DE69028647T2

DE69028647T2 - Energieanalysator für geladene Teilchen

Info

Publication number: DE69028647T2
Application number: DE69028647T
Authority: DE
Inventors: Shozo Kono
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2010-03-23
Also published as: DE69028647D1; CA2012879A1; EP0388959B1; US5032723A; EP0388959A3; EP0388959A2

Description

ENERGIEANALYSATOR FÜR GELADENE TEILCHEN

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Analysator zur Energieanalyse geladener Teilchen, wobei die Winkelverteilung geladener, radial in einen Emissionswinkel vom Punkt auf einer Probe emittierter Teilchen auf einmal gemessen wird.
Energieanalysatoren sind von "Handbook of Synchrotron and Radiation" ISBN 0-444-864253, North Holland Publishing Company, Amsterdam, New York, Oxford (1983) bekannt.
Ein spektroskopisches Analyseverfahren zur Energieanalyse geladener Teilchen, insbesondere Elektronen oder Ionen, wurde von Ingenieuren und Wissenschaftlern auf dem Gebiet der Technologie fester Oberflächen, Grenzflächen, Dunnfilmen, Katalysatoren, usw. benutzt. Elektronenspektroskopie ist bei Wissenschaftlern und Ingenieuren auf diesem Gebiet im allgemeinen durch Analysevorrichtungen, die XPS (Röntgenstrahl-Photoelektronen-Spektroskopie) oder UPS (Ultraviolett-Photoelektronen-Spektroskopie) nutzen, weitestgehend bekannt. Hinsichtlich Ionenspektroskopie ist im allgemeinen 155 (Ion Scattering Spectroscopy), RBS (Rutherford Back Scattering) usw. bekannt.
Elektronenspektroskopie und Ionenspektroskopie betreffende Technologien sind hochentwickelt und es steigt der Bedarf nicht nur zur Bestimmung der Energiehöhe, sondern auch der Ausbreitungsrichtung (Winkel). Um diesen Bedarf zu decken, wurden ein winkelaufgelöstes elektronenspektroskopisches Verfahren und ein winkelaufgelöstes ionenspektroskopisches Verfahren vorgeschlagen. Bei einem typischen winkelaufgelösten spektroskopischen Verfahren wird eine Anregungsquelle (Licht, Elektronen, Ionen, oder dergleichen) auf einen kleinen Bereich auf einer Probe angewendet, so daß die Energie der emittierten oder gestreuten geladenen Teilchen, die sich in eine bestimmte Richtung ausrichten, analysiert wird. Wenn in diesem Fall eine Änderung des Detektionswinkels erforderlich wird, wird entweder die Probe oder der Energieanalysator hinsichtlich der Probe gedreht. Folglich nahm es bei üblichen Verfahren viel Zeit in Anspruch, um Messungen auszuführen, mit denen die Winkelabhangigkeit bei der Energieanalyse geladener Teilchen erhalten wird.
Um derartige Schwierigkeiten bei dem winkelaufgelösten spektroskopischen Verfahren zur Energieanalyse geladener Teilchen zu überwinden, wurden Elektronen-Energieanalysatoren vorgeschlagen, mit denen gleichzeitig Winkel und Energie gemessen werden können, wobei die Energiehöhe und der Winkel der in einem bestimmten Winkelbereich emittierten geladenen Teilchen gleichzeitig analysiert werden. Bei der Klassifizierung dieser Analysatoren in Abhängigkeit von der Bestimmung des spezifischen Winkels, gibt es, wie in Figur 2 gezeigt, 3 Arten von Meßverfahren, wenn ein Meßverfahren, bei dem gleichzeitig Winkel und Energie gemessen werden, ausgeführt wird.
Bei dem Verfahren vom Typ 1 wird die Energie der geladenen Teilchen, die innerhalb eines Raumwinkels Ω emittiert werden, auf einmal analysiert. Beim Typ 2 wird die Energie innerhalb eines Bereichs des Polarwinkels θ emittierter geladener Teilchen bei einem bestimmten Azimut Φ analysiert. Beim Typ 3 wird die Energie geladener Teilchen innerhalb eines Bereiches von Azimut Φ emittierter geladener Teilchen bei einem bestimmten Polarwinkel θ analysiert. Der Unterschied zwischen Typ 2 und Typ 3 besteht darin daß beim Typ 2 ein Winkelbereich in einer Ebene gemessen wird, wohingegen beim Typ 3 ein Winkelbereich einer Fläche eines Kegelkörpers gemessen wird. Somit wurden 3 Arten von Energieanalysatoren, mit denen gleichzeitig Winkel und Energie gemessen werden, vorgeschlagen und einige von ihnen werden verwendet. Die üblichen Energieanalysatoren, mit denen gleichzeitig Winkel und Energie gemessen werden, weisen jedoch nachstehend beschriebene Probleme auf.
Obwohl der Analysator vom Typ 1 die höchste Effizienz besitzt und daher vorzugsweise verwendet wird, ist ein derzeitig verfügbarer Analysator jedoch sehr kompliziert und aufwendig. Ein Meß und Steuerungssystem, das zusanmen mit dem Analysator verwendet wird, ist ebenfalls kompliziert und aufwendig.
"Für Analysatoren vom Typ 1 sind ein sphärischer Spiegeltyp und ein ellipsoider Spiegeltyp bekannt. Obwohl der Analysator vom sphärischen Spiegeltyp Vorteile aufweist, indem der Raumwinkel zur Messung die breiteste und effizienteste erhaltliche Messung bietet, sind die Nachteile wie nachstehend:
(a) geringe Energieauflösung, insbesondere in einem Energiebereich von einigen Tausend Elektronenvolt oder höher und
(b) die Energieauflösung ändert sich in Abhangigkeit vom Polarwinkel von einer Probe,
Der Analysator vom ellipsoiden Spiegeltyp weist nachstehende Nachteile auf:
(a) Er weist einen sehr komplizierten Aufbau auf. Zwei ellipsoide Flächen werden nämlich konzentrisch vereinigt und außerdem eine Vielzahl sphärischer Flächen konzentrisch am vorderen und hinteren Teil der zwei konzentrischen ellipsoiden Flächen angeordnet. Es ist schwierig, alle ellipsoiden Flächen und sphärischen Flächen in vorbestimmten Lagen genau anzuordnen und
(b) der Bereich des Polarwinkels zur Messung ist klein, wie -42,5º bis +42,5º.
Für den Analysator vom Typ 2 wird ein Analysator vom ringförmigen Ablenkungstyp vorgeschlagen. Dessen Nachteile bestehen jedoch darin, daß nur die Messung eines feststehenden Azimuts möglich ist, sofern nicht getrennt davon ein Mechanismus zur Drehung einer Probe um eine Achse senkrecht zur Oberfläche hergestellt wird.
Für den Analysator vom Typ 3 werden ein Analysator vom Zylinderspiegeltyp und ein Analysator vom Ringablenkungstyp vorgeschlagen. Sie weisen jedoch insofern Nachteile auf, indem der Bereich für die Änderung des Polarwinkels θ klein ist. Der Analysator vom Zylinderspiegeltyp kann nämlich nur einen engen Bereich um einen Polarwinkel θ = 42º 18,5' als Mitte messen und der Analysator vom Ringablenkungstyp kann nur einen engen Bereich um einen Polarwinkel θ 90º als Mitte messen."
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung vorstehend genannten Problems und die Bereitstellung eines Analysators für geladene Teilchen, der in der Lage ist, die Höhe der Energie der geladenen Teilchen und die Verteilung der geladenen Teilchen in einem Winkelbereich gleichzeitig zu messen. Dieses Problem wurde mit einem Energieanalysator mit sphärischer Oberflächenablenkung vom elektrostatischen Typ gemäß Anspruch 1 und einem Energieanalysator vom elektrostatischen Zylinderspiegeltyp nach Anspruch 3 gelöst.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Energieanalysator für geladene Teilchen vom elektrostatischen konzentrisch sphärisch-flächigen Typ oder vom koaxialen Zylinderspiegeltyp bereitgestellt, der die kinetische Energie aus einer Probe emittierter oder gestreuter geladener Teilchen nach Bestrahlen der Probe mit Röntgen- oder Teilchenstrahlung analysiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe und eine Austrittsblende, die auf der symmetrischen mittigen Achse, die durch einen elektrostatischen konzentrischen sphärischen Flächenkörper oder einen koaxialen Zylinderspiegelkörper führt, angeordnet sind, eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung, die jeweils einen kreisbogenförmigen Schlitz, dessen Mitte auf der symmetrischen mittigen Achse liegt, aufweisen, Elektroden, die am Schlitz der Eintrittsöffnung zur Ablenkung der Bahn der geladenen Teilchen und Änderung der Geschwindigkeit der geladenen Teilchen angeordnet sind und ein Detektor vom ortsempfindlichen Typ, der am hinteren Teil der Austrittsblende zur Detektion geladener Teilchen angeordnet ist, umfaßt werden.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine bewegende Vorrichtung zur Bewegung des vorstehend genannten Energieanalysators für geladene Teilchen parallel zur symmetrischen mittigen Achse für den Energieanalysator bereitgestellt.
Der Energieanalysator für geladene Teilchen ist außerdem mit einer Elektrode versehen, die einen kreisbogenförmigen Schlitz aufweist, dessen Zentrum auf der symmetrischen mittigen Achse, zwischen Austrittsblende und dem Detektor vom ortsempfindlichen Typ liegt, so daß die geladenen Teilchen abgelenkt und beschleunigt oder gebremst werden.
Erläuterung der Zeichnungen:
Figur 1 ist ein Schema, mit dem das Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutert wird.
Figur 2 ist ein Schema, das drei grundsätzliche Typen für Energieanalyseverfahren zeigt, bei denen gleichzeitig Winkel und Energie geladener Teilchen gemessen werden.
Figur 3 ist ein Schema, das eine Ortsbeziehung der Probe zum Energieanalysator, mit dem gleichzeitig Winkel und Energie geladener Teilchen gemessen werden und der in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, zeigt.
Figur 4 ist ein Schema, das die Ortsbeziehung zwischen Austrittsblende, Ablenkelektrode und Detektor vom ortsempfindlichen Typ zeigt.
Figur 5 ist ein Schema, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energieanalysators für geladene Teilchen zeigt.
Figuren 6 bzw. 7 zeigen Kurven mit einem Ergebnis, das durch Messung der Oberfläche eines Si-Wafers (1 1 1) 7 x 7 mit einem erfindungsgemaßen Energieanalysator, bei dem gleichzeitig Winkel und Energie geladener Teilchen gemessen werden, zeigt.
Da in der vorliegenden Erfindung ein Hilfsmittel zur Änderung der örtlichen Beziehung hinsichtlich der symmetrischen mittigen Achse des Energieanalysators zur Probe bei dem Energieanalysator für geladene Teilchen bereitgestellt wird, kann der Polarwinkel θ im Typ 3 in Figur 2 zusätzlich unter Verwirklichung der Funktion von Typ 3 ausgewahlt werden. Der Energieanalysator besitzt außerdem die Funktion von Typ 2.
Figur 1 ist ein Schema zur Erläuterung des Wirkprinzips des erfindungsgemaßen Analysators. In einem Eintrittsschlitz werden geladene Teilchen aufgenommen, die in einen Bereich fallen, der durch den Bereich eines Azimuts Φ bei einem bestimmten Polarwinkel θ unter den gesamten geladenen Teilchen, die aus einem kleinen Bereich einer Probe emittiert oder gestreut werden, fallen. Die Energie der in den Eintrittsschlitz aufgenommenen geladenen Teilchen wird analysiert und nur die geladenen Teilchen mit einem bestimmten Energieniveau emittieren durch einen Austrittsschlitz, um durch einen Detektor vom ortsempfindlichen Typ bestimmt zu werden. Der erfindungsgemaße Energieanalysator weist einen symmetrischen Körper hinsichtlich der Rotationsachse oder eines Teils davon auf und eine Probe wird, wie durch (A) in Figur 3 dargestellt, anordnet, so daß die symmetrische mittige Achse mit der Normallinie der Probe zusammenfallt. Die in den Bereich von Azimut Φ fallenden geladenen Teilchen werden folglich gleichmäßig zur Bestimmung der Energie analysiert und außerdem hängt die Ausbreitungsrichtung der durch den Austrittsschlitz emittierenden geladenen Teilchen von einem Azimut ab, wenn die geladenen Teilchen aus der Probe emittiert oder gestreut werden. Der Azimut der geladenen Teilchen mit derselben Energie wird folglich in Übereinstimmung mit der Lage des Detektors vom ortsempfindlichen Typ ermittelt.
Einstellen des Polarwinkels θ wird in einer solchen Weise ausgeführt, daß der Energieanalysator oder die Probe parallel zur symmetrischen mittigen Achse bewegt wird und eine geeignete Höhe elektrostatischer Spannung wird auf die am Eintrittsschlitz angeordnete Ablenkelektrode angelegt. Gleichzeitig kann eine Spannung zur Beschleunigung oder zum Bremsen an die Ablenkelektrode zur Einstellung der Energie der geladenen Teilchen, die in den Eintrittsschlitz eintreten, angelegt werden. Die Elektrode mit einem kreisbogenförmigen Schlitz, dessen Zentrum auf der symmetrischen mittigen Achse liegt, wird auf der Bahn der geladenen Teilchen zwischen Austrittsblende und Detektor vom ortsempfindlichen Typ, wie in Figur 4, so angeordnet, daß die Abnahme des Nachweiswirkungsgrades des Detektors vom ortsempfindlichen Typ verhindert wird oder so, daß Vermischung mit Sekundärelektronen vermieden wird.
Die Messung gemaß Typ 2 in Figur 2 unter Verwendung des erfindungsgemaßen Energieanalysators wird in einer solchen Weise ausgeführt, daß eine Probe parallel zur symmetrischen mittigen Achse, wie von (B) in Figur 3 gezeigt, angeordnet wird und eine Ortsbeziehung der Probe zum Energieanalysator hinsichtlich der symmetrischen mittigen Achse und eine statische elektrische Spannung, die an der am Eintrittsschlitz angeordneten Ablenkelektrode anzulegen ist, richtig ermittelt werden.
Eine bevorzugte erfindungsgemaße Ausführungsform wird mit Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.
Figur 5 ist ein Schema einer Ausführungsform eines erfindungsgemaßen Energieanalysators.
In Figur 5 bedeutet Bezugsziffer 1 einen Energieanalysator vom konzentrischen sphärisch-flächigen, elektrostatischen Typ mit einem Winkel von 120º und mit inneren und äußeren sphärischen Flächen, deren Radien 45 mm bzw. 55 mm sind und Bezugsziffer 2 bedeutet eine symmetrische mittige Achse, die durch Mitte 3 der sphärischen Flächen führt. Eine zu messende Probe 4 wird derart angeordnet, daß die symmetrische mittige Achse 2 mit der Normallinie der Probe zusammenfallt. Elektroden 5, 5', 6, 6' werden in betreffender Weise bei dem kreisbogenförmigen Eintrittsschlitz (14), dessen Mitte auf der symmetrischen mittigen Achse liegt, angeordnet. Dicke Linien in Figur 5 weisen Elektrodenflächen der Elektroden aus. Das Potential an den Elektroden 5, 5' ist gleich jenem von Probe 4. An Elektrode 6 wird eine Spannung bis zu etwa 40 % der Höhe wie jene der Differenz zwischen der Spannung der äußeren sphärischen Fläche des Energieanalysators 1 und einem Potential der mittigen Bahn der geladenen Teilchenbahn 8 angelegt. Die Elektrode 6' wird mit einer Spannung bis zu etwa 40 % der Höhe jener der Differenz zwischen einer Spannung an der inneren sphärischen Fläche des Energieanalysators 1 und einem Potential der mittleren Bahn der Bahn 8 der geladenen Teilchen versehen. Die aus Probe 4 längs Bahn 7 emittierten Teilchen werden in einer Ebene, einschließlich der Bahn 7, und der symmetrischen mittigen Achse 2 durch die Wirkung der Elektroden 5, 5', 6, 6' abgelenkt, so daß sie in die Bahn 8 eintreten. Der Polarwinkel θ zur Messung wird nämlich in Abhängigkeit von der Lage der Probe 4 auf der symmetrischen mittigen Achse 2 bestimmt und es genügt, eine an Elektroden 5, 5', 6, 6' anzulegende Gleichspannung zu bestimmen, so daß die aus Probe 4 bei Polarwinkel θ emittierten geladenen Teilchen senkrecht zur Ebene des Eintrittsschlitzes (14) emittiert werden und daß sie in die Bahn 8 eintreten. In dieser erfindungsgemaßen Ausführungsform wird die Konstruktion so ausgelegt, daß der Meßbereich von Azimut Φ 75º ist und der Bereich des Polarwinkels θ, der einstellbar ist, 40º bis 90º beträgt, obwohl die Meßbereiche des zu messenden Azimuts Φ und der Bereich des einzustellenden Polarwinkels θ von der Form der Elektroden 5, 5', 6, 6' abhängen. Messung gemaß Typ 2 in Figur 2 ist möglich, wenn die Probe so ausgerichtet wird, daß die Fläche der Probe parallel zur symmetrischen mittigen Achse 2 am Ort θ = 90º ist, das heißt die Probe wird am Ort 4' in Figur 5 eingestellt. In diesem Fall ist der Meßbereich des Polarwinkels θ 75º.
In Figur 5 bedeutet Bezugsziffer 9 einen kreisbogenförmigen Austrittsschlitz, dessen Mitte auf der symmetrischen mittigen Achse 2 liegt und Bezugsziffer 10 bedeutet eine Austrittsblende, angeordnet auf der symmetrischen mittigen Achse 2. Jedes Potential am Austrittsschlitz 9 und an der Austrittsblende 10 ist gleich jenen der mittigen Bahn der Bahn 8 der geladenen Teilchen. Unter den geladenen Teilchen, die in dem Energieanalysator 1 mit elektrostatischer konzentrischer sphärischer Oberfläche verteilt sind, werden nur die geladenen Teilchen mit einem bestimmten Energieniveau durch Austrittsschlitz 9 und Austrittsblende 10 treten, so daß ein gleichförmiges Energieniveau erzeugt wird. Ablenkelektrode 11 weist ebenfalls einen kreisbogenförmigen Schlitz auf, dessen Mitte auf der symmetrischen mittigen Achse 2 liegt. Ein Detektor vom ortsempfindlichen Typ 12 umfaßt zwei Mikrokanalplatten (MCP) mit einem effektiven Durchmesser von etwa 25 mm. Das Potential der Ablenkelektrode 11 ist das gleiche wie jenes von Auslaß blende 10. Eine Beschleunigungs- oder Bremsspannung kann über den Detektor 12 vom ortsempfindlichen Typ und der Ablenkelektrode 11 angelegt werden. Wenn eine Beschleunigungsspannung angelegt wird, treten die geladenen Teilchen in den Detektor vom ortsempfindlichen Typ 12 mit einem nahezu rechten Winkel ein, wodurch der Detektionswirkungsgrad des Detektors erhöht werden kann. Wenn andererseits eine Bremsspannung angelegt wird, kann Eintreten von Sekundärstreuelektronen in den Detektor vom ortsempfindlichen Typ durch Auslaßblende 10 verhindert werden.
Die geladenen Teilchen werden in Elektronen überführt und um das 10&sup7;- bis 10&sup8;-fache durch Detektor 12 vom ortsempfindlichen Typ verstärkt, wodurch eine Multianode 13 angeregt wird. Multianode 13 umfaßt 30 Elektroden, die radial angeordnet sind, wobei jede Elektrode einem Azimut von 2,5º entspricht. Jede der 30 Elektroden ist mit einem Vorverstärker und einem Impulspeakverteiler verbunden, so daß gleichzeitig die Intensität der geladenen Teilchen bei Winkelintervallen von 2,5º gemessen wird.

BEISPIELE

Versuche wurden ausgeführt, um die Funktion des erfindungsgemaßen Energieanalysators, mit dem gleichzeitig Winkel und Energie der geladenen Teilchen gemessen werden, wie vorstehend beschrieben, zu bestätigen. Der Analysator für geladene Teilchen gemaß Figur 5 wurde verwendet und ein Si-Wafer (1 1 1) wurde als Probe 4 verwendet. Der in Figur 5 dargestellte Energieanalysator wurde in eine Ultravakuumkammer gestellt und die Kammer auf einen Druck von 4 x 10&supmin;&sup8; Pa (3 x 10&supmin;¹&sup0; Torr) evakuiert. Die Vakuumammer ist mit einer Elektronenlinsenanordnung eines Rasterelektronenmikroskops versehen, das in der Lage ist, die Oberfläche der Probe (auf der rechten Seite in Figur 5) aus der im wesentlichen senkrechten Richtung zur Papieroberfläche von Figur 5 mit Elektronenstrahlen einer Energie von 6 kV-1 nA und einem Strahlendurchmesser von etwa 10 nm (100 Å) zu bestrahlen. Nachdem die Siliciumprobe durch Erwärmen im Vakuum gereinigt war, wurde durch ein Reflexions-Hochenergie-Elektronenbeugungs-Verfahren, bei dem Elektronenstrahlen verwendet werden, bestätigt, daß die Oberfläche der Probe eine Oberflächen-Superstruktur von 7 x 7 zeigt.
Durch Bestrahlen mit Elektronenstrahlen werden Auger-Elektronen, unelastische Sekundärelektronen usw. von der Probenoberfläche emittiert. Von diesen Elektronen werden Si-KLL-Auger-Elektronen (mit einer kinetischen Energie von 1613 eV) durch den Energieanalysator für geladene Teilchen analysiert Figur 6 zeigt das Ergebnis der Analyse, wobei die Abszisse die Kanalzahl von 30 Elektroden der Multianode wiedergibt und die Intensität der KLL-Auger-Elektronen an jedem Kanal auf der Ordinate aufgetragen sind. Der Rotationswinkel der Probe in der Kurve wird durch Rotation um die mittige Achse 2 der Probe, angeordnet an Position 4 in Figur 5, erhalten. In diesem Fall wird keine Potentialdifferenz über die Ablenkelektroden 6, 6' gegeben. Der in dem Schema dargestellte Aufbau gibt Anisotropie der aus der Si (1 1 1) 7 x 7-Oberfläche emittierten KLL-Auger-Elektronen wieder. Es wird tatsächlich gefunden, daß jede der Falflinien in der Kurve sich in die rechten und linken Richtungen erstrecken, wenn die Probe gedreht wird. Der Pfeil in Figur 6 zeigt die Richtung der Symmetrieachse in der Si (1 1 1)-Oberfläche. Hinsichilich des Verlaufs der Pfeilmarklerungen ist es verständlich, daß der Winkel für jeden Kanal der Multianode 2,5º ist.
Figur 7 ist eine Darstellung, die die Wirkung der Ablenkelektrode am Ort eines Rotationswinkels Φ = 0º der Probe in Figur 6 zeigt. Jeder numerische Wert, der die Kraft einer Spannung an der Ablenkelektrode ausdrückt, bedeutet, welche Prozentsätze an Spannung für die sphärische Oberflächenelektrode 1 an die Ablenkelektrode 6, 6' angelegt wird, wobei positive Zeichen wiedergeben, daß eine Spannung über Elektroden 6, 6' in gerader Richtung zu der sphärischen Oberflächenelektrode angelegt wird und negative Zeichen wiedergeben, daß eine Spannung in entgegengesetzter Richtung dazu angelegt wird. Aus Figur 7 wird verständlich, daß ein anisotropes Muster der Kraft der KLL-Auger-Elektronen geändert wird, wenn die an die Ablenkelektroden angelegte Spannung geändert wird. Diese Änderung des anisotropen Musters zeigt eine Änderung in Abhängigkeit von der Änderung des Polarwinkels bei der Detektion von Auger- Elektronen aus der Oberfläche der Probe in Figur 5. Die Bestimmung des korrekten Polarwinkels für die Detektion der Auger-Elektronen ist in der vorstehend genannten Ausführungsform nicht ausgeführt worden.
Eine Beschreibung ergeht für den Fall der Verwendung eines Energieanalysators vom elektrostatischen konzentrischen sphärischen Oberflächentyp. Dieselbe Funktion wie beim Energieanalysator, mit dem gleichzeitig Winkel und Energie gemessen werden, können jedoch von einem Energieanalysator vom koaxialem Zylinderspiegeltyp bereitgestellt werden. In diesem speziellen Fall ist der gesamte Aufbau von letzterem gleich, mit Ausnahme, daß die Form der Elektroden und eine am Eintrittsschlitz der angeordneten Elektroden angelegte Spannung geändert werden.
Wie vorstehend beschrieben, stellt die Verwendung eines erfindungsgemaßen Energieanalysators, mit dem Winkel und Energie gleichzeitig gemessen werden, verglichen mit dem Analysator, der das Meßsystem, mit dem Winkel und Energie gleichzeitig gemessen werden, nicht besitzt, Vorteile bereit, wie nachstehend.
(1) Der Wirkungsgrad bei der Messung geladener Teilchen, die innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches emittiert werden, kann etwa einige zehranal bis etwa hundert[nal erhöht werden, wodurch die Meßzeit verkürzt werden kann. Folglich ist es möglich, den Einfluß durch Kontamination der Probenoberfläche im Laufe der Zeit zu verkleinern.
(2) Daher ist es nicht notwendig, die Meßvorrichtung zur Messung geladener Teilchen in Abhängigkeit vom Winkel zu bewegen, Vibrationen der Vorrichtung können beseitigt werden. Folglich ist die Messung eines sehr kleinen Bereichs (etwa 10 nm (100 Å) bis einige 100 nm (1000 Å)) durchführbar.
(3) Der Energieanalysator und ein Bewegungsmechanismus können auf einem Vakuumflansch installiert werden, wie einen Conflat-Flansch mit einem Durchmesser von 203 mm und es ist nicht notwendig, eine komplizierte Drehvorrichtung einzusetzen. Die gesamte Vorrichtung kann folglich klein gehalten werden Der Energieanalysator kann auf vielen Gebieten eingesetzt werden. Außerdem können die Handhabungen einfach ausgeführt werden.
Der erfindungsgemaße Energieanalysator weist außerdem die nachstehenden Vorteile im Vergleich mit üblichen Energieanalysatoren für geladene Teilchen, die eine gleichzeitige Winkel- und Energie-Meßfunktion aufweisen, auf.

(Beim Vergleich mit üblichen Analysatoren vom Typ 1)

(4) Es ist ausreichend, einen eindimensionalen ortsempfindlichen Schaltkreis als Meßschaltkreissystem zu verwenden. Das Schaltkreissystem ist kostengünstig und stellt einfache Datenverarbeitung bereit.

(Beim Vergleich mit dem sphärischen Spiegeltyp der üblichen Analysatoren vom Typ 1)

(5) Der erfindungsgemaße Analysator weist eine überaus gute Energieauflösung auf. Insbesondere ist eine ausreichende Auflösung erhäiflich, auch wenn der Energiebereich einige Tausend Elektronenvolt oder größer ist.
(6) Die Energieauflösung ist konstant, ungeachtet des Emissionswinkels aus einer Probe.

(Beim Vergleich mit dem Analysator vom ellipsoiden Spiegeltyp der üblichen Analysatoren vom Typ 1)

(7) Da die Elektroden zur Herstellung eines elektrostatischen Felds durch Kombination von zwei sphärischen Flächen konzentrisch aufgebaut sind und folglich der Aufbau einfach ist.

(Beim Vergleich mit üblichen Analysatoren der Typen 2 und 3)

(8) Die vorliegende Erfindung weist beide Funktionen der mit dem üblichen Analysator vom Typ 2 und Typ 3 ausgeführten Messung auf.
(9) Ein breiter Meßbereich des Emissionswinkels geladener Teilchen wird bereitgestellt. Insbesondere ist es möglich, im wesentlichen den gesamten Bereich zu messen, wenn man in der Lage ist, eine Vorrichtung zur Drehung in der Ebene auf einer Probe selbst zu montieren.

Claims

1. Energieanalysator mit sphärisch-flächiger Ablenkung vom elektrostatischen Typ zur Analyse der kinetischen Energie aus einer Probe emittierter oder gestreuter geladener Teilchen nach Bestrahlung mit Röntgen- oder Teilchenstrahlung unter Ausnutzung des Phänomens, daß sich die Bahn der geladenen Teilchen in Abhängigkeit von der Höhe der kinetischen Energie ändert, wenn die geladenen Teilchen durch ein zwischen einem Elektrodenpaar gebildetes elektrostatisches Feld geleitet werden, wobei das Elektrodenpaar gegenüberstehende Flächen aufweist, die Teile konzentrischer sphärischer Flächen sind, und wobei die zu analysierenden geladenen Teilchen durch ein Ende eines Abstandes geführt werden, der zwischen den gegenüberstehenden sphärischen Flächen gebildet wird; zur Bewegung längs der sphärischen Flächen abgelenkt werden und aus dem anderen Ende emittiert werden, wobei der Energieanalysator umfaßt:

eine Austrittsblende (10), angeordnet an der Stelle, an der die durch den Abstand zwischen dem Paar sphärischer Flächen (1) emittierten geladenen Teilchen eine gedachte gerade Linie (2), die durch die Mitte (3) der Krümmung der sphärischen Flächen und durch die Probe (4) führt, schneiden, wobei der Energieanalysator

gekennzeichnet ist durch

Schlitze (9, 14), angeordnet am vorderen Teil einer Eintrittsöffnung und am hinteren Teil einer Austrittsöffnung des zwischen den gegenüberstehenden sphärischen Flächen (1) gebildeten Abstandes, wobei jeder der Schlitze (9, 14) kreisbogenförmig ausgebildet ist mit seinem Krümmungszentrum auf der gedachten geraden Linie (2),

ein Paar Schlitzelektroden (5, 5', 6, 6'), angeordnet am kreisbogenförmigen Einlaßschlitz (14), wodurch die geladenen Teilchen abgelenkt oder gebremst werden, wenn sie durch den Abstand zwischen dem Paar Schlitzelektroden (5, 5', 6, 6') geleitet werden,

ein Detektor (12) vom ortsempfindlichen Typ, angeordnet am hinteren Teil der Austrittsblende (10) zur Detektion der geladenen Teilchen und

eine sich bewegende Vorrichtung zur Bewegung des gesamten Energieanalysators, parallel zur gedachten geraden Linie (2).

2. Energieanalysator nach Anspruch 1 für geladene Teilchen, wobei eine kreisbogenförmige Schlitzelektrode (11), deren Mitte auf der gedachten geraden Linie (2) liegt, zwischen der Austrittsblende (10) und dem Detektor (12) vom ortsempfindlichen Typ angeordnet ist, so daß die geladenen Teilchen, die durch die Schlitzelektrode (11) geleitet wurden, abgelenkt und gebremst werden, unter Ausbildung einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen der Schlitzelektrode (11) und dem Detektor (12) vom ortsempfindlichen Typ.

3. Energieanalysator mit Zylinderspiegel vom elektrostatischen Typ zur Analyse der kinetischen Energie aus einer Probe emittierter oder gestreuter geladener Teilchen nach Bestrahlung mit Röntgen- oder Teilchenstrahlung, durch Ausnutzen des Phänomens, daß sich die Bahn der geladenen Teilchen in Abhängigkeit von der Höhe der kinetischen Energie ändert, wenn die geladenen Teilchen durch ein zwischen einem Elektrodenpaar ausgebildetes elektrostatisches Feld geleitet werden, wobei das Elektrodenpaar gegenüberstehende Flächen aufweist, die aus koaxial zylindrischen Flächen bestehen und wobei die zu analysierenden geladenen Teilchen durch eine in einer inneren zylindrischen Elektrode gebildete Eintrittsöffnung eingeführt werden; in einem zwischen den zwei zylindrischen Flächen gebildeten Abstand abgelenkt werden und aus dem in der inneren zylindrischen Elektrode gebildeten Austrittsöffnung emittiert werden, wobei der Energieanalysator umfaßt:

Schlitze, angeordnet am vorderen Teil einer Eintrittsöffnung und am hinteren Teil einer Austrittsöffnung, gebildet in der inneren zylindrischen Elektrode,

dadurch gekennzeichnet, daß

jeder der Schlitze einen kreisbogenförmigen Schlitz darstellt, dessen Krümmungszentrum auf der rotationssymmetrischen Achse der zylindrischen Flächen liegt,

der Energieanalysator außerdem ein Paar Schlitzelektroden umfaßt, die am kreisbogenförmigen Einlaßschlitz angeordnet sind, wodurch die geladenen Teilchen, wenn sie durch den Abstand zwischen dem Paar Schlitzelektroden geleitet werden, abgelenkt und gebremst werden,

eine Austrittsblende, angeordnet an der Stelle, an der die durch die im Inneren der zylindrischen Flächen gebildete Austrittsöffnung emittierten geladenen Teilchen die rotationssymmetrische Achse der zylindrischen Flächen schneiden,

einen Detektor vom ortsempfindlichen Typ, angeordnet am hinteren Teil der Austrittsblende zur Detektion der geladenen Teilchen und

eine sich bewegende Vorrichtung zur Bewegung des gesamten Energieanalysators, parallel zur rotationssymmetrischen Achse.

4. Energieanalysator nach Anspruch 3 fur geladene Teilchen, wobei ein kreisbogenförmiger Schlitz, dessen Zentrum auf der rotationssymmetrischen Achse der zylindrischen Fläche liegt, zwischen der Austrittsblende und dem Detektor vom ortsempfindlichen Typ angeordnet ist, so daß die geladenen Teilchen die durch die Schlitzelektrode geleitet wurden, abgelenkt und gebremst werden, unter Ausbildung einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen der Schlitzelektrode und dem Detektor vom ortsempfindlichen Typ.