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JP2005166361A - Incident position detector of charged particle, and energy analysis device thereof - Google Patents

Incident position detector of charged particle, and energy analysis device thereof Download PDF

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JP2005166361A
JP2005166361A JP2003401832A JP2003401832A JP2005166361A JP 2005166361 A JP2005166361 A JP 2005166361A JP 2003401832 A JP2003401832 A JP 2003401832A JP 2003401832 A JP2003401832 A JP 2003401832A JP 2005166361 A JP2005166361 A JP 2005166361A
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Japan
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incident position
energy
charged particle
incident
charged particles
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Pending
Application number
JP2003401832A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Wasa
泰宏 和佐
Chikara Ichihara
主税 一原
Koji Inoue
浩司 井上
Akira Kobayashi
明 小林
Kenichi Inoue
憲一 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an incident position detector of charged particles and an energy analysis device thereof effective for the energy analysis of charged particles of a wide range including low-energy charged particles and having excellent detection accuracy. <P>SOLUTION: In this incident position detector of charged particles for detecting the incident position of the charged particles changing according to the energy of the charged particles, detection sensitivity at the incident position is set in inverse proportion to the energy of the charged particles assumed to enter into the incident position, or a moderating material having deceleration capability at the incident position in inverse proportion to the energy of the charged particles assumed to enter the incident position is disposed in front of a body of the incident position detector. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は電子やイオンなどの荷電粒子のエネルギー分析等に用いられる荷電粒子の入射位置検出器及び荷電粒子のエネルギー分析装置に関する。     The present invention relates to a charged particle incident position detector and a charged particle energy analyzer used for energy analysis of charged particles such as electrons and ions.

電子やイオンなどの荷電粒子を用いた分析装置には、荷電粒子のエネルギー分析を用いたものがある。ラザフォード後方散乱分光法(RBS)もその1つで、分析対象に加速した水素イオンやヘリウムイオンを照射し、後方に散乱されるイオンエネルギー分布を測定して、非破壊で深さ方向の元素分析を可能とする。   Some analyzers using charged particles such as electrons and ions use energy analysis of charged particles. Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) is one of them, irradiating the target with accelerated hydrogen ions and helium ions, measuring the energy distribution of ions scattered backward, and non-destructive elemental analysis in the depth direction. Is possible.

例えば特許文献1(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ラザフォード後方散乱分析装置の概略構成を図7に示す。   For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-190963), scattered ions back-scattered by a sample on which an ion beam having a high and medium energy is incident are converged on a beam axis using a magnetic field parallel to the ion beam. A parallel field Rutherford backscattering analyzer is described. FIG. 7 shows a schematic configuration of the Rutherford backscattering analyzer described in the publication.

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接する(収束する)軌道を描く。   The helium ion beam 2 emitted from the ion source 1 fed with a high voltage of about 400 kV is accelerated by the voltage applied to the acceleration tube 3 while passing through the acceleration tube 3, and travels toward the sample 4. On the surface of the sample 4, the scattered ions 5 elastically scattered are bent in a trajectory by a magnetic field parallel to the beam axis of the ion beam 2 generated by the electromagnet 6 including the solenoid coil 61 and the magnet yoke 62, thereby performing a spiral motion. Draw a trajectory that repeatedly touches (converges) the beam axis.

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7(アパーチャ)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。このようにして得られたエネルギースペクトルに基づいて試料4の成分元素の同定や深さ方向の組成分析(イオンチャネリング分析)を行うことができる。   An iris-type slit 7 (aperture) is arranged so that the scattered ion 5 having a specific energy and scattering angle passes through the ion beam 2 at a position where it converges on the beam axis. Only the scattered ions 5 having the following energy are discriminated, and the scattered ions 5 that diverge again are detected by a two-dimensional scattered ion detector 8 to obtain an energy spectrum. Based on the energy spectrum thus obtained, identification of the component elements of the sample 4 and composition analysis in the depth direction (ion channeling analysis) can be performed.

以下、この例でも用いられているイオン位置検出器によるエネルギー分析を説明するが、簡単のため、1次元位置検出器の場合を例に述べる。   Hereinafter, although energy analysis by the ion position detector used also in this example will be described, a case of a one-dimensional position detector will be described as an example for simplicity.

荷電粒子のエネルギー分析には、磁界や電界を荷電粒子に印可しエネルギーに応じてその偏向量が異なることを利用して分析するものがある。その場合、荷電粒子が到達した位置を検出することでエネルギー分析が可能となる。   In the energy analysis of charged particles, there is one that applies a magnetic field or an electric field to charged particles and analyzes the fact that the amount of deflection differs depending on the energy. In that case, energy analysis becomes possible by detecting the position where the charged particles have arrived.

図2には、磁界を用いたエネルギー分析の模式図を示す。ここではラザフォード後方散乱分析法での散乱イオンエネルギー分析を例にして図示している。試料に入射し散乱されたヘリウムイオン(又は水素イオン)は、試料の元素に応じてそのエネルギーが変化する。これを分析するために偏向磁石に入射させると、エネルギーに応じて偏向量が変化するので、偏向磁石から一定距離隔てた位置検出器への入射位置が変化する。すなわち、低エネルギーの荷電粒子ほど磁界からの力を受けて軌道偏向が大きくなる。   FIG. 2 shows a schematic diagram of energy analysis using a magnetic field. Here, scattering ion energy analysis by Rutherford backscattering analysis is shown as an example. The energy of helium ions (or hydrogen ions) incident and scattered on the sample varies depending on the elements of the sample. When the light is incident on the deflection magnet in order to analyze this, the amount of deflection changes according to the energy, so that the incident position on the position detector separated from the deflection magnet by a certain distance changes. That is, the lower the energy charged particles, the larger the trajectory deflection due to the force from the magnetic field.

エネルギー分析手法には図3に示したように電界で荷電粒子軌道を偏向させて到達位置を検出する手法も存在する。   As shown in FIG. 3, there is a method for detecting the arrival position by deflecting the charged particle trajectory with an electric field as shown in FIG.

いずれのエネルギー分析手法においても、荷電粒子の入射位置を検出する必要がある。荷電粒子の位置検出器には、位置敏感型検出器(PSD)や蛍光板を利用して光に変換し、画像として検出する手法が存在する。   In any energy analysis method, it is necessary to detect the incident position of charged particles. A charged particle position detector uses a position sensitive detector (PSD) or a fluorescent screen to convert it into light and detect it as an image.

図4は、位置敏感型検出器の原理図を示したものである。荷電粒子が半導体検出器に入射し、その位置で電子・ホール対を生成し電荷として左右の電極に流れ出る仕組みになっている。左右の電極に流れ出る電荷量Q1,Q2は、荷電粒子の入射位置と電極との距離L1,L2に応じて配分されるので、これらから得られる演算式Q1/(Q1+Q2)が、入射位置を示すL2/(L1+L2)に相当する。なお、位置敏感型検出器の等価回路を図5に示す。   FIG. 4 shows a principle diagram of the position sensitive detector. Charged particles enter the semiconductor detector, generate electron-hole pairs at that position, and flow out to the left and right electrodes as charges. Since the charge amounts Q1 and Q2 flowing out to the left and right electrodes are distributed according to the distances L1 and L2 between the incident position of the charged particles and the electrodes, the arithmetic expression Q1 / (Q1 + Q2) obtained therefrom indicates the incident position. This corresponds to L2 / (L1 + L2). An equivalent circuit of the position sensitive detector is shown in FIG.

別の位置検出器の原理として蛍光板を利用したものがある。図6に示すように荷電粒子が入射すると発光する蛍光板を配置し、その発光画像をレンズ、カメラで撮像して電気信号に変換し、位置検出するものである。   Another principle of the position detector uses a fluorescent plate. As shown in FIG. 6, a fluorescent plate that emits light when charged particles are incident is arranged, and the emitted image is captured by a lens and a camera, converted into an electrical signal, and the position is detected.

特許文献2(特開平4−26045など)には、プラズマ中を通過したイオンを電界内に偏向させ、エネルギーに応じて異なる位置に到達したイオンを蛍光板に入射させる位置検出器で、その位置を検出する装置が開示されている。イオンが蛍光板に入射するとその位置で発光するので、その光像を電気信号に変換して、位置を検出し、エネルギー分析を行うものである。   Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 4-26045, etc.) describes a position detector that deflects ions that have passed through plasma into an electric field and causes ions that have reached different positions depending on energy to enter a fluorescent plate. An apparatus for detecting is disclosed. When ions are incident on the fluorescent plate, light is emitted at that position. Therefore, the optical image is converted into an electrical signal, the position is detected, and energy analysis is performed.

これら従来の位置検出器では、異なるエネルギーをもつ荷電粒子が入射し、発光または電子・ホール対の生成を行い、信号として検出する。荷電粒子のエネルギーが異なると、発光量や電子・ホール対の生成量が異なり、電気信号に変換された信号のレベルが異なることになる。これを一定の増幅率のアンプを通した後にA/D(アナログ・デジタル)変換することになり、高エネルギーの荷電粒子の位置はS/Nよく検出できるが、低エネルギー荷電粒子の位置の検出精度が劣る不利である。すなわち、A/D変換器の有限分解能内に量子化誤差として埋れたり、電気ノイズに悪影響を及ぼされてしまう可能性を有している。   In these conventional position detectors, charged particles having different energies are incident and emit light or generate electron / hole pairs and detect them as signals. If the energy of the charged particles is different, the amount of light emission and the amount of generated electron / hole pairs are different, and the level of the signal converted into an electric signal is different. A / D (analog / digital) conversion is performed after passing through an amplifier with a constant amplification factor, so that the position of charged particles with high energy can be detected with good S / N, but the position of charged particles with low energy can be detected. It is a disadvantage that accuracy is inferior. That is, there is a possibility of being buried as a quantization error within the finite resolution of the A / D converter or having an adverse effect on electrical noise.

これを防ぐために、高精度のアンプで低エネルギーに相当する低いレンジの信号を増幅する方法が考えられるが、この方法では高エネルギー荷電粒子に相当する信号が飽和してしまい、不都合である。   In order to prevent this, a method of amplifying a low-range signal corresponding to low energy with a high-precision amplifier can be considered, but this method is disadvantageous because the signal corresponding to high-energy charged particles is saturated.

すなわち、入射する位置検出器に入射する荷電粒子に広いダイナミックレンジが存在した場合、後段の信号処理・変換部がそれに対応できずにS/Nを悪くする問題がる。
特開平7−190963号公報 特開平4−26045号公報
That is, when a wide dynamic range exists in the charged particles incident on the incident position detector, there is a problem that the signal processing / conversion unit in the subsequent stage cannot cope with it and deteriorates the S / N.
JP-A-7-190963 JP-A-4-26045

本発明は上記した従来技術の問題点を解消し、低エネルギー荷電粒子を含む広範囲な荷電粒子のエネルギー分析に有効な検出精度の優れた荷電粒子の入射位置検出器を提供することをその課題としたものである。   It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a charged particle incident position detector excellent in detection accuracy effective for energy analysis of a wide range of charged particles including low energy charged particles. It is a thing.

上記の課題を達成するために、本発明者らが提案する発明の特徴は以下の通りである。
(1)荷電粒子のエネルギーに応じて変化する荷電粒子の入射位置を検出する荷電粒子の入射位置検出器において、入射位置における検出感度をその入射位置への入射が想定される荷電粒子のエネルギーに逆比例させて設定したことを特徴とする荷電粒子の入射位置検出器(請求項1)。
(2)検出感度が傾斜的にまたは階段状に変化しているものである上記(1)に記載の荷電粒子の入射位置検出器。(請求項2)。
(3)荷電粒子のエネルギーに応じて変化する荷電粒子の入射位置を検出する荷電粒子の入射位置検出器において、前記入射位置検出器の本体の前に入射位置における減速能がその入射位置への入射が想定される荷電粒子のエネルギーに逆比例する減速材を配置したことを特徴とする荷電粒子の入射位置検出器(請求項3)。
(4)減速材の厚みが傾斜的にまたは階段状に変化しているものである上記(3)に記載の荷電粒子の入射位置検出器(請求項4)。
(5)イオン源から発したイオンビームを加速して測定試料の表面に衝突させ、これにより生じた散乱荷電粒子をスリットを通して弁別した後、磁界又は電界によりその軌道を偏向させて、荷電粒子の入射位置検出器に入射させ、その入射位置によって該荷電粒子のエネルギーを分析する荷電粒子のエネルギー分析装置において、前記荷電粒子の入射位置検出器が、入射位置における検出感度をその入射位置への入射が想定される荷電粒子のエネルギーに逆比例させて設定されたものである荷電粒子のエネルギー分析装置(請求項5)。
(6)イオン源から発したイオンビームを加速して測定試料の表面に衝突させ、これにより生じた散乱荷電粒子をスリットを通して弁別した後、磁界又は電界によりその軌道を偏向させて、荷電粒子の入射位置検出器に入射させ、その入射位置によって該荷電粒子のエネルギーを分析する荷電粒子のエネルギー分析装置において、前記荷電粒子の入射位置検出器が、同検出器の本体の前に、入射位置における減速能がその入射位置への入射が想定される荷電粒子のエネルギーに逆比例する減速材を配置したされたものである荷電粒子のエネルギー分析装置(請求項6)。
In order to achieve the above object, the features of the invention proposed by the present inventors are as follows.
(1) In a charged particle incident position detector that detects the incident position of a charged particle that changes according to the energy of the charged particle, the detection sensitivity at the incident position is set to the energy of the charged particle that is assumed to be incident on the incident position. An incident position detector for charged particles, which is set in inverse proportion (Claim 1).
(2) The incident position detector for charged particles according to the above (1), wherein the detection sensitivity changes in an inclined manner or stepwise. (Claim 2).
(3) In a charged particle incident position detector that detects an incident position of a charged particle that changes in accordance with the energy of the charged particle, a deceleration capability at the incident position is provided before the main body of the incident position detector. An incident position detector for charged particles, wherein a moderator that is inversely proportional to the energy of the charged particles expected to be incident is disposed.
(4) The incident position detector for charged particles according to (3) above, wherein the thickness of the moderator is changed in an inclined manner or stepwise.
(5) The ion beam emitted from the ion source is accelerated to collide with the surface of the measurement sample, and the scattered charged particles generated thereby are discriminated through the slit, and then the trajectory is deflected by a magnetic field or an electric field to In a charged particle energy analyzing apparatus that enters an incident position detector and analyzes the energy of the charged particle according to the incident position, the incident position detector of the charged particle determines the detection sensitivity at the incident position to the incident position. A charged particle energy analyzer that is set in inverse proportion to the energy of the charged particles.
(6) The ion beam emitted from the ion source is accelerated to collide with the surface of the measurement sample, and after scattering charged particles generated thereby are discriminated through the slit, the trajectory is deflected by a magnetic field or an electric field, and In an energy analyzer for charged particles that enters an incident position detector and analyzes the energy of the charged particles according to the incident position, the charged particle incident position detector is disposed at the incident position before the main body of the detector. An energy analyzer for charged particles in which a moderator whose speed reducing ability is inversely proportional to the energy of charged particles assumed to be incident on the incident position is arranged (Claim 6).

本発明により、位置検出器から得られる信号レベルが荷電粒子の入射エネルギーによらずほぼ一定にすることができ、後段のA/D変換器等の信号処理部でのS/N向上させることができ、最終的に荷電粒子エネルギー分析器全体の精度向上が期待できる。   According to the present invention, the signal level obtained from the position detector can be made substantially constant regardless of the incident energy of the charged particles, and the S / N can be improved in the signal processing unit such as the A / D converter in the subsequent stage. In the end, the accuracy of the entire charged particle energy analyzer can be expected to improve.

以下、本発明につきその作用及び実施の形態を中心に説明する。   Hereinafter, the operation and the embodiment of the present invention will be mainly described.

電界または磁界で偏向されて、異なるエネルギーが入射する位置検出器においても、前述のようにエネルギーが決まると位置検出器の入射位置は一意に決定する。従って、位置検出器の検出感度を入射位置に応じて想定される荷電粒子のエネルギーに対応して変化させ、荷電粒子の入射位置において、高エネルギー荷電粒子が入射する場合にはその入射位置の検出感度を低くし、低エネルギー荷電粒子が入射する場合にはその入射位置の検出感度を高く設定する。   Even in a position detector that is deflected by an electric field or a magnetic field and receives different energy, when the energy is determined as described above, the incident position of the position detector is uniquely determined. Therefore, if the detection sensitivity of the position detector is changed according to the energy of the charged particle assumed according to the incident position, and the high energy charged particle is incident at the incident position of the charged particle, the incident position is detected. When the sensitivity is lowered and low energy charged particles are incident, the detection sensitivity at the incident position is set high.

すなわち、本発明では各入射位置における検出感度を入射が想定される荷電粒子のエネルギー(エネルギーの大きさ)に逆比例(反比例)させて設定した位置検出器を提案するものである。なお、ここで逆比例と説明したが、数学的に厳密な逆比例の意味ではなく、入射する荷電粒子が高エネルギーの場合はその入射位置の検出感度を低エネルギーの電荷粒子の入射位置の検出感度より低く、入射する荷電粒子が低エネルギーの場合はその入射位置の検出感度を高エネルギーの電荷粒子の入射位置の検出感度を高くするという、荷電粒子のエネルギーの大きさと検出器の検出感度との関係が相対的に反対の関係にあることから便宜上逆比例と使っているだけである。   That is, the present invention proposes a position detector in which the detection sensitivity at each incident position is set to be inversely proportional (inversely proportional) to the energy (energy magnitude) of the charged particle assumed to be incident. Although it is described as inversely proportional here, it does not mean a mathematically inversely proportional meaning. If the incident charged particle is high energy, the detection sensitivity of the incident position is detected as the incident position of the low energy charged particle. If the incident charged particles are lower than the sensitivity, and the incident charged particles have low energy, the detection sensitivity at the incident position is increased, and the detection sensitivity at the incident position of the high energy charged particles is increased. Since the relation of is relatively opposite, it is only used as inverse proportionality for convenience.

この様な荷電粒子の入射エネルギーの大きさに逆比例する傾斜した感度を有する入射位置検出器では、どのようなエネルギーの荷電粒子が入射しても位置検出器から得られる信号は、ほぼ一定のレベルとすることができる。こうして位置検出器から得られる信号レベルが入射エネルギーによらずほぼ一定にすることができれば、後段のA/D変換器等の信号処理部でのS/Nを有利に向上させることが可能となる。これにより、最終的に荷電粒子のエネルギー分析の精度を高めることができるのである。   In such an incident position detector having a tilted sensitivity that is inversely proportional to the magnitude of the incident energy of the charged particles, the signal obtained from the position detector is almost constant regardless of the incident charged particles of any energy. Can be a level. If the signal level obtained from the position detector can be made substantially constant regardless of the incident energy in this way, it is possible to advantageously improve the S / N in the signal processing unit such as the A / D converter in the subsequent stage. . As a result, the accuracy of the energy analysis of the charged particles can be finally improved.

この位置検出器の感度を変化させる方法としては、たとえば発光型位置検出器において、蛍光板に塗布する蛍光物質(ZnSなど)の密度を入射が想定される荷電粒子のエネルギーに逆比例するよう傾斜的にまたは階段状に変化させて発光効率を変化させたり、発光物質の塗布厚さを同様に傾斜的にまたは階段状に変化させることで、感度を変化させることができる。すなわち、高エネルギー側には薄く塗布し、低エネルギー側では濃くまたは厚く塗布することで、発光効率を制御することができる。蛍光材の塗布においては、蛍光材を分散させた溶剤を平板に塗布するのが一般的であるが、傾斜的に厚さと濃度を変化させるには、通常の1/10程度の濃度に薄めた溶剤を平板に流し込み、平板自体を傾斜して保持し溶剤が乾燥するまで保持すればよく、または、同じく薄めた溶剤を複数回に分けて塗布する手法で、厚く濃くする部位の塗布回数を増やすことが望ましい。これによって、荷電粒子の入射エネルギーによらずほぼ一定の発光量を得ることができ、後段での発光画像をレンズ、カメラで撮像して電気信号に変換した場合、信号のダイナミックレンジが小さく、S/Nのよい処理が可能となる。   As a method of changing the sensitivity of the position detector, for example, in a light emitting type position detector, the density of the fluorescent material (ZnS or the like) applied to the fluorescent plate is inclined so as to be inversely proportional to the energy of charged particles expected to be incident. The sensitivity can be changed by changing the luminous efficiency in a stepwise manner or by changing the coating thickness of the luminescent material in a tilted or stepwise manner. That is, the light emission efficiency can be controlled by applying a thin coating on the high energy side and applying a thick or thick coating on the low energy side. In the application of the fluorescent material, it is common to apply a solvent in which the fluorescent material is dispersed to the flat plate, but in order to change the thickness and concentration in an inclined manner, the concentration was reduced to about 1/10 of the normal concentration. Pour the solvent into the flat plate, hold the flat plate itself at an angle and hold it until the solvent dries, or increase the number of times of thickening and thickening by applying the diluted solvent several times. It is desirable. As a result, a substantially constant amount of light emission can be obtained regardless of the incident energy of the charged particles. When a light emission image at a later stage is captured by a lens or camera and converted into an electric signal, the dynamic range of the signal is small, and S / N good processing becomes possible.

また、一様な検出感度を有する通常の位置検出器においても、この位置検出器本体の前(入射側)に、各入射位置におけるその減速能が入射が想定される荷電粒子のエネルギーに逆比例する減速材を配置する工夫を施すことによって前記の検出感度を変化させた場合と同様な作用・機能を付与することができ、同様な効果を達成することができる。   Also, even in a normal position detector with uniform detection sensitivity, the deceleration capability at each incident position is in inverse proportion to the energy of the charged particles expected to be incident before the position detector body (incident side). By devising the arrangement of the moderator, the same action / function as when the detection sensitivity is changed can be provided, and the same effect can be achieved.

すなわち、この位置検出器では高エネルギー荷電粒子が通過する入射位置では減速材の減速能を高く設定し、また低エネルギー荷電粒子が通過する入射位置では減速材の減速能を低く設定し、荷電粒子のエネルギーの大きさにこれが通過する減速材の減速能を逆比例させる。この様な減速材を検出器本体に付設することにより、検出器本体に入射する異なるエネルギーを持った荷電粒子は全てほぼ同じエネルギーに制御することにでき、結果として位置検出器から得られる信号レベルはほぼ一定とすることが可能となる。こうしてやはり検出器から得られる信号レベルが入射エネルギーによらずほぼ一定にすることができるので、後段のA/D変換器等の信号処理部でのS/Nを有利に向上させることが可能となり、最終的に荷電粒子のエネルギー分析の精度を高めることができるのである。   That is, in this position detector, the moderator's moderation ability is set high at the incident position where high-energy charged particles pass, and the moderator's moderation ability is set low at the incident position where low-energy charged particles pass. This makes the moderator's deceleration capacity that is passed in inverse proportion to the energy level of the current. By attaching such a moderator to the detector body, all charged particles with different energies incident on the detector body can be controlled to substantially the same energy, resulting in a signal level obtained from the position detector. Can be made almost constant. In this way, the signal level obtained from the detector can be made substantially constant regardless of the incident energy, so that it is possible to advantageously improve the S / N in the signal processing unit such as the A / D converter in the subsequent stage. Finally, the accuracy of energy analysis of charged particles can be improved.

そしてこの発明によれば前記の検出感度を変化させる発明の効果に加えて、検出感度が一様である既存の検出器を利用して、比較的容易に実施できる利点がある。   According to the present invention, in addition to the effect of the invention for changing the detection sensitivity, there is an advantage that it can be implemented relatively easily using an existing detector having a uniform detection sensitivity.

また、検出器本体に配置する上記減速材としては、高分子膜(マイラーやポリイミドなど)またはカーボン膜のような軽元素で構成されたその減速能が一定の方向に変化する透過膜を用いると良い。   In addition, as the moderator disposed in the detector main body, a polymer membrane (Mylar, polyimide, etc.) or a permeable membrane whose light reduction capability is made of a light element such as a carbon membrane changes in a certain direction. good.

特に、その厚みが傾斜的にまたは階段状に変化しているものが好ましい。これは一様な減速能を備える減速材を使用するに当たって荷電粒子が通過する位置での減速能をその厚みによって調整するものである。つまり、通過する荷電粒子のエネルギーに応じて、その厚みが傾斜的にまたは階段状に変化した減速材を配置することで、高エネルギー荷電粒子には減速材の厚い部分を通過させ、低エネルギー荷電粒子には減速材薄い部分を通過させることができる。この様にして検出器に入射する荷電粒子はほぼ同じエネルギーを有することにでき、結果として位置検出器から得られる信号レベルはほぼ一定とすることが可能となる。   In particular, it is preferable that the thickness is changed in an inclined manner or stepwise. In this case, when using a moderator having a uniform moderator, the moderator at a position where charged particles pass is adjusted by its thickness. In other words, by placing a moderator whose thickness changes in a stepwise or stepwise manner according to the energy of the charged particles that pass through, the high-energy charged particles pass through the thicker part of the moderator, and the low-energy charge The particles can be passed through a thin part of the moderator. In this way, the charged particles incident on the detector can have substantially the same energy, and as a result, the signal level obtained from the position detector can be made substantially constant.

そして、この発明によれば一様な感度を有する既存の検出器を利用して、一層容易に実施できる利点がある。   And according to this invention, there exists an advantage which can implement still more easily using the existing detector which has uniform sensitivity.

なお、前述した本体の感度を変化させた検出器を用いて且つ上述の減速能を変化させた減速材を配置して構成することも可能である。両者を併用することで、一方のみ使用するよりも、検出される荷電粒子のエネルギーの高低幅が広い場合に対応できる。   It is also possible to use a detector with the sensitivity of the main body changed as described above and to arrange the moderator with the above-described reduction capability changed. By using both, it is possible to cope with a case where the height of the energy of the detected charged particles is wide than when only one is used.

次に、本発明を図1に示す実施形態に基づいてより具体的に説明する。   Next, the present invention will be described more specifically based on the embodiment shown in FIG.

ここではラザフォード後方散乱分析法(RBS分析)において、400keV程度に加速した水素イオンを試料に入射させ、試料内の原子核で反発された水素イオンのエネルギーを測定する例である。試料内に重元素があると散乱イオンのエネルギーは大きく、逆に軽元素があると散乱イオンのエネルギーは小さくなるので、エネルギー分析をおこなうことで、試料の成分構成が分析できる。   Here, in Rutherford backscattering analysis (RBS analysis), hydrogen ions accelerated to about 400 keV are made incident on the sample, and the energy of the hydrogen ions repelled by the nuclei in the sample is measured. If there is a heavy element in the sample, the energy of the scattered ions is large, and conversely if the light element is present, the energy of the scattered ions is small. Therefore, by performing an energy analysis, the component composition of the sample can be analyzed.

散乱イオンのエネルギーを分析するためにスリットを通過させて1カ所から偏向磁石に入射させる。イオンエネルギーに応じて偏向量が変化する。すなわち低エネルギーイオンは磁界からの力を受けて大きく偏向するのに対し、高エネルギーイオンは偏向しにくい。偏向磁石から一定距離を隔てたところに、位置検出器を配置し、入射位置を検出する。図では、高エネルギーイオンほど上部に入射することになる。   In order to analyze the energy of the scattered ions, it passes through the slit and enters the deflecting magnet from one place. The amount of deflection changes according to the ion energy. That is, low energy ions are largely deflected by receiving a force from a magnetic field, whereas high energy ions are difficult to deflect. A position detector is arranged at a certain distance from the deflecting magnet to detect the incident position. In the figure, higher energy ions are incident on the upper part.

一般に、位置検出器の荷電粒子に対する感度は、高エネルギー粒子になるほど高く、低エネルギー粒子では低い。そこで、本実施形態では、高エネルギー粒子が入射する図上部に向かって厚くなるように配置した傾斜型の減速材を位置検出器の前、すなわち入射側前面にマイラー膜を設置している。このマイラー膜は位置検出器の表面に、高エネルギー側が0.7μmで厚く、低エネルギー側では0μmになるように傾斜的に厚さを変化させて成膜したものである。このような薄膜を単体で保持する事は難しいので、位置検出器の前面にCVD法等により成膜するのが望ましい。マスキング等により成膜時間を傾斜的に変化させることで膜厚が制御可能である。   In general, the sensitivity of the position detector to charged particles is higher for higher energy particles and lower for low energy particles. Therefore, in this embodiment, a mylar film is installed in front of the position detector, that is, on the incident-side front surface, with an inclined moderator arranged so as to become thicker toward the upper part of the figure where high energy particles are incident. This mylar film is formed on the surface of the position detector by changing the thickness in an inclined manner so that the high energy side is 0.7 μm thick and the low energy side is 0 μm. Since it is difficult to hold such a thin film alone, it is desirable to form the film on the front surface of the position detector by the CVD method or the like. The film thickness can be controlled by changing the film formation time in an inclined manner by masking or the like.

この場合、高エネルギー側の400keVイオンを200keV程度に減速させることを想定している。これにより、高エネルギー粒子ほど大きく減速され、位置検出器に入射する時には、ほぼ同じエネルギーになり、位置検出器での信号レベルは一定になる。
位置検出器の両端の電極から得られる電荷はアンプを通って、位置演算され、A/D変換される。従って、この位置検出器によれば荷電粒子エネルギー分析器全体の検出精度が向上する。
In this case, it is assumed that 400 keV ions on the high energy side are decelerated to about 200 keV. As a result, the higher energy particles are decelerated greatly, and when entering the position detector, the energy becomes substantially the same, and the signal level at the position detector becomes constant.
The electric charge obtained from the electrodes at both ends of the position detector is passed through an amplifier, position-calculated, and A / D converted. Therefore, according to this position detector, the detection accuracy of the entire charged particle energy analyzer is improved.

なお、本実施例では、簡単のために1次元の位置検出器を例にしたが、特許文献1(特開平7−190963号公報)で用いられているような2次元の位置検出器に適用することも同様に可能である。この場合は、中心から周方向にかけて入射が想定される荷電粒子のエネルギーの大きさに対して検出感度もしくは減速能を逆比例に設定すればよい。   In this embodiment, for the sake of simplicity, a one-dimensional position detector is taken as an example. However, the present invention is applied to a two-dimensional position detector as used in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-190963). It is possible to do as well. In this case, the detection sensitivity or deceleration capability may be set in inverse proportion to the magnitude of charged particle energy that is assumed to be incident from the center to the circumferential direction.

本発明の実施例の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the Example of this invention. 磁界による従来のエネルギー分析の原理を示す図ある。It is a figure which shows the principle of the conventional energy analysis by a magnetic field. 電界による従来のエネルギー分析の原理を示す図ある。It is a figure which shows the principle of the conventional energy analysis by an electric field. 位置敏感型の入射位置検出器の原理を示した図である。It is the figure which showed the principle of the position sensitive type incident position detector. 位置敏感型の入射位置検出器の等価回路を示した図である。It is the figure which showed the equivalent circuit of the position sensitive type incident position detector. 発光型の入射位置検出器の原理を示した図である。It is the figure which showed the principle of the light emission type incident position detector. 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例を示す図。The figure which shows the schematic structural example of the conventional parallel magnetic field type | mold Rutherford backscattering analyzer.

1…イオン源、
2…イオンビーム
3…加速管
4…試料
5…散乱イオン
6…電磁石、ソレノイドコイル61、マグネットヨーク62
7…アイリス型スリット(アパーチャ)
8…イオン検出器

1 ... ion source,
2 ... Ion beam 3 ... Accelerating tube 4 ... Sample 5 ... Scattered ions 6 ... Electromagnet, solenoid coil 61, magnet yoke 62
7 ... Iris type slit (aperture)
8 ... Ion detector

Claims (6)

荷電粒子のエネルギーに応じて変化する荷電粒子の入射位置を検出する荷電粒子の入射位置検出器において、入射位置における検出感度をその入射位置への入射が想定される荷電粒子のエネルギーに逆比例させて設定したことを特徴とする荷電粒子の入射位置検出器。 In a charged particle incident position detector that detects the incident position of a charged particle that changes according to the energy of the charged particle, the detection sensitivity at the incident position is made inversely proportional to the energy of the charged particle that is expected to enter the incident position. Charged particle incident position detector characterized by the above. 検出感度が傾斜的にまたは階段状に変化しているものである請求項1に記載の荷電粒子の入射位置検出器。 The charged particle incident position detector according to claim 1, wherein the detection sensitivity changes in an inclined manner or stepwise. 荷電粒子のエネルギーに応じて変化する荷電粒子の入射位置を検出する荷電粒子の入射位置検出器において、前記入射位置検出器の本体の前に入射位置における減速能がその入射位置への入射が想定される荷電粒子のエネルギーに逆比例する減速材を配置したことを特徴とする荷電粒子の入射位置検出器。 In a charged particle incident position detector that detects an incident position of a charged particle that changes in accordance with the energy of the charged particle, a deceleration capability at the incident position is assumed to be incident on the incident position before the main body of the incident position detector. An incident position detector for charged particles, wherein a moderator that is inversely proportional to the energy of the charged particles is disposed. 減速材の厚みが傾斜的にまたは階段状に変化しているものである請求項3に記載の荷電粒子の入射位置検出器。 The charged particle incident position detector according to claim 3, wherein the thickness of the moderator is changed in an inclined manner or stepwise. イオン源から発したイオンビームを加速して測定試料の表面に衝突させ、これにより生じた散乱荷電粒子をスリットを通して弁別した後、磁界又は電界によりその軌道を偏向させて、荷電粒子の入射位置検出器に入射させ、その入射位置によって該荷電粒子のエネルギーを分析する荷電粒子のエネルギー分析装置において、前記荷電粒子の入射位置検出器が、入射位置における検出感度をその入射位置への入射が想定される荷電粒子のエネルギーに逆比例させて設定されたものである荷電粒子のエネルギー分析装置。 The ion beam emitted from the ion source is accelerated to collide with the surface of the measurement sample, the scattered charged particles generated thereby are discriminated through the slit, and the trajectory is deflected by a magnetic field or electric field to detect the incident position of the charged particles. In a charged particle energy analyzer that analyzes the energy of the charged particle according to the incident position, the charged particle incident position detector is assumed to have a detection sensitivity at the incident position. Charged particle energy analyzer that is set in inverse proportion to the charged particle energy. イオン源から発したイオンビームを加速して測定試料の表面に衝突させ、これにより生じた散乱荷電粒子をスリットを通して弁別した後、磁界又は電界によりその軌道を偏向させて、荷電粒子の入射位置検出器に入射させ、その入射位置によって該荷電粒子のエネルギーを分析する荷電粒子のエネルギー分析装置において、前記荷電粒子の入射位置検出器が、同検出器の本体の前に、入射位置における減速能がその入射位置への入射が想定される荷電粒子のエネルギーに逆比例する減速材を配置したされたものである荷電粒子のエネルギー分析装置。
The ion beam emitted from the ion source is accelerated to collide with the surface of the measurement sample, the scattered charged particles generated thereby are discriminated through the slit, and the trajectory is deflected by a magnetic field or electric field to detect the incident position of the charged particles. In a charged particle energy analyzer that analyzes the energy of the charged particle according to the incident position, the charged particle incident position detector has a deceleration capability at the incident position before the main body of the detector. A charged particle energy analysis apparatus in which a moderator that is inversely proportional to the energy of a charged particle assumed to be incident on the incident position is arranged.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008064524A (en) * 2006-09-06 2008-03-21 Kobe Steel Ltd Scattered ion analyzer and method

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