JP2004281333A - Electronic spectrometer - Google Patents

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JP2004281333A
JP2004281333A JP2003074739A JP2003074739A JP2004281333A JP 2004281333 A JP2004281333 A JP 2004281333A JP 2003074739 A JP2003074739 A JP 2003074739A JP 2003074739 A JP2003074739 A JP 2003074739A JP 2004281333 A JP2004281333 A JP 2004281333A
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Japan
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lens
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JP2003074739A
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Japanese (ja)
Inventor
Toyohiko Tazawa
豊彦 田澤
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic spectrometer in which a high precision analysis result is obtained without variations depending on the operators and, by improving the operability and automating the throttle operation, chemical state mapping of the test piece becomes possible. <P>SOLUTION: The electron spectrometer comprises an irradiation means for irradiating primary striae on the test piece, a field stop constructed so as to change the aperture, a first electron lens for focusing the electrons emitted from the test piece on the field stop, a preparation means for preparing an aperture of the field stop according to the magnifying power of the first electron lens and the analysis aperture of the test piece, a second electron lens for focusing the electrons that have passed the field stop on the entrance slit of an analyzer by decelerating, the analyzer for selecting the electrons that have passed the entrance slit by their energy, and a detecting means for detecting the electrons selected by the analyzer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光電子分光装置等の電子分光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光電子分光装置は、X線を試料表面に照射し、その照射により試料から放出される電子を光電子分光器で分析してエネルギースペクトルを得る装置である。この電子は光をあてると出て来る電子なので光電子と呼ばれる。この際得られたエネルギースペクトルを解析することによって、試料表面の元素およびその元素の化学状態を知ることができる。
【0003】
光電子分光装置においては、エネルギーアナライザの入射スリット上に試料面から放出された光電子を集束するためのインプットレンズ群に視野制限絞りと角度制限絞りを設け、視野制限絞り上に光電子を集束するレンズ倍率、視野制限絞りの径及び取り込まれる光電子の開角を制限する角度制限絞りによって、試料面上の分析領域の大きさ(分析径)を規定している。この時、視野制限及び角度制限絞りは、固定の口径の絞りを複数備えた固定型の絞りが使用されたり、あるいは虹彩型の口径が連続的に可変できる絞り機構を備えた虹彩型絞りが使用されたりしている。いずれの絞りも、設定条件に合わせて手動で調整を行っている。
【0004】
しかし、固定型の絞りの組み合わせを採用した装置では、分析対象となる分析領域が用意された絞り径の種類に限定される。また、連続可変である虹彩型絞りでは、絞り口径が操作者によって微妙に相違する場合があり、特に、数十マイクロメータの分析領域を設定する際には、分析結果への影響が大きかった。さらに、分析径の大きさとレンズ倍率に応じて、その都度絞りを変更することは煩雑であり、絞りの変更を忘れると希望する分析結果が得られない。従来技術として、自動制御による絞り移動機構を備えた蛍光X線分析装置がある(例えば、特許文献1)。
【0005】
【特許文献1】
特開平6−308060
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、操作者によりバラツキがない高精度の分析結果を得ること、及び、操作性の向上である。また、絞りの操作を自動化することにより、試料上の化学状態マッピングを行うことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の本発明は、試料に1次線を照射する照射手段と、開口径の変更可能な視野制限絞りと、前記1次線照射によって前記試料から放出された電子を前記視野制限絞り上に結像させる第1の電子レンズと、前記試料の分析径に応じて前記視野制限絞りの開口径を設定する視野制限絞り開口径設定手段と、前記視野制限絞りを通過した前記電子を減速させてアナライザの入射スリット上に結像させるための第2の電子レンズと、前記入射スリットを通過した前記電子をそのエネルギーによって選別するアナライザと、前記アナライザで選別された前記電子を検出する検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【0008】
第2の本発明は、前記視野制限絞りと前記第2の電子レンズの間に配置された開口径の変更可能な角度制限絞りと、前記試料の分析径に応じて前記角度制限絞りの開口径を設定する角度制限絞り開口径設定手段と、備えたことを特徴とする。
【0009】
第3の本発明は、前記電子を偏向させる偏向手段を備えたことを特徴とする。
【0010】
第4の本発明は、前記偏向手段による走査に対応した前記検出手段の検出結果により前記試料の化学状態マップを生成する化学状態マップ生成手段を備えたことを特徴とする。
【0011】
第5の本発明は、前記試料が置載され2次元方向に移動自在な試料移動手段と、前記試料移動手段の任意の移動量を設定する試料移動量設定手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0012】
第6の本発明は、前記試料移動手段による移動に対応した前記検出手段の検出結果により前記試料の化学状態マップを生成する化学状態マップ生成手段を備えたことを特徴とする。
【0013】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例の構成について説明する。図1は、本発明の光電子分光装置の一例を示したものである。101は分析室であり、図示しない排気装置により超高真空に排気されている。分析室101の真空度は図示しない真空ゲージでモニタされており、真空ゲージの検出出力はホストコンピュータ116に供給されている。X線源102は、分析室101に取り付けられており、分析室101に配置された試料123に軟X線(1次線)を照射して、光電子を励起するための励起光源である。X線源102は、図示しないX線源電源を介してホストコンピュータ116に接続されている。前記試料123は試料ホルダを介して試料ステージ104上に保持されている。試料ステージ104は分析室101に取り付けられており、試料ステージ位置調整機構103を調整することによって、X,YおよびZ方向に移動させることができる。磁場レンズ105は磁場型電子レンズであり、試料123の下方に配置されている。
【0014】
電子分光器は分析室101に取り付けられており、インプットレンズ124と、インプットレンズ124からの光電子をエネルギー分析するためのアナライザ110と、アナライザ110で選別された光電子を検出する検出器111で構成されている。インプットレンズ124は、試料側から順に、接地電極125−1、主倍率制御レンズ106、接地電極125−2、補助倍率制御レンズ107、接地電極125−3、静電型結像レンズ108、接地電極125−4、減速レンズ109から構成される。これらの各電極は、隣の電極と所定の間隔を置いて配置されている。いずれの電子レンズも、筒状の電極の静電型電子レンズを用いており、印加する電圧の変化により一定の範囲で倍率を変えることができる。
【0015】
インプットレンズ124には円形の視野制限絞り112と角度制限絞り113が配置されている。視野制限絞り112は、試料面上で発生した光電子を取り込む領域を制限するために設けられており、この絞りによって、試料上の分析領域が制限される。視野制限絞り112は、補助倍率制御レンズ107と結像レンズ108間に、インプットレンズ124の筒内を仕切るように配置されている。視野制限絞り112の開口の中心は、図3に示すように、インプットレンズ124の光軸上に位置している。視野制限絞り112は、図5に示すような可動絞り羽根502を備えた虹彩絞り501が用いられており、絞り制御ユニット119によりコンピュータ制御された視野制限絞り開口径調整機構113をロータリーエンコーダ付きサーボモータで駆動することによって、視野制限絞り112の開口径を連続して変えることができる。サーボモータの替わりにステッピングモータを用いてもよい。また、角度制限絞り113は、視野制限絞り112と静電型結像レンズ108間に、インプットレンズ124の筒内を仕切るように配置されている。角度制限絞り113は、視野制限絞り112を通過した光電子の取込角度を制限するために設けられており、この角度制限絞り113によって、レンズ系の球面収差によるボケを低減し、試料上の分析領域の精度を補償することができる。視野制限絞り112と同様に、角度制限絞り113の開口の中心はインプットレンズ124の光軸上に位置し、虹彩絞り501を用い角度制限絞り開口径調整機構115により虹彩を調整することによって開口径を連続して変えることができる。
【0016】
アナライザ110はインプットレンズ124に続いて設置されており、入口には入射スリット126を備え、出口には光電子検出器111を備える。アナライザの上下方向には電極が配置されており、印可する電圧を変化させることにより、任意の速度の光電子のみが光電子検出器111に到達するよう調整することができる。
【0017】
また、磁場レンズ108、インプットレンズ124、絞り112・113、アナライザ110及び光電子検出器111は、それぞれ結像レンズ制御ユニット118、インプットレンズ制御ユニット120、絞り制御ユニット119、アナライザ制御ユニット121及び光電子検出器制御ユニット122により制御され、制御インターフェース117を介して、ホストコンピュータ116の下で制御される。
【0018】
以上、各部の構成について説明してきたが、次に、動作について図1を用いて説明する。まず、操作者は、ホストコンピュータ116の条件設定画面から所望の分析径を選択することにより、試料の分析径の設定を行う。このとき、直接数値入力によって分析径を設定するようにしてもよい。ホストコンピュータ116は、測定制御ソフトウェアにより、設定された分析径の領域から光電子を取り込むために収差が少なく最適な電子レンズの倍率及びそれに合わせた絞り径の算出を行う。レンズ倍率は、分析径が視野制限絞り上に投影される倍率である。つまり、電子レンズは設定できる倍率の範囲が限定されているため、ホストコンピュータ116は予め定義された電子レンズ制御テーブルから、設定された分析径で測定するための電子レンズの組み合わせとレンズ倍率を選択する。図6は、電子レンズの組み合わせを示すテーブルの例である。分析径が2mmの場合は、磁場レンズは使用されず、主倍率制御レンズと補助倍率制御レンズの組み合わせで、レンズ倍率5倍となる。そして、図示しないレンズ設定電圧テーブルにより、主倍率制御レンズ106、補助倍率制御レンズ107及び静電型結像レンズ109に印加する電圧が決められる。レンズ倍率により決定した絞り径により、それぞれの絞りの口径と絞り調整機構の回転角度の関係を示す図示しないテーブルから、絞り調整機構の回転角度を算出する。ホストコンピュータ116は、この絞り駆動機構の回転角度を絞り制御ユニット119に設定する。絞り制御ユニット119は設定された回転角度となるように、ロータリーエンコーダを備えたサーボモータで絞り調整機構114・115を駆動する。
【0019】
このとき、分析径に応じて絞りがコンピュータ制御されるので、絞り径の操作者による微妙なバラツキがなく、高精度な結果を得ることができる。また、絞りの自動化により、絞りの操作を忘れることもなく、煩雑な操作もないので、効率よく分析を行うことができる。
【0020】
ホストコンピュータ116は、光電子検出制御ユニット122、アナライザ制御ユニット121に所定の分析条件により算出されたデータを設定する。また、ホストコンピュータ116は、視野制限絞り112と角度制限絞り113を通過した光電子が、適切に減速するような減速レンズ109の電圧を、インプットレンズ制御ユニット120に対して設定する。
【0021】
さて、ホストコンピュータ116は、分析室101の真空引きが完了すると、試料123にX線源102を用いてX線照射を行うためのX線照射信号を、図示しないX線源電源に送る。試料123にX線が照射されると、光電子が試料表面から放出される。この光電子による電子線は、主倍率制御レンズ106と補助倍率制御レンズ107によって、視野制限絞り112上に結像される。つまり、視野制限絞り112の開口径がかなり小さく設定されていても、多くの光電子が視野制限絞り112の開口を通過し、アナライザ110内に取り込まれる。このため、S/N比の良いスペクトルを短時間に得ることができる。なお、本実施例における第1の電子レンズは、主倍率制御レンズ106と補助倍率制御レンズ107の2段レンズで構成されているので、それぞれの電子レンズに印加する電圧を変更することで、より広範囲のレンズ倍率に対応することができる。レンズ倍率を変更した場合は、光電子が視野制限絞り112上で結像する径が異なるため、視野制限絞り112の開口径も変更される。
【0022】
視野制限絞り112の開口部を通過し、さらに角度制限絞り113の開口部を通過した光電子は、静電型結像レンズ108によりアナライザ110の入射スリット31上に結像されるため、絞りを通過した全ての光電子がアナライザ110に入る。また、光電子は減速レンズ109によって適切に減速される。アナライザ110の分析エネルギーに応じて減速レンズ109への印加電圧が変更されると、光電子が入射スリット31上に結像するように静電型結像レンズ108への印加電圧が変更される。
【0023】
なお、図3は、インプットレンズ124の光電子取り込みに関する光線図を模式的に示したものである。
【0024】
さて、入射スリット126を通過した光電子は、アナライザ110でエネルギー分光され、所定の速度の光電子のみ光電子検出器111に到達する。なお、分析中にアラナイザ内部の排気が必要な場合は、アナライザ110に接続された図示しない排気装置によって排気される。光電子を検出した検出器111は、検出した光電子を電気信号に変換して出力し、図示しないパルス計測システムを介してホストコンピュータ116に取り込まれる。ホストコンピュータ116は、取り込んだ信号から光電子スペクトルを生成し、表示装置の画面上に表示させる。物質の化学的性質は原子の結合状態に左右さるため、光電子スペクトルから物質の結合状態を知ることができると化学的性質が分かる。
【0025】
上記例では、磁場レンズ105はオフされたが、この磁場レンズ105を用いて、試料から発生した光電子を視野制限絞り112上に結像するようにしても良い。その場合、主倍率制御レンズ106はオフされ、磁場レンズ105と補助倍率制御レンズ107によって、試料から発生した光電子は視野制限絞り112上に結像される。磁場レンズ105は、分析径が1mm未満の時に用いられる場合が多い。
【0026】
次に、別の実施例について説明する。図2は、図1に試料ステージ調整機構制御ユニット127及び偏光器128を付加したものである。偏向器は、接地電極125−1の近傍に配置され、電場を試料表面に並行なX,Y方向に偏向させる。この場合、電場を変化させて電子レンズ中心軸上にない試料の微小分析領域を取り込めるように走査させる第1の偏向器と、走査した電子線を視野制限絞りに角度を付けずに入射するように電子レンズ中心軸に偏向させる第2の偏向器を備え、2段階に偏向してもよい。光電子取り込みに関する模式的な光線図は図4のようになる。視野制限絞り112の開口径を微小領域分析に対応した大きさに設定し、偏向器により電場を二次元的に走査させるようにすれば、まず試料上の大領域について分析し、次にその大領域中の各ポイント(各微小領域)から発生した光電子を順にアラナイザ110に取り込んで検出器111で検出することができる。そして、ホストコンピュータ116は、偏向器128による走査に対応させて検出器111からの信号を内部メモリに書き込み、その記憶した情報に基づき、試料表面の大領域についての化学状態マップを作成し、表示画面上に表示させる。
【0027】
さらに、別の実施例について説明する。本実施例は、図2において、コンピュータ制御でXY方向に調整可能な試料ステージ位置調整機構を備えることを特徴とする。試料ステージ位置調整機構はXYテーブルを用い、試料ステージ位置調整機構制御ユニットによりコンピュータ制御されたサーボモータ又はステッピングモータにより駆動されている。前記実施例と同様に、視野制限絞り112の開口径を微小領域分析に対応した大きさに設定し、試料ステージ位置調整機構を移動させれば、試料上の大領域について、その大領域中の各ポイント(各微小領域)から発生した光電子を順にアラナイザ110に取り込んで検出器111で検出することができる。ホストコンピュータ116は、試料ステージ位置調整機構の移動に対応させて検出器111からの信号を内部メモリに書き込み、その記憶した情報に基づき、試料表面の大領域についての化学状態マップを作成し、表示画面上に表示させる。この場合、比較的広い分析径で試料を分析し、被測定試料の解析に必要となる元素又は特定元素の化学状態を検知した場合、それがどの様に分析しているかを解析するため分析径を小さくして化学状態マッピングをおこなってもよい。試料ステージ位置調整機構は移動量が多いため、偏向器によるものより広範囲の化学状態マッピングを行うことができるが、精度は偏向器によるもののほうが高い。
【0028】
なお、本発明は上記例に限定されるものではない。実施例では軟X線を試料に照射しているが、軟X線源の代わりに真空紫外光源(ヘリウム共鳴線源)を装置に組込み、真空紫外光を試料に照射するようにしても良い。このように、低いエネルギーの1次線を試料に当てることにより、ガス反応処理による試料表面の化学状態変化を、得られた価電子帯のスペクトルから求めることができる。
【0029】
さらに、本発明はオージェ電子分光装置などの電子分光装置にも適用することができる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明で、分析径を規定する絞りの開口径がコンピュータで制御されることにより、操作者による分析径のバラツキがなく、常に機械的制度の範囲で分析径が再現されるようになり、かつ、操作性が向上する。
【0031】
また、分析径を規定する絞りの開口径がコンピュータで制御されることにより自動化が可能になり、試料表面の化学状態マッピングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光電子分光装置である。
【図2】本発明による化学状態マッピングを行う光電子分光装置である。
【図3】本発明による光電子取り込みに関する光線の模式的図である。
【図4】本発明による偏向させて光電子取り込みに関する光線の模式的図である。
【図5】虹彩を用いた絞りの平面図である(図1における矢視A)。
【図6】電子レンズ制御テーブルである
【符号の説明】
101 分析室、102 X線源、103 試料ステージ位置調整機構、104試料ステージ、105 磁場レンズ、106 主倍率制御レンズ、107 補助倍率制御レンズ、108 静電型結像レンズ、109 減速レンズ、110 アナライザ、111 光電子検出器、112 視野制限絞り、113 角度制限絞り、114 視野制限絞り調整機構、115 角度制限絞り調整機構、116ホストコンピュータ、117 制御インターフェース、118 磁場レンズ制御ユニット、119 絞り制御ユニット、120 インプットレンズ制御ユニット、121 アナライザ、122 光電子検出器制御ユニット、123 試料、124 インプットレンズ、125 接地レンズ、126 入射スリット、127 試料ステージ調整機構制御ユニット、128 偏向器
301 試料、302 主倍率制御レンズ、303 補助倍率制御レンズ、304 視野制限絞り、305 角度制限絞り、306 結像レンズ、307 減速レンズ、308 入射スリット、309 レンズ中心軸、310 偏向器
501 虹彩絞り、502 可変絞り羽根
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron spectrometer such as a photoelectron spectrometer.
[0002]
2. Description of the Related Art A photoelectron spectrometer is a device that irradiates a sample surface with X-rays and analyzes electrons emitted from the sample by the irradiation with a photoelectron spectrometer to obtain an energy spectrum. These electrons are called photoelectrons because they come out when exposed to light. By analyzing the energy spectrum obtained at this time, the element on the sample surface and the chemical state of the element can be known.
[0003]
In a photoelectron spectrometer, a field limiting aperture and an angle limiting aperture are provided in an input lens group for focusing photoelectrons emitted from a sample surface on an entrance slit of an energy analyzer, and a lens magnification for focusing photoelectrons on the field limiting aperture. The size (analysis diameter) of the analysis area on the sample surface is defined by the diameter of the field-of-view limiting aperture and the angle-limiting aperture that limits the opening angle of the photoelectrons taken in. At this time, as the field-of-view limiting and the angle-limiting aperture, a fixed-type aperture having a plurality of apertures of a fixed aperture is used, or an iris-type aperture having an aperture mechanism capable of continuously varying the aperture of the iris is used. Has been done. Each of the apertures is manually adjusted according to the setting conditions.
[0004]
However, in an apparatus employing a combination of fixed diaphragms, the analysis region to be analyzed is limited to the prepared diaphragm diameter type. In the case of an iris-type diaphragm that is continuously variable, the aperture diameter may be slightly different depending on the operator. Particularly, when an analysis region of several tens of micrometers is set, the influence on the analysis result is large. Further, it is complicated to change the aperture every time according to the size of the analysis diameter and the lens magnification, and a desired analysis result cannot be obtained unless the aperture is changed. As a conventional technique, there is an X-ray fluorescence analyzer provided with a diaphragm moving mechanism by automatic control (for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-6-308060
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to obtain a high-precision analysis result without variation among operators and to improve operability. Another object of the present invention is to perform chemical state mapping on a sample by automating the operation of the aperture.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided an irradiation means for irradiating a sample with a primary ray, a field-of-view limiting aperture whose aperture diameter can be changed, and an electron emitted from the sample by the primary beam irradiation on the field-of-view limiting aperture. A first electron lens to form an image, a field-limiting aperture setting means for setting an aperture of the field-limiting aperture according to an analysis diameter of the sample, and a deceleration of the electrons passing through the field-limiting aperture. A second electron lens for forming an image on the entrance slit of the analyzer, an analyzer that sorts the electrons that have passed through the entrance slit by the energy thereof, and a detection unit that detects the electrons that are sorted by the analyzer, It is characterized by having.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an angle-limiting aperture having a variable aperture diameter disposed between the field-of-view limiting aperture and the second electron lens, and an aperture diameter of the angle-limiting aperture according to an analysis diameter of the sample. Angle limiting aperture opening diameter setting means for setting
[0009]
A third aspect of the present invention is characterized in that a deflection unit for deflecting the electrons is provided.
[0010]
A fourth aspect of the present invention is characterized in that a chemical state map generating means for generating a chemical state map of the sample based on a detection result of the detecting means corresponding to scanning by the deflecting means is provided.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a sample moving unit on which the sample is placed and movable in a two-dimensional direction, a sample moving amount setting unit for setting an arbitrary moving amount of the sample moving unit,
It is characterized by having.
[0012]
A sixth aspect of the present invention is characterized in that a chemical state map generating means for generating a chemical state map of the sample based on a detection result of the detecting means corresponding to the movement by the sample moving means is provided.
[0013]
【Example】
Hereinafter, the configuration of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of the photoelectron spectroscopy apparatus of the present invention. An analysis chamber 101 is evacuated to an ultra-high vacuum by an exhaust device (not shown). The degree of vacuum in the analysis chamber 101 is monitored by a vacuum gauge (not shown), and the detection output of the vacuum gauge is supplied to a host computer 116. The X-ray source 102 is attached to the analysis room 101, and is an excitation light source for irradiating the sample 123 arranged in the analysis room 101 with soft X-rays (primary rays) to excite photoelectrons. The X-ray source 102 is connected to a host computer 116 via an X-ray source power supply (not shown). The sample 123 is held on the sample stage 104 via a sample holder. The sample stage 104 is attached to the analysis room 101, and can be moved in the X, Y and Z directions by adjusting the sample stage position adjusting mechanism 103. The magnetic field lens 105 is a magnetic field type electron lens, and is arranged below the sample 123.
[0014]
The electron spectrometer is attached to the analysis room 101, and includes an input lens 124, an analyzer 110 for performing energy analysis of photoelectrons from the input lens 124, and a detector 111 for detecting photoelectrons selected by the analyzer 110. ing. The input lens 124 includes, in order from the sample side, a ground electrode 125-1, a main magnification control lens 106, a ground electrode 125-2, an auxiliary magnification control lens 107, a ground electrode 125-3, an electrostatic imaging lens 108, and a ground electrode. 125-4 and a deceleration lens 109. Each of these electrodes is arranged at a predetermined distance from an adjacent electrode. Each electron lens uses an electrostatic electron lens having a cylindrical electrode, and the magnification can be changed within a certain range by changing the applied voltage.
[0015]
The input lens 124 is provided with a circular field limiting aperture 112 and a circular angle limiting aperture 113. The field-of-view limiting aperture 112 is provided to limit an area for taking in photoelectrons generated on the sample surface, and the aperture limits an analysis area on the sample. The field limiting aperture 112 is disposed between the auxiliary magnification control lens 107 and the imaging lens 108 so as to partition the inside of the cylinder of the input lens 124. As shown in FIG. 3, the center of the opening of the field limiting aperture 112 is located on the optical axis of the input lens 124. An iris diaphragm 501 having a movable diaphragm blade 502 as shown in FIG. 5 is used as the field limiting diaphragm 112, and a field limiting diaphragm opening diameter adjusting mechanism 113 computer-controlled by a diaphragm control unit 119 is provided with a servo with a rotary encoder. By driving with a motor, the aperture diameter of the field-of-view limiting aperture 112 can be changed continuously. A stepping motor may be used instead of the servo motor. The angle limiting aperture 113 is arranged between the field limiting aperture 112 and the electrostatic imaging lens 108 so as to partition the inside of the input lens 124. The angle limiting aperture 113 is provided to limit the take-in angle of the photoelectrons that have passed through the field limiting aperture 112. The angle limiting aperture 113 reduces blur caused by the spherical aberration of the lens system, and performs analysis on the sample. The accuracy of the area can be compensated. Similarly to the field limiting aperture 112, the center of the opening of the angle limiting aperture 113 is located on the optical axis of the input lens 124, and the iris 501 is used to adjust the iris by the angle limiting aperture adjusting mechanism 115 to adjust the aperture. Can be changed continuously.
[0016]
The analyzer 110 is installed following the input lens 124, and has an entrance slit 126 at the entrance and a photoelectron detector 111 at the exit. Electrodes are arranged in the vertical direction of the analyzer. By changing the applied voltage, adjustment can be made so that only photoelectrons of an arbitrary speed reach the photoelectron detector 111.
[0017]
The magnetic lens 108, the input lens 124, the apertures 112 and 113, the analyzer 110, and the photoelectron detector 111 are respectively formed by an imaging lens control unit 118, an input lens control unit 120, an aperture control unit 119, an analyzer control unit 121, and a photoelectron detection. And is controlled by the host computer 116 via the control interface 117.
[0018]
The configuration of each unit has been described above. Next, the operation will be described with reference to FIG. First, the operator sets the analysis diameter of the sample by selecting a desired analysis diameter from the condition setting screen of the host computer 116. At this time, the analysis diameter may be set by directly inputting a numerical value. The host computer 116 uses the measurement control software to calculate the optimal magnification of the electron lens with a small amount of aberration and the aperture diameter corresponding to the photoelectrons from the region of the set analysis diameter. Lens magnification is the magnification at which the analysis diameter is projected onto the field limiting aperture. In other words, since the range of magnification that can be set for the electronic lens is limited, the host computer 116 selects a combination of the electronic lens and the lens magnification for measurement at the set analysis diameter from a predefined electron lens control table. I do. FIG. 6 is an example of a table showing combinations of electronic lenses. When the analysis diameter is 2 mm, the magnetic field lens is not used, and the lens magnification becomes 5 times by the combination of the main magnification control lens and the auxiliary magnification control lens. A voltage to be applied to the main magnification control lens 106, the auxiliary magnification control lens 107, and the electrostatic imaging lens 109 is determined by a lens setting voltage table (not shown). Based on the aperture diameter determined by the lens magnification, the rotation angle of the aperture adjustment mechanism is calculated from a table (not shown) showing the relationship between the aperture of each aperture and the rotation angle of the aperture adjustment mechanism. The host computer 116 sets the rotation angle of the aperture driving mechanism in the aperture control unit 119. The aperture control unit 119 drives the aperture adjustment mechanisms 114 and 115 with a servomotor equipped with a rotary encoder so that the rotation angle becomes the set rotation angle.
[0019]
At this time, since the aperture is computer-controlled according to the analysis diameter, there is no slight variation in the aperture diameter by the operator, and a highly accurate result can be obtained. In addition, the automation of the diaphragm does not forget the operation of the diaphragm and does not involve a complicated operation, so that the analysis can be performed efficiently.
[0020]
The host computer 116 sets data calculated under predetermined analysis conditions in the photoelectron detection control unit 122 and the analyzer control unit 121. Further, the host computer 116 sets the voltage of the deceleration lens 109 to the input lens control unit 120 such that the photoelectrons that have passed through the field limiting aperture 112 and the angle limiting aperture 113 appropriately decelerate.
[0021]
When the evacuation of the analysis chamber 101 is completed, the host computer 116 sends an X-ray irradiation signal for performing X-ray irradiation on the sample 123 using the X-ray source 102 to an X-ray source power supply (not shown). When the sample 123 is irradiated with X-rays, photoelectrons are emitted from the sample surface. The electron beam generated by the photoelectrons is imaged on the field limiting aperture 112 by the main magnification control lens 106 and the auxiliary magnification control lens 107. That is, even if the aperture diameter of the field limiting aperture 112 is set to be considerably small, many photoelectrons pass through the aperture of the field limiting aperture 112 and are taken into the analyzer 110. Therefore, a spectrum having a good S / N ratio can be obtained in a short time. Since the first electronic lens in this embodiment is composed of a two-stage lens of the main magnification control lens 106 and the auxiliary magnification control lens 107, changing the voltage applied to each of the electronic lenses makes the first electronic lens more variable. It can handle a wide range of lens magnifications. When the lens magnification is changed, the diameter at which the photoelectrons image on the field-of-view limiting aperture 112 is different, so the aperture diameter of the field-of-view limiting aperture 112 is also changed.
[0022]
The photoelectrons that have passed through the aperture of the field-limiting aperture 112 and further passed through the aperture of the angle-limiting aperture 113 are imaged on the entrance slit 31 of the analyzer 110 by the electrostatic imaging lens 108, and thus pass through the aperture. All the photoelectrons that have entered enter the analyzer 110. The photoelectrons are appropriately decelerated by the deceleration lens 109. When the voltage applied to the deceleration lens 109 is changed according to the analysis energy of the analyzer 110, the voltage applied to the electrostatic imaging lens 108 is changed so that photoelectrons are imaged on the entrance slit 31.
[0023]
FIG. 3 schematically shows a light beam diagram relating to the photoelectron capture of the input lens 124.
[0024]
The photoelectrons that have passed through the entrance slit 126 are subjected to energy spectroscopy by the analyzer 110, and only photoelectrons at a predetermined speed reach the photoelectron detector 111. If the inside of the alanizer needs to be exhausted during the analysis, it is exhausted by an exhaust device (not shown) connected to the analyzer 110. The detector 111 that has detected the photoelectrons converts the detected photoelectrons into an electric signal and outputs the electric signal, which is taken into the host computer 116 via a pulse measurement system (not shown). The host computer 116 generates a photoelectron spectrum from the captured signal and displays the spectrum on a screen of a display device. Since the chemical property of a substance depends on the bonding state of atoms, the chemical property can be known if the bonding state of the substance can be known from the photoelectron spectrum.
[0025]
In the above example, the magnetic lens 105 is turned off. However, the magnetic lens 105 may be used to form an image of the photoelectrons generated from the sample on the field-of-view limiting aperture 112. In this case, the main magnification control lens 106 is turned off, and photoelectrons generated from the sample are imaged on the field-of-view limiting aperture 112 by the magnetic field lens 105 and the auxiliary magnification control lens 107. The magnetic lens 105 is often used when the analysis diameter is less than 1 mm.
[0026]
Next, another embodiment will be described. FIG. 2 is obtained by adding a sample stage adjustment mechanism control unit 127 and a polarizer 128 to FIG. The deflector is disposed near the ground electrode 125-1 and deflects the electric field in the X and Y directions parallel to the sample surface. In this case, a first deflector for changing the electric field to scan so as to capture a micro-analysis region of the sample that is not on the center axis of the electron lens, and the scanned electron beam is incident on the field limiting aperture without making an angle. A second deflector for deflecting the electron lens toward the central axis may be provided to deflect in two stages. FIG. 4 is a schematic ray diagram relating to photoelectron capture. If the aperture diameter of the field-of-view limiting aperture 112 is set to a size corresponding to the analysis of a small area and the electric field is scanned two-dimensionally by a deflector, a large area on the sample is analyzed first, and then the large area is analyzed. Photoelectrons generated from each point (each minute area) in the area can be sequentially taken into the alanizer 110 and detected by the detector 111. Then, the host computer 116 writes a signal from the detector 111 into the internal memory in accordance with the scanning by the deflector 128, creates a chemical state map for a large area of the sample surface based on the stored information, and displays the map. Display on the screen.
[0027]
Further, another embodiment will be described. This embodiment is characterized in that a sample stage position adjusting mechanism that can be adjusted in the X and Y directions by computer control in FIG. 2 is provided. The sample stage position adjusting mechanism uses an XY table, and is driven by a servo motor or a stepping motor that is computer-controlled by the sample stage position adjusting mechanism control unit. As in the previous embodiment, the aperture diameter of the field limiting aperture 112 is set to a size corresponding to the micro area analysis, and the sample stage position adjustment mechanism is moved. Photoelectrons generated from each point (each minute area) can be sequentially taken into the alanizer 110 and detected by the detector 111. The host computer 116 writes a signal from the detector 111 in the internal memory in accordance with the movement of the sample stage position adjusting mechanism, creates a chemical state map for a large area of the sample surface based on the stored information, and displays the map. Display on the screen. In this case, the sample is analyzed with a relatively wide analysis diameter, and when the chemical state of an element or a specific element required for the analysis of the sample to be measured is detected, the analysis diameter is used to analyze how it is analyzed. May be reduced for chemical state mapping. Since the sample stage position adjusting mechanism has a large moving amount, it can perform a wider range of chemical state mapping than that using a deflector, but the accuracy using a deflector is higher.
[0028]
Note that the present invention is not limited to the above example. In the embodiment, the sample is irradiated with soft X-rays. However, a vacuum ultraviolet light source (helium resonance ray source) may be incorporated in the apparatus instead of the soft X-ray source, and the sample may be irradiated with vacuum ultraviolet light. In this manner, by applying a low-energy primary beam to the sample, a change in the chemical state of the sample surface due to the gas reaction treatment can be obtained from the obtained spectrum of the valence band.
[0029]
Further, the present invention can be applied to an electron spectroscope such as an Auger electron spectroscope.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, by controlling the aperture diameter of the aperture defining the analysis diameter by a computer, there is no variation in the analysis diameter by the operator, and the analysis diameter is always reproduced within the range of the mechanical accuracy. And operability is improved.
[0031]
Further, since the aperture diameter of the aperture defining the analysis diameter is controlled by a computer, automation becomes possible, and chemical state mapping of the sample surface can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a photoelectron spectroscopy apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a photoelectron spectroscopy apparatus for performing chemical state mapping according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of light rays related to photoelectron capture according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of light beams related to deflected photoelectron capture according to the present invention.
FIG. 5 is a plan view of an aperture using the iris (A in FIG. 1).
FIG. 6 is an electronic lens control table.
Reference Signs List 101 analysis room, 102 X-ray source, 103 sample stage position adjustment mechanism, 104 sample stage, 105 magnetic field lens, 106 main magnification control lens, 107 auxiliary magnification control lens, 108 electrostatic imaging lens, 109 deceleration lens, 110 analyzer , 111 photoelectron detector, 112 field limiting aperture, 113 angle limiting aperture, 114 field limiting aperture adjusting mechanism, 115 angle limiting aperture adjusting mechanism, 116 host computer, 117 control interface, 118 magnetic field lens control unit, 119 aperture control unit, 120 Input lens control unit, 121 analyzer, 122 photoelectron detector control unit, 123 sample, 124 input lens, 125 ground lens, 126 entrance slit, 127 sample stage adjustment mechanism control unit, 128 deflector 30 Sample, 302 main magnification control lens, 303 auxiliary magnification control lens, 304 field limiting aperture, 305 angle limiting aperture, 306 imaging lens, 307 deceleration lens, 308 entrance slit, 309 lens center axis, 310 deflector 501 iris diaphragm, 502 Variable aperture blade

Claims (6)

試料に1次線を照射する照射手段と、
開口径の変更可能な視野制限絞りと、
前記1次線照射によって前記試料から放出された電子を前記視野制限絞り上に結像させる第1の電子レンズと、
前記試料の分析径に応じて前記視野制限絞りの開口径を設定する視野制限絞り開口径設定手段と、
前記視野制限絞りを通過した前記電子を減速させてアナライザの入射スリット上に結像させるための第2の電子レンズと、
前記入射スリットを通過した前記電子をそのエネルギーによって選別するアナライザと、
前記アナライザで選別された前記電子を検出する検出手段と、
を備えた電子分光装置。
Irradiating means for irradiating the sample with a primary beam;
A field-of-view aperture stop with a variable aperture diameter,
A first electron lens that forms an image of electrons emitted from the sample by the primary beam irradiation on the field-of-view limiting aperture;
Field-of-view limiting aperture opening diameter setting means for setting the aperture of the field-limiting aperture according to the analysis diameter of the sample,
A second electron lens for decelerating the electrons passing through the field-of-view limiting aperture to form an image on the entrance slit of the analyzer;
An analyzer that sorts the electrons that have passed through the entrance slit by their energy,
Detecting means for detecting the electrons selected by the analyzer,
Electron spectroscopy device equipped with.
前記視野制限絞りと前記第2の電子レンズの間に配置された開口径の変更可能な角度制限絞りと、
前記試料の分析径に応じて前記角度制限絞りの開口径を設定する角度制限絞り開口径設定手段と、
備えたことを特徴とする請求項1に記載された電子分光装置。
An angle-limiting aperture that can change an aperture diameter and is disposed between the field-of-view limiting aperture and the second electronic lens;
Angle limiting aperture opening diameter setting means for setting the aperture diameter of the angle limiting aperture according to the analysis diameter of the sample,
The electron spectroscopy device according to claim 1, further comprising:
前記電子を偏向させる偏向手段を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された電子分光装置。3. The electron spectroscopy apparatus according to claim 1, further comprising a deflecting unit for deflecting the electrons. 前記偏向手段による走査に対応した前記検出手段の検出結果により前記試料の化学状態マップを生成する化学状態マップ生成手段を備えたことを特徴とする請求項3に記載した電子分光装置。4. The electron spectroscopy apparatus according to claim 3, further comprising: a chemical state map generating unit configured to generate a chemical state map of the sample based on a detection result of the detection unit corresponding to the scanning by the deflection unit. 前記試料が置載され2次元方向に移動自在な試料移動手段と、前記試料移動手段の任意の移動量を設定する試料移動量設定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載した電子分光装置。
A sample moving unit on which the sample is mounted and movable in a two-dimensional direction; a sample moving amount setting unit for setting an arbitrary moving amount of the sample moving unit;
The electron spectrometer according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記試料移動手段による移動に対応した前記検出手段の検出結果により前記試料の化学状態マップを生成する化学状態マップ生成手段を備えたことを特徴とする請求項6に記載した電子分光装置。7. The electron spectroscopy apparatus according to claim 6, further comprising: a chemical state map generating unit configured to generate a chemical state map of the sample based on a detection result of the detecting unit corresponding to the movement by the sample moving unit.
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