。磁場印加部２８は、磁場の印加により進行方向が徐々に変化する散乱イオンが通過可能なように形成された分析管（偏向管）４４と、分析管４４の上下に配された一対のマグネット（電磁石）４６ａ、４６ｂとを有している。磁場印加部２８は、散乱イオンの進行方向に対して垂直な方向に磁場４２を印加する。イオンに磁場を印加すると、イオンにローレンツ力が作用する。イオンに作用するローレンツ力の大きさは、イオンの運動エネルギーに依存するため、イオンは、当該イオンの運動エネルギーに応じた軌道をたどる。
【００４４】
磁場印加部２８により偏向された散乱イオンは、チャンバ２９内に配されたイオン検出部３０に導入されるようになっている。イオン検出部３０は、第１のイオン検出器４８ａと、第１の検出器４８ｂの上方に配された第２のイオン検出器４８ｂとを有している。第１のイオン検出器４８ａのイオン検出領域（図示せず）には、制限板２４の第１の開口部３４ａを通過し、磁場印加部２８により偏向された散乱イオンが入射されるようになっている。第２のイオン検出器４８ｂのイオン検出領域（図示せず）には、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整され、磁場印加部２８により偏向された散乱イオンが入射されるようになっている。第１のイオン検出器４８ａ及び第２のイオン検出器４８ｂとしては、いずれも１次元型の位置敏感検出器（ＰＳＤ、Position Sensitive Detector）が用いられている。位置敏感検出器は、イオンの入射位置を検出し得る検出器である。１次元型の位置敏感検出器は、イオン検出領域のうちのイオンが入射した位置を１次元的に検出し得る。イオン検出器４８ａ、４８ｂは、イオン検出領域のうちの散乱イオンが入射された位置についての情報を示す信号（検出信号）を出力する。
【００４５】
イオン検出部３０には、例えばアナログ−デジタル変換回路（ＡＤＣ、Analog to Digital Converter）（図示せず）等を介して、処理部（制御部）３２が接続されている。処理部３２は、本実施形態による分析装置全体を制御するとともに、所定の処理を行うものである。処理部３２としては、例えば、所定の処理プログラムがインストールされたパーソナルコンピュータ等を用いることができる。
【００４６】
上述したように、イオンに作用するローレンツ力の大きさは、イオンの運動エネルギーに依存するため、散乱イオンは、当該散乱イオンの運動エネルギーに応じた軌道をたどる。従って、第１のイオン検出器４８ａ及び第２のイオン検出器４８ｂにそれぞれ入射される散乱イオンの入射位置と入射数とに基づいて、エネルギースペクトルをそれぞれ求めることが可能である。具体的には、処理部３２は、第１のイオン検出器４８ａに入射される散乱イオンの入射位置と入射数とに基づいて、第１の開口部３４ａを通過し、磁場印加部２８により偏向される散乱イオンによるエネルギースペクトルを得る。また、処理部３２は、第２のイオン検出器４８ｂに入射される散乱イオンの入射位置と入射数とに基づいて、第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整され、磁場印加部２８により偏向される散乱イオンによるエネルギースペクトルを得る。
【００４７】
分析器４において、イオンビームや散乱イオンはチャンバ２２、２９内や管２３内や分析管４４内を進行するようになっており、かかるチャンバ２２、２９内や管２３内や分析管４４内は真空状態に保持されている。
【００４８】
こうして、本実施形態による分析装置が形成されている。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、試料１０から第１の方向１０６に散乱する散乱イオンを通過させる第１の開口部３４ａと、試料１０から第２の方向１１４に散乱する散乱イオンを通過させる第２の開口部３４ｂとが形成された制限板２４が設けられている。このため、本実施形態によれば、試料１０から第１の方向１０６と第２の方向１１４とにそれぞれ散乱した散乱イオンによるエネルギースペクトルを、それぞれ取得することが可能となる。しかも、本実施形態によれば、試料１０から第１の方向１０６に散乱した散乱イオンと、試料１０から第２の方向１１４に散乱した散乱イオン以外の散乱イオンは、制限板２４により遮断される。特定方向に散乱した散乱イオンのみによるエネルギースペクトルが得られるため、エネルギースペクトルに含まれるバックグラウンドを著しく低減することができる。複数方向分のエネルギースペクトルが得られ、しかも、これらによるエネルギースペクトルは同一状態の試料から得られるものであり、しかも、エネルギースペクトルに含まれるバックグラウンドが著しく低いため、分析精度を十分に向上することができる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、制限板２４を通過した散乱イオンの進行方向を調整する調整部２６が設けられているため、第１の開口部３４ａを通過した散乱イオンと第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンとを共通の磁場印加部２８に導入することができる。このため、本実施形態によれば、共通の磁場印加部２６を用いてこれらの散乱イオンに磁場を印加することができる。従って、本実施形態によれば、大型化や高額化等を招くことなく、分析精度を十分に向上することができる。
【００５１】
（変形例（その１））
本実施形態の変形例（その１）による分析装置について図６及び図７を用いて説明する。図６は、本変形例による分析装置を示す平面図である。図７は、本変形例による分析装置の一部を示す側面図である。
【００５２】
本変形例による分析装置は、２次元型のイオン検出器によりイオン検出部３０ａが形成されているものである。
【００５３】
図６及び図７に示すように、磁場印加部２８により偏向された散乱イオンは、イオン検出部３０ａに導入されるようになっている。イオン検出部３０ａは、２次元型のイオン検出器により形成されている。２次元型のイオン検出器３０ａのイオン検出領域（図示せず）には、第１の開口部３４ａを通過し、磁場印加部２８により進行方向が偏向された散乱イオンが入射されるようになっている。また、２次元型のイオン検出器３０ａのイオン検出領域には、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整され、磁場印加部２８により偏向された散乱イオンも入射されるようになっている。２次元型のイオン検出器３０ａとしては、２次元型の位置敏感検出器が用いられている。２次元型の位置敏感検出器は、イオン検出領域のうちのイオンが入射した位置を２次元的に検出し得る。２次元型のイオン検出器３０ａは、イオン検出領域のうちの散乱イオンが入射された位置についての情報を示す信号（検出信号）を出力する。
【００５４】
イオン検出部３０ａには、例えばアナログ−デジタル変換回路（図示せず）等を介して、処理部３２が接続されている。処理部３２は、２次元型のイオン検出器３０ａに入射される散乱イオンの入射位置と入射数とに基づいて、第１の開口部３４ａを通過し、磁場印加部２８により偏向される散乱イオンによるエネルギースペクトルを得る。また、処理部３２は、２次元型のイオン検出器３０ａに入射される散乱イオンの入射位置と入射数とに基づいて、第２の開口部３４ｂを通過し、調整部２６により進行方向が調整され、磁場印加部２８により偏向される散乱イオンによるエネルギースペクトルを得る。
【００５５】
このように、２次元型のイオン検出器によりイオン検出部３０ａが形成されていてもよい。
【００５６】
（変形例（その２））
本実施形態の変形例（その２）による分析装置について図８乃至図１０を用いて説明する。図８は、本変形例による分析装置を示す平面図である。図９は、本変形例による分析装置の一部を示す側面図である。図１０は、本変形例において用いられる調整部を示す側面図である。
【００５７】
本変形例による分析装置は、湾曲した電極４１ａ，４１ｂを用いて調整部２６ａが形成されているものである。
【００５８】
図６及び図７に示すように、試料１０から第２の方向１１４に散乱し、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンは、調整部２６ａに導入されるようになっている。調整部２６ａは、互いに対向する一対の電極４１ａ，４１ｂを有している。電極４１ａ，４１ｂは、電場（電界）を印加した際に徐々に進行方向が変化する散乱イオンの軌道に沿うように湾曲している。
【００５９】
調整部２６ａの電極４１ａ，４１ｂには、電極４１ａと電極４１ｂとの間に直流電圧を印加する電圧印加部４０ｄが接続されている。電圧印加部４０ｄにより調整部２６ａの電極４１ａ、４１ｂ間に印加される電圧は、例えば２０ｋＶ以下とする。電極４１ａ，４１ｂ間に印加する電圧を適宜設定することにより、第１の開口部３４ａを通過する散乱イオンの進行方向１０６と平行な方向に、第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンを進行させることができる。
【００６０】
このように、湾曲した電極４１ａ，４１ｂを用いて調整部２６ａを形成してもよい。
【００６１】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、イオン源１２として、ヘリウムイオンを発するイオン源を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、イオン源１２として、水素イオン等を発するイオン源を用いるようにしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、３対の平行平板電極３６ａ〜３６ｃを用いる場合を例に説明したが、平行辺板電極３６ａ〜３６ｃの数は、３対に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００６４】
また、図８乃至図１０に示す変形例（その２）による分析装置では、において、２次元型のイオン検出器３０ａを形成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図８乃至図１０に示す変形例（その２）による分析装置において、図１乃至図５を用いて上述した分析装置と同様に、１次元型のイオン検出器４８ａ，４８ｂを用いるようにしてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、試料１０から第２の方向１１４に散乱し、制限板２４の第２の開口部３４ｂを通過した散乱イオンの進行方向を、調整部２６だけを用いて調整する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１の面１０４の面内方向と平行な方向に散乱イオンの進行方向を偏向し得る他の調整部を、調整部２６の前段又は後段に配するようにしてもよい。
【００６６】
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００６７】
（付記１）
イオンビームを試料に照射するイオン照射部と、
前記試料から第１の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第１の開口部と、前記試料から第１の方向と異なる第２の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第２の開口部とが形成された制限板と、
前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンとに対して磁場を印加する磁場印加部と、
前記磁場印加部により偏向された各々の前記散乱イオンを検出するイオン検出部と
を有することを特徴とする分析装置。
【００６８】
（付記２）
付記１記載の分析装置において、
前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンとが、共通の前記磁場印加部に導入されるように、前記散乱イオンの進行方向を調整する調整部を更に有する
ことを特徴とする分析装置。
【００６９】
（付記３）
付記２記載の分析装置において、
前記調整部は、前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンの前記進行方向と、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンの前記進行方向とが、平行になるように、前記散乱イオンの前記進行方向を調整する
ことを特徴とする分析装置。
【００７０】
（付記４）
付記２又は３記載の分析装置において、
前記調整部は、前記散乱イオンに電場を印加することにより、前記散乱イオンの前記進行方向を調整する
ことを特徴とする分析装置。
【００７１】
（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載の分析装置において、
前記調整部は、前記散乱イオンの軌道に沿うように配された複数対の平行平板電極を有する
ことを特徴とする分析装置。
【００７２】
（付記６）
付記１乃至５のいずれかに記載の分析装置において、
前記制限板の前記第１の開口部は、前記試料に照射される前記イオンビームの軌道と前記試料の主面の法線方向とを含む第１の面に含まれる第１の方向に散乱した前記散乱イオンが達する箇所に位置しており、
前記制限板の前記第２の開口部は、前記第１の方向と前記第１の面の法線方向とを含む第２の面に含まれる第２の方向に拡散した前記散乱イオンが達する箇所に位置している
ことを特徴とする分析装置。
【００７３】
（付記７）
付記１乃至６のいずれかに記載の分析装置において、
前記イオン検出部は、前記制限板の前記第１の開口部を通過し、前記磁場印加部により偏向された前記散乱イオンを検出する第１の１次元検出器と、前記制限板の前記第２の開口部を通過し、前記磁場印加部により偏向された前記散乱イオンを検出する第２の１次元検出器とを有する
ことを特徴とする分析装置。
【００７４】
（付記８）
付記１乃至６のいずれかに記載の分析装置において、
前記イオン検出部は、前記制限板の前記第１の開口部を通過し、前記磁場印加部により偏向された前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過し、前記磁場印加部により偏向された前記散乱イオンとを検出する２次元検出器を有する
ことを特徴とする分析装置。
【符号の説明】
【００７５】
２…イオン照射部
４…分析器
１０…試料
１２…イオン源
１４…加速管
１６…スリット
１８…ウィーンフィルタ
２０…スリット
２１…管
２２…チャンバ
２３…管
２４…制限板
２６，２６ａ…調整部
２８…磁場印加部
２９…チャンバ
３０、３０ａ…イオン検出部
３２…処理部
３４ａ，３４ｂ…開口部
３６ａ〜３６ｃ…平行平板電極
３８…電極
４０…電圧印加部
４１ａ，４１ｂ…電極
４２…磁場
４４…分析管
４６ａ，４６ｂ…マグネット
４８ａ，４８ｂ…イオン検出器
１００…主面
１０１…軌道
１０２…法線方向
１０４…第１の面
１０６…第１の方向
１０８…軌道
１１０…法線方向
１１２…第２の面
１１４…第２の方向
１１６…軌道
２０２…イオン照射部
２０４…分析器
２１０…試料
２１２…イオン源
２１４…加速管
２１６…スリット
２１８…ウィーンフィルタ
２２０…スリット
２２２…チャンバ
２２８…磁場印加部
２３０…イオン検出部
２３２…処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを試料に照射するイオン照射部と、
前記試料から第１の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第１の開口部と、前記試料から第１の方向と異なる第２の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第２の開口部とが形成された制限板と、
前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンとに対して磁場を印加する磁場印加部と、
前記磁場印加部により偏向された各々の前記散乱イオンを検出するイオン検出部と
を有することを特徴とする分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の分析装置において、
前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンとが、共通の前記磁場印加部に導入されるように、前記散乱イオンの進行方向を調整する調整部を更に有する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の分析装置において、
前記調整部は、前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンの前記進行方向と、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンの前記進行方向とが、平行になるように、前記散乱イオンの前記進行方向を調整する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の分析装置において、
前記調整部は、前記散乱イオンに電場を印加することにより、前記散乱イオンの前記進行方向を調整する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分析装置において、
前記制限板の前記第１の開口部は、前記試料に照射される前記イオンビームの軌道と前記試料の主面の法線方向とを含む第１の面に含まれる第１の方向に散乱した前記散乱イオンが達する箇所に位置しており、
前記制限板の前記第２の開口部は、前記第１の方向と前記第１の面の法線方向とを含む第２の面に含まれる第２の方向に拡散した前記散乱イオンが達する箇所に位置している
ことを特徴とする分析装置。
【請求項１】
イオンビームを試料に照射するイオン照射部と、
前記試料から第１の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第１の開口部と、前記試料から第１の方向と異なる第２の方向に散乱する散乱イオンを通過させるための第２の開口部とが形成された制限板と、
前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンとに対して磁場を印加する磁場印加部と、
前記磁場印加部により偏向された各々の前記散乱イオンを検出するイオン検出部と
を有することを特徴とする分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の分析装置において、
前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンと、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンとが、共通の前記磁場印加部に導入されるように、前記散乱イオンの進行方向を調整する調整部を更に有する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の分析装置において、
前記調整部は、前記制限板の前記第１の開口部を通過した前記散乱イオンの前記進行方向と、前記制限板の前記第２の開口部を通過した前記散乱イオンの前記進行方向とが、平行になるように、前記散乱イオンの前記進行方向を調整する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の分析装置において、
前記調整部は、前記散乱イオンに電場を印加することにより、前記散乱イオンの前記進行方向を調整する
ことを特徴とする分析装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分析装置において、
前記制限板の前記第１の開口部は、前記試料に照射される前記イオンビームの軌道と前記試料の主面の法線方向とを含む第１の面に含まれる第１の方向に散乱した前記散乱イオンが達する箇所に位置しており、
前記制限板の前記第２の開口部は、前記第１の方向と前記第１の面の法線方向とを含む第２の面に含まれる第２の方向に拡散した前記散乱イオンが達する箇所に位置している
ことを特徴とする分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−９２４７０（Ｐ２０１３−９２４７０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５２９７（Ｐ２０１１−２３５２９７）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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