JP3360115B2 - Angle-resolved electron spectrometer with diffraction plane aperture transmission energy control system and analysis method using this spectrometer - Google Patents

Angle-resolved electron spectrometer with diffraction plane aperture transmission energy control system and analysis method using this spectrometer

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JP3360115B2
JP3360115B2 JP2000077071A JP2000077071A JP3360115B2 JP 3360115 B2 JP3360115 B2 JP 3360115B2 JP 2000077071 A JP2000077071 A JP 2000077071A JP 2000077071 A JP2000077071 A JP 2000077071A JP 3360115 B2 JP3360115 B2 JP 3360115B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、回折面アパチャ
ー透過エネルギー制御方式の角度分解型電子分光器及び
この分光器を用いた分析方法に係り、特に、X線光電子
分光装置、オージェ電子分光装置、光電子回折装置等の
回折面アパチャー透過エネルギー制御方式の角度分解型
電子分光器及びこの分光器を用いた分析方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angle-resolved electron spectrometer of a diffraction plane aperture transmission energy control type and an analysis method using the spectrometer, and more particularly to an X-ray photoelectron spectrometer, an Auger electron spectrometer, and the like. The present invention relates to an angle-resolved electron spectrometer of a diffraction surface aperture transmission energy control system such as a photoelectron diffraction device and an analysis method using the spectrometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】X線光電子分光装置、オージェ電子分光
装置、光電子回折装置等の電子分光装置は、固体表面の
分析装置として知られ、現在までに様々な製品が実用化
され、半導体産業及び工業材料産業の分野で利用されて
いる。
2. Description of the Related Art Electron spectrometers such as an X-ray photoelectron spectrometer, an Auger electron spectrometer, and a photoelectron diffractometer are known as analyzers for solid surfaces. Used in the material industry.

【0003】これらの電子分光装置において、角度分解
型電子分光測定を利用する装置では、光電子・オージェ
電子分光(XPS,AES)測定或いはイオンを扱った
同様の測定で角度分解計測を実現している。この電子分
光装置は、表面分析技術分野のみならず分光分析技術分
野の技術を利用して、また、電子を電子光学的或いは幾
何学的に角度制限にするという観点から電子光学の分野
の技術を利用して実現できる装置として知られている。
[0003] In these electron spectrometers, an apparatus using angle-resolved electron spectroscopy realizes angle-resolved measurement by photoelectron / Auger electron spectroscopy (XPS, AES) measurement or similar measurement using ions. . This electron spectroscopy device utilizes the technology of the field of electro-optics from the viewpoint of using not only the surface analysis technology but also the technology of the spectroscopic analysis technology, and from the viewpoint of limiting the angle of electrons to an electro-optical or geometric angle. It is known as a device that can be realized by using it.

【0004】従来の電子分光装置に適用される角度分解
型電子分光測定には,主に下記に述べる2つの測定方法
がある。この2つの測定方法では、いずれも半球型アナ
ライザーと入射レンズとの組み合わせが用いられてい
る。半球型アナライザーと入射レンズとの組み合わせを
用いた電子分光装置では、測定における高エネルギー分
解能化が実現される。より詳細には、入射レンズ内で電
子を減速せることによって、アナライザー内で運動エネ
ルギーが一定にされ、結果として、測定する電子のエネ
ルギーの大小に拘わらず、エネルギー分解能を一定にす
ることができ、また、入射レンズのレンズ作用によって
電子がアナライザー入り口に集光され、高感度測定を実
現できるものである。ここで、入射レンズ系は、2つの
機能、即ち、電子を減速させる減速機能と共に電子をア
ナライザー入り口に収束させる収束機能を有している。
[0004] Angle-resolved electron spectroscopy applied to conventional electron spectroscopy includes the following two main measurement methods. In each of these two measurement methods, a combination of a hemispherical analyzer and an incident lens is used. In an electron spectrometer using a combination of a hemispherical analyzer and an incident lens, high energy resolution in measurement is realized. More specifically, by slowing down the electrons in the entrance lens, the kinetic energy is made constant in the analyzer, and as a result, the energy resolution can be made constant regardless of the magnitude of the energy of the measured electrons, In addition, electrons are condensed at the entrance of the analyzer by the lens function of the incident lens, and high sensitivity measurement can be realized. Here, the incident lens system has two functions, namely, a deceleration function for decelerating the electrons and a converging function for converging the electrons to the entrance of the analyzer.

【0005】第1の方法では、図1に示されように試料
表面1上の1点から放出される電子がアナライザー内に
進入される際に入射レンズ3の電子を取り込む立体角で
電子に対して角度制限が施されている。この第1の方法
では、入射レンズ3は、試料1から放出された電子をア
ナライザーの入り口に収束させる機能を有し、角度分解
能は、試料1上の取り込み領域Sa、レンズ収束面(取
り込み領域Saを物点面とするとその像面に相当す
る。)に配置され、アナライザーの入り口に設けられた
アパチャー4の大きさ及び仮想的なレンズ3の位置によ
り幾何学的に定まる。
In the first method, as shown in FIG. 1, when an electron emitted from one point on the sample surface 1 enters the analyzer, the electron at a solid angle that takes in the electron from the incident lens 3 is taken into consideration. The angle is limited. In the first method, the incident lens 3 has a function of converging electrons emitted from the sample 1 to the entrance of the analyzer, and has an angular resolution of a capturing area Sa on the sample 1 and a lens converging surface (capturing area Sa). Is equivalent to the image plane of the object point plane), and is geometrically determined by the size of the aperture 4 provided at the entrance of the analyzer and the position of the virtual lens 3.

【0006】即ち、図1に示される静電レンズ光学系で
は、試料1の取り込み領域Saが物点に相当し、その物
点の像が形成される像点位置にアパチャー4の開口が位
置されている。従って、その領域Saからの電子がアナ
ライザーに導かれる。
That is, in the electrostatic lens optical system shown in FIG. 1, the capture area Sa of the sample 1 corresponds to an object point, and the aperture of the aperture 4 is located at an image point position where an image of the object point is formed. ing. Therefore, the electrons from the region Sa are guided to the analyzer.

【0007】第2の方法では、図2に示されるようにス
リット、或いは、アパチャー6により電子に対して角度
制限が施される。即ち、スリット、或いは、アパチャー
6によって互いに平行な電子の通過路が規定され、この
通過路を通過した電子のみがアナライザーに導入され
る。この方法では、角度分解能は、アパチャーの形状に
より幾何学的に定まる。また、この第2の方法では、第
1の方法と異なり、広い測定領域に対しても高い角度分
解能で測定が可能である。
In the second method, as shown in FIG. 2, the angle of the electrons is limited by a slit or an aperture 6. That is, the slit or the aperture 6 defines a parallel passage of electrons, and only the electrons passing through this passage are introduced into the analyzer. In this method, the angular resolution is determined geometrically by the shape of the aperture. Further, in the second method, unlike the first method, it is possible to measure with a high angular resolution even in a wide measurement area.

【0008】上述した光電子分光測定では、いずれも角
度分解測定が実施されている。要約すれば、第1の方法
は、1つは入射レンズの取り込み立体角を測定領域に対
して小さくし角度制限するものであり、第2の方法は、
入射レンズの入り口に角度規制のためのアパチャーを取
り付ける方法である。いずれも、入射される電子に対し
て機械的な角度制限が施されることから、角度分解能が
幾何学的に決定されるという点で共通している。
In each of the above-described photoelectron spectroscopy measurements, angle-resolved measurement is performed. In summary, the first method is to limit the angle by reducing the solid angle taken by the incident lens with respect to the measurement area, and the second method is
In this method, an aperture for regulating the angle is attached to the entrance of the incident lens. Both of them have a common feature that the angular resolution is geometrically determined because the incident electrons are mechanically limited in angle.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述した第1の方法
は、半球型アナライザーを用いた電子分光装置に広く適
用されている。しかしながら、角度分解能が取り込み領
域Saの大きさに依存する問題があり、また、微小領域
でなく、広い領域が測定される場合には、高い角度分解
能で検出することが不可能である等の問題がある。
The above-described first method is widely applied to an electron spectrometer using a hemispherical analyzer. However, there is a problem that the angular resolution depends on the size of the capturing area Sa, and when a large area is measured instead of a minute area, it is impossible to detect with a high angular resolution. There is.

【0010】また、上述した第2の方法では、電子に対
する角度制限が厳しくなる程、損失が大きくなり検出感
度が悪化し、検出強度が減少する問題がある。これらの
問題は、結果として、測定に長時間を必要とし、測定結
果の信頼性が低下する問題を招くこととなる。また、こ
の第2の方法では、角度分解能を変化させる際にアパチ
ャーを交換しなくてはならない等の煩わしさを伴う問題
もある。
In the above-mentioned second method, there is a problem that as the angle restriction on electrons becomes stricter, the loss increases, the detection sensitivity deteriorates, and the detection intensity decreases. These problems result in a problem that the measurement requires a long time and the reliability of the measurement result is reduced. Further, in the second method, when changing the angular resolution, there is a problem in that the aperture has to be exchanged, and the like is troublesome.

【0011】近年の半導体技術分野では各種材料の開発
・評価・分析のためには、電子分光法による表面分析技
術が必要不可欠である。その中で角度分解測定は、深さ
方向分析、さらには光電子回折測定を用いた構造解析な
どその重要性は高い。しかしながら、上述したような問
題点があるため,現状の分析要請に十分には応えられて
いない。近年、上述した問題を解決するより高い角度分
解能で電子の分析が可能な電子分光装置の開発が望まれ
ている。
In the field of semiconductor technology in recent years, surface analysis technology by electron spectroscopy is indispensable for development, evaluation and analysis of various materials. Among them, angle-resolved measurement is of great importance, such as depth analysis and structural analysis using photoelectron diffraction measurement. However, due to the above-mentioned problems, the current analysis request has not been sufficiently satisfied. In recent years, there has been a demand for the development of an electron spectrometer capable of analyzing electrons with higher angular resolution that solves the above-mentioned problem.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明は、上述したよ
うな事情に鑑みなされたものであって、その目的は、高
エネルギー分解能、高角度分解能及び高感度な電子分光
測定を実現することができる回折面アパチャー透過エネ
ルギー制御方式の角度分解型電子分光器及びこの分光器
を用いた分析方法を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to realize high energy resolution, high angular resolution, and high sensitivity electron spectrometry. It is an object of the present invention to provide an angle-resolved electron spectrometer capable of controlling the transmission energy of a diffraction plane aperture and an analysis method using the spectrometer.

【0013】また、この発明は、異なるエネルギーに対
して回折面の位置変化の小さいレンズを有する角度分解
型電子分光測定を実現可能な回折面アパチャー透過エネ
ルギー制御方式の角度分解型電子分光器及びこの分光器
を用いた分析方法を提供するにある。
Further, the present invention provides an angle-resolved electron spectrometer of a diffraction surface aperture transmission energy control system capable of realizing angle-resolved electron spectrometry having a lens whose position of the diffraction surface is small for different energies, and An object of the present invention is to provide an analysis method using a spectroscope.

【0014】この発明によれば、その組成及び構造に応
じて種々の方向に試料表面から放出される電子の取り込
みを許す取り込み口を有し、この取り込み口が試料上の
測定領域を定めている電子取り込み手段と、取り込まれ
た電子中からその光軸に沿って平行に入射される電子を
その回折面に向けて集光し、この回折面上に放出電子の
角度パターンを形成する第1の静電型電子レンズを形成
する第1の電子レンズ形成手段と、前記集光レンズの回
折面に配置されたアパチャーであって集光された電子の
通過を許す通過口を有し、計測する電子に対応する電位
が印加され、入射された電子に対して角度制限を与えて
前記試料からのある極角及び方位角を有する電子を選択
する第1のアパチャーと、この第1のアパチャーを通過
した電子を導く手段と、導かれた電子を分析する為の電
子アナライザーと、を具備することを特徴とする角度分
解測定の為の角度分解型電子分光器が提供される。
According to the present invention, there is provided an inlet for allowing the incorporation of electrons emitted from the sample surface in various directions according to the composition and structure thereof, and the inlet defines a measurement region on the sample. An electron capturing means for converging electrons incident from the captured electrons in parallel along the optical axis toward the diffraction surface and forming an angle pattern of emitted electrons on the diffraction surface; A first electron lens forming means for forming an electrostatic electron lens, and an aperture disposed on the diffraction surface of the condenser lens, the passage having a passage for allowing collected electrons to pass therethrough, and an electron to be measured. And a first aperture for limiting the angle of the incident electrons to select electrons having a certain polar angle and azimuth from the sample, and passing through the first aperture. Hand leading electron When, angle-resolved electron spectrometer for angle-resolved measurement, characterized by comprising an electronic analyzer for analyzing guided electrons are provided.

【0015】この発明によれば、その組成及び構造に応
じて種々の方向に試料表面から放出される電子を予め試
料上の測定領域を定めて取り込む取込工程と、取り込ま
れた電子中からその光軸に沿って平行に入射される電子
をその回折面に向けて第1の静電型電子レンズで集光
し、この回折面上に放出電子の角度パターンを形成する
集光工程と、前記集光レンズの回折面に配置され、計測
する電子に対応する電位が印加された第1のアパチャー
の電子通過口に前記集光電子を向けてその通過口の通過
を許し、前記入射電子に角度制限を与えて前記試料から
のある極角及び方位角を有する電子を選択する角度制限
工程と、この第1のアパチャーを通過した電子を導く工
程と、この導かれた電子のエネルギーを分析する分析工
程と、を具備することを特徴とする角度分解測定の為の
角度分解型電子分光器を用いた電子の分析方法が提供さ
れる。
According to the present invention, the step of taking in the electrons emitted from the sample surface in various directions in accordance with the composition and structure thereof in advance by defining a measurement area on the sample, Condensing electrons incident parallel to the optical axis toward a diffraction surface thereof with a first electrostatic electron lens, and forming an angle pattern of emitted electrons on the diffraction surface; The condensing electron is directed to an electron passage of the first aperture to which a potential corresponding to the electron to be measured is applied, and is allowed to pass through the passage through the passage. Angle limiting step of selecting electrons having a certain polar angle and azimuthal angle from the sample, guiding the electrons passing through the first aperture, and analyzing the energy of the guided electrons. And Angle-resolved electron spectrometer electronic analytical method used for angle-resolved measurement, characterized in, is provided.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
回折面アパチャー透過エネルギー制御方式を採用した角
度分解型電子分光器の一実施例について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an angle-resolved electron spectrometer employing a diffraction surface aperture transmission energy control system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】図3は、この発明の一実施例に係る回折面
アパチャー透過エネルギー制御方式を採用した角度分解
型電子分光器を概略的に示している。図3において、1
0は、このシステムによってその表面が測定されるべき
固体試料である。この試料10には、図示しないX線源
からX線が照射され、このX線の照射によって試料表面
から外部光電効果によって光電子が放出される。光電子
分光法を利用した測定では、一定エネルギーのX線によ
り試料から光電子放出を生じさせて電子分光器、即ち、
電子アナライザーにより光電子の運動エネルギーを正確
に測定することにより、その試料内の電子の拘束エネル
ギー(結合エネルギー)が求められる。
FIG. 3 schematically shows an angle-resolved electron spectrometer employing a diffraction surface aperture transmission energy control system according to one embodiment of the present invention. In FIG. 3, 1
0 is a solid sample whose surface is to be measured by this system. The sample 10 is irradiated with X-rays from an X-ray source (not shown), and photoelectrons are emitted from the sample surface by the external photoelectric effect by the X-ray irradiation. In the measurement using photoelectron spectroscopy, photoelectrons are emitted from a sample by X-rays of a constant energy, and the electron spectrometer, ie,
By accurately measuring the kinetic energy of photoelectrons with an electron analyzer, the binding energy (binding energy) of the electrons in the sample is determined.

【0018】図3に示される装置は、光電子のエネルギ
ーを分析するアナライザーとしてのエネルギー分析装置
14及びこのエネルギー分析装置14の入り口側に取り
付けられた角度分解用入射レンズシステム12から構成
されている。
The apparatus shown in FIG. 3 comprises an energy analyzer 14 as an analyzer for analyzing the energy of photoelectrons, and an angle-resolving incident lens system 12 attached to the entrance side of the energy analyzer 14.

【0019】角度分解用入射レンズシステム12は、放
出された光電子を取り込む為の電子取り込み口16、取
り込んだ電子をアナライザー入り口に収束させるための
前段の(第1の)静電レンズ18を形成する為の電極部
20、当該エネルギー分析装置14に導かれる光電子の
入射角度を制限する為の回折面アパチャー22、この回
折面アパチャー22を通過した発散性の電子を中間アパ
チャー32に収束させる為の中間(第2の)静電レンズ
28を形成する為のリターディング電極部30、電子通
過口を有する中間アパチャー32、この中間アパチャー
32を通過した発散性の電子を再びエネルギー分析装置
14の入力部に収束させる為のリターディング機能を有
する後段の(第3の)静電レンズ38を形成する為のリ
ターディング電極部40及び収束された電子をエネルギ
ー分析装置14に導くための電子通過口を有する後段ア
パチャー42を具備している。
The angle-resolving incident lens system 12 forms an electron intake 16 for taking in the emitted photoelectrons and a preceding (first) electrostatic lens 18 for converging the acquired electrons to the analyzer entrance. Electrode section 20, a diffractive surface aperture 22 for limiting the incident angle of the photoelectrons guided to the energy analyzer 14, and an intermediate portion for converging the divergent electrons passing through the diffractive surface aperture 22 to the intermediate aperture 32. A retarding electrode portion 30 for forming the (second) electrostatic lens 28, an intermediate aperture 32 having an electron passage, and divergent electrons passing through the intermediate aperture 32 are again input to the input portion of the energy analyzer 14. A retarding electrode for forming a subsequent (third) electrostatic lens 38 having a retarding function for converging It is provided with a subsequent aperture 42 having an electron passage port for guiding 40 and converged electron energy analyzer 14.

【0020】また、エネルギー分析装置14は、半球型
に形成され、その内に電界を生じさせるべく高電圧が印
加された電子アナライザー24及び光電子を検出する検
出器26を具備している。この検出器26には、入射位
置を演算するポジションコンピュータが接続され、所謂
位置敏感型検出器と称せられる光電子の入射位置並びに
そのエネルギーを検出して検出信号としてデータ出力す
るタイプが用いられる。
The energy analyzer 14 has an electron analyzer 24 formed in a hemispherical shape and applied with a high voltage to generate an electric field therein, and a detector 26 for detecting photoelectrons. The detector 26 is connected to a position computer for calculating the incident position, and employs a so-called position-sensitive detector that detects the incident position and energy of photoelectrons and outputs data as a detection signal.

【0021】角度分解用入射レンズシステム12及びエ
ネルギー分析装置14は、図示されない磁気シールド中
に配置され、試料10も含めてこれらは、真空排気され
たハウジング内に配置されている。更に、電子分光器
は、測定対象としての試料10を回転させるステッピン
グ・モータを含めた回転機構30、X線源を制御して所
望の波長を有するX線を発生させ、アナライザー24に
与える電圧を試料に応じて制御し、また、アナライザー
24に与える高電圧に関するデータ並びに検出器26か
らの検出データを処理して試料を分析する測定制御部
(図示されていないが、通常は、パーソナルコンピュー
タが用いられる。)を備えている。
The angle-resolving incident lens system 12 and the energy analyzer 14 are arranged in a magnetic shield (not shown), and these, including the sample 10, are arranged in a evacuated housing. Further, the electron spectrometer controls a rotation mechanism 30 including a stepping motor for rotating the sample 10 to be measured, an X-ray source to generate X-rays having a desired wavelength, and supplies a voltage to be applied to the analyzer 24. A measurement control unit (not shown but usually used by a personal computer, which controls according to the sample and processes the data related to the high voltage applied to the analyzer 24 and the detection data from the detector 26 to analyze the sample. ).

【0022】アナライザー24の内外球の電極には、エ
ネルギー分析の為の電位が与えられ、電子取り込み口1
6及び中間のアパチャー32には、グラウンド電位が与
えられ、電極20、30、40には、これらの電極が形
成する各静電レンズ18、28、38の収束条件を満た
す電位が与えられとともに、後段のアパチャー42に
は、リターディング電位がそれぞれ印加され、回折面ア
パチャー22には、回折面の変化を低減するための運動
エネルギー調節用の電位が印加されている。
The electrodes of the inner and outer spheres of the analyzer 24 are supplied with a potential for energy analysis.
6 and the intermediate aperture 32 are given a ground potential, and the electrodes 20, 30, and 40 are given a potential that satisfies the convergence conditions of the electrostatic lenses 18, 28 and 38 formed by these electrodes. A retarding potential is applied to each of the apertures 42 at the subsequent stage, and a potential for adjusting kinetic energy for reducing a change in the diffraction surface is applied to the diffraction surface aperture 22.

【0023】これらの電位は、電位付与回路50から付
与される。ここで、試料10に照射されるべきX線強
度、換言すれば、X線源に入力すべきパワーが決定され
ると、そのパワーの値が電位設定回路52に入力され、
また、試料10の予想される組成物名が同様に外部から
電位設定回路52に入力されると、試料10から放出さ
れると予想される電子のエネルギーが推測される。この
推測されるエネルギーは、測定対象である元素の予測さ
れる結合エネルギーに対応し、電位設定回路52におい
て、この予想エネルギーに基づいて回折面アパチャー2
2に印加される電位が決定され、この電位に基づいて前
段の静電レンズ18を形成する電極20に与えるべき電
位が決定される。この電位設定回路52からの出力に基
づいて各電極20、30、40及びアパチャー32,4
2に設定された電位が電位付与回路50から付与され
る。電位設定回路52における微調整を経た後に、調整
された電位が電極20に付与された状態では、この電極
20で形成される静電レンズ18の回折面は、回折面ア
パチャー22の面に位置されることとなり、この調整を
経て実際の測定が開始される。
These potentials are applied from a potential applying circuit 50. Here, when the X-ray intensity to be applied to the sample 10, in other words, the power to be input to the X-ray source is determined, the value of the power is input to the potential setting circuit 52,
When the expected composition name of the sample 10 is similarly input from the outside to the potential setting circuit 52, the energy of electrons expected to be emitted from the sample 10 is estimated. The estimated energy corresponds to the predicted binding energy of the element to be measured, and the potential setting circuit 52 uses the diffraction surface aperture 2 based on the predicted energy.
2 is determined, and based on this potential, the potential to be applied to the electrode 20 forming the preceding electrostatic lens 18 is determined. Based on the output from the potential setting circuit 52, each of the electrodes 20, 30, 40 and the apertures 32, 4
The potential set to 2 is applied from the potential applying circuit 50. In a state where the adjusted potential is applied to the electrode 20 after the fine adjustment in the potential setting circuit 52, the diffraction surface of the electrostatic lens 18 formed by this electrode 20 is positioned on the surface of the diffraction surface aperture 22. The actual measurement is started after this adjustment.

【0024】図4には、図3に示された角度分解用入射
レンズシステム12の光学系の詳細が概略的に示されて
いる。この図4に示されるレンズシステム12の光学系
は、中間アパチャー32を境に2つの光学系部分に区分
され、前段のレンズ系部分は、入射電子ビームに対して
角度制限を与える角度制限部12−1であり、後段のレ
ンズ系部分は、電子の運動エネルギーが設定したアナラ
イザー透過エネルギーに等しくなるように電子を減速し
て電子アナライザー24に導入させるリターディング部
12−2である。図4に示されるレンズシステム12に
おいては、試料10から放出された電子は、取り込み口
16を通過してレンズ電極部20内に導入される。この
とき取り込み口16の大きさにより試料10上の測定領
域が決定される。角度制限部12−1内のレンズ電極部
20に形成される静電レンズ18は、平行に進入してき
た電子を静電レンズ18の回折面、即ち、後焦点面に配
置された回折面アパチャー22に収束させる機能を有す
る。より具体的には、試料10にX線が照射されること
によって、その試料10からは、その試料10を構成す
る組成及び構造に応じて種々の方向に電子が放出され、
静電レンズ18に向けられるが、回折面アパチャー22
が回折面、即ち、後焦点面に配置されていることから、
静電レンズ18の光軸に平行に静電レンズ18に入射さ
れる電子のみがその回折面アパチャー22の電子の通過
を許す開口に収束され、この回折面アパチャー22を通
過してアナライザー24内に導かれる。換言すれば、回
折面上では、放出電子の角度パターンが形成され、この
回折面上にアパチャー22が配置されることにより、試
料10から放出され、ある極角・方位角を有する電子が
集光され、所定の方向に向けられる電子のみを選択して
取り込むことができる。ここで、回折面アパチャーの大
きさが取り込み角度の範囲を決定していることとなる。
また、回折面アパチャー22には、計測する電子に対応
する電位が印加され、回折面アパチャー22を通過する
電子の運動エネルギーが略一定に維持される。
FIG. 4 schematically shows details of the optical system of the angle resolving incident lens system 12 shown in FIG. The optical system of the lens system 12 shown in FIG. 4 is divided into two optical system parts with an intermediate aperture 32 as a boundary, and the front lens system part is an angle limiting unit 12 that limits the angle of an incident electron beam. The lens system part at the subsequent stage is a retarding unit 12-2 for decelerating the electrons so that the kinetic energy of the electrons becomes equal to the set analyzer transmission energy and introducing the electrons to the electron analyzer 24. In the lens system 12 shown in FIG. 4, electrons emitted from the sample 10 pass through the inlet 16 and are introduced into the lens electrode unit 20. At this time, the measurement area on the sample 10 is determined by the size of the inlet 16. The electrostatic lens 18 formed on the lens electrode unit 20 in the angle limiting unit 12-1 converts electrons entering in parallel into the diffraction surface of the electrostatic lens 18, that is, the diffraction surface aperture 22 arranged on the back focal plane. It has a function to converge to. More specifically, when the sample 10 is irradiated with X-rays, electrons are emitted from the sample 10 in various directions according to the composition and structure of the sample 10,
Although directed to the electrostatic lens 18, the diffractive surface aperture 22
Is located on the diffraction plane, that is, the back focal plane,
Only electrons incident on the electrostatic lens 18 in parallel with the optical axis of the electrostatic lens 18 are converged on the aperture of the diffraction surface aperture 22 that allows the passage of electrons, and pass through the diffraction surface aperture 22 into the analyzer 24. Be guided. In other words, an angle pattern of emitted electrons is formed on the diffraction surface, and by arranging the aperture 22 on the diffraction surface, electrons emitted from the sample 10 and having a certain polar angle and azimuth are collected. Thus, only electrons directed in a predetermined direction can be selectively captured. Here, the size of the diffraction surface aperture determines the range of the capture angle.
Further, a potential corresponding to the electrons to be measured is applied to the diffraction surface aperture 22, and the kinetic energy of the electrons passing through the diffraction surface aperture 22 is maintained substantially constant.

【0025】回折面アパチャー22を通過した電子は、
中間レンズ電極部30内に向けられる。中間レンズ電極
部30内に形成された中間レンズ28は、そのレンズ作
用により中間アパチャー32に角度制限され、略運動エ
ネルギーが略一定に維持された電子を収束する機能を有
している。中間アパチャー32を通過した電子は、後段
の静電レンズ38を形成するレンズ電極部40内に向け
られる。後段の静電レンズ38は、電子の運動エネルギ
ーが設定したアナライザー透過エネルギーと等しくなる
ように電子を減速させるとともにこの電子がアナライザ
ー入り口に効率良く進入されるように電子を後段アパチ
ャー42に収束させる機能を有している。後段アパチャ
ー42を通過した電子は、エネルギー分析装置14によ
りエネルギー分析される。即ち、アナライザー24内に
導入された電子は、アナライザー24に形成された電界
によって特定の電子のみが円弧上のアナライザー経路を
通過して検出器26に入射される。検出器26に入射さ
れた位置及びその強度がデータとして測定制御部に入力
されて分析され、測定制御部から試料表面の構造、組成
等が解析される。
The electrons that have passed through the diffraction surface aperture 22 are
It is directed into the intermediate lens electrode section 30. The intermediate lens 28 formed in the intermediate lens electrode part 30 has a function of converging electrons whose kinetic energy is maintained substantially constant by being limited in angle by the intermediate aperture 32 by its lens action. The electrons that have passed through the intermediate aperture 32 are directed to the inside of a lens electrode unit 40 that forms the subsequent electrostatic lens 38. The latter electrostatic lens 38 has a function of decelerating the electrons so that the kinetic energy of the electrons becomes equal to the set analyzer transmission energy and converging the electrons to the latter aperture 42 so that the electrons can efficiently enter the analyzer entrance. have. The electrons passing through the rear-stage aperture 42 are subjected to energy analysis by the energy analyzer 14. That is, only specific electrons of the electrons introduced into the analyzer 24 are incident on the detector 26 through the analyzer path on the arc due to the electric field formed in the analyzer 24. The position and intensity of the light incident on the detector 26 are input to the measurement control unit as data and analyzed, and the measurement control unit analyzes the structure, composition, and the like of the sample surface.

【0026】以上説明したように取り込み口16、前段
収束レンズ電極20により形成される第1の静電レンズ
18、回折面アパチャー22、中間収束レンズ電極30
により形成される中間の静電レンズ28、中間アパチャ
ー32、後段収束レンズ電極40により形成される第2
の静電レンズ38、後段アパチャー42及び電子アナラ
イザー24により角度分解型電子分光装置が構成され
る。このとき角度分解能は、第1の静電レンズ18のレ
ンズ作用により形成された回折パターンの角度分散の大
きさ及び回折面アパチャー22の大きさにより決定され
る。
As described above, the first electrostatic lens 18, the diffraction surface aperture 22, the intermediate converging lens electrode 30, the first electrostatic lens 18 formed by the intake port 16, the pre-converging lens electrode 20, and so on.
, An intermediate aperture lens 32, and a second convergent lens electrode 40 formed by
An angle-resolved electron spectrometer is constituted by the electrostatic lens 38, the rear aperture 42, and the electron analyzer 24. At this time, the angular resolution is determined by the size of the angular dispersion of the diffraction pattern formed by the lens function of the first electrostatic lens 18 and the size of the diffraction plane aperture 22.

【0027】上述したこの発明の一実施例に係る角度分
解用入射レンズシステム12を従来技術と比較しなが
ら、以下の項目の作用効果に注目して説明する。
The angle resolving incidence lens system 12 according to one embodiment of the present invention will be described by focusing on the following effects while comparing with the prior art.

【0028】(1) この発明の分解型電子分光器によれ
ば、角度分解能が取り込み領域に依存せず、広い領域を
測定対象とできる高い角度分解能を有する電子分光測定
を実現することができる。
(1) According to the decomposition type electron spectrometer of the present invention, it is possible to realize electron spectrometry having a high angular resolution in which the angular resolution does not depend on the capturing area and a wide area can be measured.

【0029】図1に示した像面アパチャーを用いた従来
のレンズシステムと図4に示したレンズシステムとにお
いて、得られる角度分解能について比較して説明する。
図1の像面アパチャーを用いた従来のレンズシステムで
は、角度分解能は、測定領域の大きさとレンズ長さ(位
置)及び像面アパチャーの大きさで決定される。図5に示
される様に測定領域の大きさを半径rの円、像面アパチ
ャーの大きさを半径Rの円、レンズ長さをDとしたとき、
角度分解能は、
The obtained angular resolution of the conventional lens system using the image plane aperture shown in FIG. 1 will be compared with that of the lens system shown in FIG.
In the conventional lens system using the image plane aperture of FIG. 1, the angular resolution is determined by the size of the measurement area, the lens length (position), and the size of the image plane aperture. As shown in FIG. 5, when the size of the measurement area is a circle of radius r, the size of the image plane aperture is a circle of radius R, and the lens length is D,
The angular resolution is

【0030】[0030]

【数1】 (Equation 1)

【0031】と定義される。したがって、角度制限を厳
しくするためには、レンズ長さDを長くし、或いは、像
面アパチャーの大きさRを小さくすればよい。しかしな
がら、測定領域rが大きくなるとそれに伴って角度分解
能は低下することになる。これに対して、図4に示した
ように回折面アパチャーを用いたレンズシステムでは、
角度分解能は回折面アパチャーの大きさのみで決定され
る。つまり、角度分解能は、測定領域の大きさに依存せ
ず、回折面アパチャーの径を小さくすることによって向
上させることが可能である。
Is defined as Therefore, in order to restrict the angle strictly, the lens length D may be increased, or the size R of the image plane aperture may be reduced. However, as the measurement area r increases, the angular resolution decreases accordingly. In contrast, in a lens system using a diffraction surface aperture as shown in FIG. 4,
The angular resolution is determined only by the size of the diffraction plane aperture. That is, the angular resolution does not depend on the size of the measurement area, and can be improved by reducing the diameter of the diffraction surface aperture.

【0032】(2) この発明の分解型電子分光器によれ
ば、角度制限アパチャーを使用しない、高角度分解能か
つ高感度な電子分光測定を実現することができる。
(2) According to the decomposition type electron spectrometer of the present invention, electron spectrometry with high angular resolution and high sensitivity without using an angle limiting aperture can be realized.

【0033】図2に示される角度制限アパチャーを用い
た従来のレンズシステムにおいては、角度分解能は、ア
パチャーの形状のみで決定される。即ち、図6に示され
るように測定領域の大きさを半径rの円、ワークディス
タンスをD、アパチャーの長さをd、アパチャー開口部の
長さをaとしたとき、角度分解能は、
In the conventional lens system using the angle limiting aperture shown in FIG. 2, the angular resolution is determined only by the shape of the aperture. That is, as shown in FIG. 6, when the size of the measurement area is a circle with a radius r, the work distance is D, the length of the aperture is d, and the length of the aperture opening is a, the angular resolution is:

【0034】[0034]

【数2】 (Equation 2)

【0035】と定義される。したがって、角度制限を厳
しくするためにはアパチャーの長さdを長くし、アパチ
ャー開口部の長さaを小さくすればよい。また、測定領
域の大きさは、角度分解能に影響しない。しかしなが
ら、アパチャー開口部の長さaが小さくなるとそれに伴
って開口(透過)率は低下し、検出強度が減少される。こ
れに対して、一方、図4に示したように回折面アパチャ
ーを用いたレンズシステムでは、角度分解能は、回折面
アパチャーの大きさのみで決定されるので、取り込み口
の大きさに依存せず、開口(透過)率100%である。
Is defined as Therefore, in order to tighten the angle limit, the length d of the aperture may be increased and the length a of the aperture opening may be reduced. The size of the measurement area does not affect the angular resolution. However, as the length a of the aperture opening decreases, the aperture (transmittance) decreases accordingly, and the detection intensity decreases. On the other hand, in a lens system using a diffraction surface aperture as shown in FIG. 4, on the other hand, the angular resolution is determined only by the size of the diffraction surface aperture, and therefore does not depend on the size of the intake. The opening (transmission) rate is 100%.

【0036】(3) この発明の分解型電子分光器によれ
ば、異なるエネルギーに対して回折面の位置変化の小さ
いレンズを有する角度分解型電子分光測定を実現するこ
とができる。即ち、回折面アパチャー22には、計測す
る電子に対応する電位が印加され、回折面アパチャー2
2を通過する電子の運動エネルギーが略一定に維持され
ている。従って、回折面アパチャー22の位置に静電レ
ンズ18の回折面が常に形成され、結果として、静電レ
ンズ18は、異なるエネルギーに対して回折面の位置変
化の小さいレンズに形成される。一般に、電子のエネル
ギーが変化すると、形成される回折面の位置も変化され
る。また、通常、角度制限を行うアパチャーは、接地さ
れてグラウンド電位であることがほとんどであり、エネ
ルギー変化に伴う回折面位置の変化は、低エネルギー領
域で顕著になる。電子分光測定では数十eVのエネルギ
ー幅の電子を同時測定することが多く、回折面位置が大
きく変化する可能性がある。しかしながら、上述したよ
うに回折面アパチャー22には、計測する電子に対応す
る電位が印加されて回折面アパチャー22の位置に静電
レンズ18の回折面が常に形成されることとなり、回折
面位置が大きく変化することが防止される。
(3) According to the resolved electron spectrometer of the present invention, it is possible to realize angle-resolved electron spectrometry having a lens whose position on the diffraction surface has a small change with respect to different energies. That is, a potential corresponding to the electrons to be measured is applied to the diffraction surface aperture 22, and the diffraction surface aperture 2
The kinetic energy of the electrons passing through 2 is maintained substantially constant. Therefore, the diffractive surface of the electrostatic lens 18 is always formed at the position of the diffractive surface aperture 22. As a result, the electrostatic lens 18 is formed as a lens whose positional change of the diffractive surface is small for different energies. Generally, when the energy of electrons changes, the position of the diffraction surface formed also changes. In general, the aperture for limiting the angle is almost always grounded and at the ground potential, and the change in the position of the diffraction surface due to the change in energy becomes remarkable in a low energy region. In electron spectroscopy, electrons with an energy width of several tens of eV are often measured simultaneously, and the position of the diffraction surface may change significantly. However, as described above, the potential corresponding to the electrons to be measured is applied to the diffraction surface aperture 22, and the diffraction surface of the electrostatic lens 18 is always formed at the position of the diffraction surface aperture 22. Large changes are prevented.

【0037】以下に、この発明の一実施例に係る分解型
電子分光器についてのシミュレーションの結果を角度分
解能に注目しながら下記に説明する。
Hereinafter, the result of a simulation of the decomposition type electron spectrometer according to one embodiment of the present invention will be described with attention paid to the angular resolution.

【0038】以下のシミュレーションの結果において
は、図4示した分解型電子分光器をモデルとして角度分
解光電子分光測定を実施するものとして説明する。
The following simulation results will be described assuming that angle-resolved photoelectron spectroscopy is performed using the resolution type electron spectrometer shown in FIG. 4 as a model.

【0039】図7は、角度分解・リターディング入射レ
ンズシステム内での電子軌道をシミュレーションした結
果を示している。この図7に示される符号は、図3に示
した対応する符号で示される部分或いは箇所が形成され
る領域を示している。このシミュレーションでは、エネ
ルギー10keV(Ek)の電子がアナライザー透過エ
ネルギー12eV(Epass)で計測されるものと
し、電子の回折面アパチャー22の通過エネルギーが5
keV(Ea)に設定され(回折面アパチャー電位が−
5000Vに設定され)、測定領域は、径4mmに定め
られている。ここで、角度分解能を決定する前段、即
ち、第1のレンズ18は、既に説明したようにそのレン
ズ作用によりアパチャー22の位置に回折面を形成して
いる。この発明の実施例では、グラウンド電位ではない
回折面アパチャー22を設け、それに運動エネルギーを
調節する電位が回折面アパチャー22に印加されて回折
面の変化を抑制している。この点を明瞭にすべく、回折
面アパチャー22の電位が−5000V(回折面アパチ
ャー通過エネルギー5keV)のとき(タイプA)及び
回折面アパチャー22の電位がグラウンド0Vのとき
(タイプB)のシミュレーション結果をそれぞれ比較し
て下記に説明する。
FIG. 7 shows the result of simulating the electron trajectory in the angle-resolved / retarding lens system. The reference numerals shown in FIG. 7 indicate the regions where the parts or portions indicated by the corresponding reference numerals shown in FIG. 3 are formed. In this simulation, it is assumed that an electron having an energy of 10 keV (Ek) is measured at an analyzer transmission energy of 12 eV (Epass), and the energy of the electron passing through the diffraction surface aperture 22 is 5 eV.
keV (Ea) (the diffraction plane aperture potential is-
The measurement area is set to a diameter of 4 mm. Here, before the determination of the angular resolution, that is, the first lens 18 forms a diffraction surface at the position of the aperture 22 by the lens function as described above. In the embodiment of the present invention, the diffraction surface aperture 22 which is not the ground potential is provided, and a potential for adjusting the kinetic energy is applied to the diffraction surface aperture 22 to suppress the change of the diffraction surface. In order to clarify this point, simulation results when the potential of the diffraction surface aperture 22 is -5000 V (differential surface aperture passing energy 5 keV) (type A) and when the potential of the diffraction surface aperture 22 is ground 0 V (type B) Are described below in comparison with each other.

【0040】図8及び図9に異なるエネルギーに対する
回折面の位置変化が示され、図8は、タイプAのシミュ
レーション結果を、図9は、タイプBのシミュレーショ
ン結果を示している。図8及び図9において、横軸がエ
ネルギーの変化幅を示し、縦軸が試料から回折面位置ま
での距離を示している。電子分光測定で同時検出する電
子のエネルギー幅として±10eVを想定している。タ
イプA、B共に電子のエネルギーが変化すると回折面の
位置が光軸方向に変化される。また、エネルギーが小さ
くなるとその変化の度合いが大きくなることも図8及び
図9から明らかである。図10は、変化の割合、即ち、
各プロットの傾きが示されている。この図10におい
て、横軸が測定電子のエネルギー、縦軸が回折面位置の
変化の割合(傾き)であり、□で結ばれた直線がタイプ
Aの傾きを示し、黒○で結ばれた直線がタイプBの傾き
を示している。この図10から明らかなように、タイプ
Bに比べタイプAでは、回折面位置の変化の割合が小さ
い、また、タイプAとタイプBの交点を示すエネルギー
がアパチャー透過エネルギー5000eVに等しいこと
からも明らかな様に、回折面アパチャー通過エネルギー
を調整することにより回折面位置の変化の割合が制御可
能である。つまり、透過エネルギーを大きくすると、±
10eVのエネルギー変化幅が透過エネルギーに対して
割合として小さくなるために回折面位置の変化の割合も
小さくなる。以上から、この発明の実施例では、回折面
アパチャー22の電位が調整されてエネルギー依存の少
ないレンズシステムが可能となり、高角度分解能かつ高
エネルギー分解能で、しかも、高感度な光電子分光測定
を実現することができる。
FIGS. 8 and 9 show the change in the position of the diffraction surface with respect to different energies. FIG. 8 shows the simulation result of type A, and FIG. 9 shows the simulation result of type B. 8 and 9, the abscissa indicates the change width of the energy, and the ordinate indicates the distance from the sample to the position of the diffraction surface. ± 10 eV is assumed as the energy width of the electrons simultaneously detected by the electron spectrometry. When the energy of electrons changes in both types A and B, the position of the diffraction surface changes in the optical axis direction. It is also apparent from FIGS. 8 and 9 that the degree of the change increases as the energy decreases. FIG. 10 shows the rate of change, ie,
The slope of each plot is shown. In FIG. 10, the horizontal axis represents the energy of the measured electrons, the vertical axis represents the rate of change (slope) of the position of the diffraction plane, the straight line connected by □ represents the slope of type A, and the straight line connected by black circles. Indicates a type B inclination. As is apparent from FIG. 10, the change rate of the diffraction plane position is smaller in the type A than in the type B, and the energy indicating the intersection of the type A and the type B is equal to the aperture transmission energy 5000 eV. As described above, the rate of change in the position of the diffraction surface can be controlled by adjusting the energy passing through the diffraction surface aperture. In other words, when the transmitted energy is increased, ±
Since the energy change width of 10 eV becomes smaller as a ratio to the transmitted energy, the change ratio of the diffraction plane position also becomes smaller. As described above, in the embodiment of the present invention, the potential of the diffractive surface aperture 22 is adjusted, so that a lens system with less energy dependence can be realized, and high-angle resolution and high-energy resolution, and high-sensitivity photoelectron spectroscopy can be realized. be able to.

【0041】この発明の一実施例に係る分解型電子分光
器においては、エネルギー分解能は、後段レンズによっ
て決定される。ここで、中間アパチャー32の電位は、
グラウンドであるため、前段レンズ18と後段レンズ3
8は、互いに干渉することなく独立に制御及び動作させ
ることが可能である。また、後段レンズ38は、一般
に、光電子分光装置で使用される入射レンズシステムと
同様の性能を発揮するものである推測される。即ち、こ
の発明の角度分解・リターディング独立動作型入射レン
ズシステムを備えた電子分光器におれば、高角度分解能
かつ高エネルギー分解能、高感度な光電子分光測定を実
現することができる。
In the resolution type electron spectrometer according to one embodiment of the present invention, the energy resolution is determined by the rear lens. Here, the potential of the intermediate aperture 32 is
Because it is the ground, the front lens 18 and the rear lens 3
8 can be controlled and operated independently without interfering with each other. In addition, it is presumed that the rear lens 38 generally exhibits the same performance as the incident lens system used in the photoelectron spectroscopy device. That is, according to the electron spectroscope provided with the angle-resolving / retarding independent operation type incident lens system of the present invention, high-angle resolution, high-energy resolution, and high-sensitivity photoelectron spectroscopy can be realized.

【0042】以上のように、この発明の回折面アパチャ
ー透過エネルギー制御方式の角度分解型電子分光器にお
いては、次のような特徴点を有している。
As described above, the angle-resolved electron spectrometer of the diffraction plane aperture transmission energy control system according to the present invention has the following features.

【0043】取り込み口から入射レンズシステムに進入
した電子(あるいはイオン)が前段部分の回折面形成用
レンズにより集光され、回折面位置に配置されたアパチ
ャーによって電子に対して角度制限がなされる。回折面
アパチャーを通過し、角度制限された電子は、前段部分
の集光レンズにより中間アパチャーに収束される。中間
アパチャーを通過した電子は、後段のレンズ電極により
リターディングされ、また、収束される。後段のアパチ
ャーを通過した電子は、半球型アナライザーでエネルギ
ー分析されて角度分解型電子分光測定が実施される。
Electrons (or ions) entering the entrance lens system from the inlet are condensed by the diffraction surface forming lens at the preceding stage, and the angle of the electrons is limited by an aperture arranged at the position of the diffraction surface. The electrons that have passed through the diffraction surface aperture and whose angle has been limited are converged on the intermediate aperture by the condensing lens in the preceding stage. The electrons that have passed through the intermediate aperture are retarded and converged by the subsequent lens electrode. The electrons that have passed through the latter aperture are energy analyzed by a hemispherical analyzer, and angle-resolved electron spectroscopy is performed.

【0044】この発明のシステムは、角度分解・リター
ディングの複合レンズシステムおよび電子アナライザー
から成り、入射レンズシステムは、中間アパチャーを境
にして前段に角度制限のためのレンズ及び回折面アパチ
ャー、後段にリターディングのためのレンズ及び後段ア
パチャーから構成される。
The system of the present invention comprises an angle-resolved and complex retarding lens system and an electronic analyzer. The incident lens system includes a lens for limiting the angle and a diffractive surface aperture in front of the intermediate aperture, and a rear aperture. It is composed of a lens for retarding and a rear aperture.

【0045】回折面アパチャーに透過エネルギーを調整
する為の電位を印加することにより、異なるエネルギー
を有する電子に対する回折面位置の変化の割合を制御す
ることができる。即ち、回折面における、透過エネルギ
ーを大きくすることにおって、回折面における位置変化
の割合を小さくすることができる。
By applying a potential for adjusting the transmission energy to the diffraction plane aperture, it is possible to control the rate of change of the diffraction plane position with respect to electrons having different energies. That is, by increasing the transmission energy on the diffraction surface, the rate of position change on the diffraction surface can be reduced.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上のように、この発明の回折面アパチ
ャー透過エネルギー制御方式の角度分解型電子分光器及
びこの分光器を用いた分析方法によれば、高エネルギー
分解能、高角度分解能及び高感度な電子分光測定を実現
することができる。
As described above, according to the angle-resolved electron spectroscope of the diffraction plane aperture transmission energy control type and the analysis method using this spectrometer of the present invention, high energy resolution, high angular resolution and high sensitivity are obtained. Electron spectrometry can be realized.

【0047】また、この発明の回折面アパチャー透過エ
ネルギー制御方式の角度分解型電子分光及びこの分光器
を用いた分析方法によれば、異なるエネルギーに対して
回折面の位置変化を小さした角度分解型電子分光測定を
実現することができる。
According to the angle-resolved electron spectroscopy of the diffraction plane aperture transmission energy control system of the present invention and the analysis method using the spectroscope, the angle-resolved type in which the change in the position of the diffraction plane is reduced for different energies Electron spectrometry can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の角度分解型電子分光測定を利用する電子
分光装置における半球型アナライザーの電子入射側に配
置される電子レンズ光学系の構造を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an electron lens optical system arranged on the electron incident side of a hemispherical analyzer in a conventional electron spectrometer using angle-resolved electron spectrometry.

【図2】従来の角度分解型電子分光測定を利用する電子
分光装置における半球型アナライザーの電子入射側に配
置される電子レンズ光学系の構造を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of an electron lens optical system arranged on the electron incident side of a hemispherical analyzer in a conventional electron spectrometer using angle-resolved electron spectrometry.

【図3】この発明の一実施例に回折面アパチャー透過エ
ネルギー制御方式の角度分解型電子分光器を概略的に示
している説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing an angle-resolved electron spectrometer of a diffraction surface aperture transmission energy control type according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3に示された回折面アパチャー透過エネルギ
ー制御方式の角度分解型電子分光器の光学系の詳細を示
す概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing details of an optical system of an angle-resolved electron spectrometer of a diffraction plane aperture transmission energy control type shown in FIG. 3;

【図5】図1に示した入射レンズシステムの光学系にお
ける測定領域と像面アパチャーの大きさとから導き出さ
れる角度分解能を説明するための模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an angular resolution derived from a measurement area and a size of an image plane aperture in the optical system of the incident lens system shown in FIG. 1;

【図6】図2に示した入射レンズシステムの光学系にお
ける測定領域とアパチャーのディメンションとから導き
出される角度分解能を説明するための模式図である。
6 is a schematic diagram for explaining an angular resolution derived from a measurement area and an aperture dimension in the optical system of the incident lens system shown in FIG. 2;

【図7】図4に示される入射レンズシステム内での電子
軌道をシミュレーションした結果を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a result of simulating an electron trajectory in the incident lens system shown in FIG. 4;

【図8】図7に示したシミュレーションにおいて回折面
アパチャーの電位が4900V(タイプA)における異
なるエネルギーに対する回折面の位置変化をシミュレー
ションしたグラフである。
8 is a graph simulating a change in the position of the diffraction surface with respect to different energies when the potential of the diffraction surface aperture is 4900 V (type A) in the simulation shown in FIG.

【図9】図7に示したシミュレーションにおける回折面
アパチャーの電位がグラウンド0Vのとき(タイプB)
における異なるエネルギーに対する回折面の位置変化を
シミュレーションしたグラフである。
9 shows a case where the potential of the diffraction surface aperture in the simulation shown in FIG. 7 is ground 0V (type B)
7 is a graph simulating a change in the position of the diffraction surface with respect to different energies in FIG.

【図10】図7に示したシミュレーションにおける測定
電子のエネルギーに対する回折面位置の変化の割合(傾
き)を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a ratio (slope) of a change in the position of the diffraction surface with respect to the energy of the measured electrons in the simulation shown in FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,10・・・試料 3・・・入射レンズ 4,6・・・アパチャー 12・・・角度分解用入射レンズシステム 14・・・エネルギー分析装置 16・・・電子取り込み口 18・・・前段の静電レンズ 20・・・前段の電極部 22・・・回折面アパチャー 24・・・電子アナライザー 26・・・検出器 28・・・中段の静電レンズ 30・・・中段の電極部 38・・・後段の静電レンズ 40・・・後段の電極部 Reference Signs List 1,10 ... Sample 3 ... Incident lens 4,6 ... Aperture 12 ... Angle-resolving incident lens system 14 ... Energy analyzer 16 ... Electron take-in port 18 ... Electrostatic lens 20: front electrode section 22: diffraction plane aperture 24: electron analyzer 26: detector 28: middle electrostatic lens 30: middle electrode section 38 ...・ Electrostatic lens at the later stage 40 ・ ・ ・ Electrode part at the later stage

フロントページの続き (72)発明者 大森 真二 東京都江東区門前仲町1−5−2 山口 ビル302 (72)発明者 白木 将 東京都目黒区東山1−27−26 シャレー 東山102 (56)参考文献 特開 昭62−290056(JP,A) 特開 平9−106780(JP,A) 特開 平3−165448(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 49/44 H01J 49/06 G01N 23/227 Continuing on the front page (72) Inventor Shinji Omori 1-5-2 Monzennakacho, Koto-ku, Tokyo Yamaguchi Building 302 (72) Inventor Masaru Shiraki 1-27-26 Higashiyama, Meguro-ku, Tokyo 102 Chalet Higashiyama 102 (56) Reference Reference JP-A-62-290056 (JP, A) JP-A-9-106780 (JP, A) JP-A-3-165448 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 49/44 H01J 49/06 G01N 23/227

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】その組成及び構造に応じて種々の方向に
料表面から放出される電子の取り込みを許す取り込み口
を有し、この取り込み口が試料上の測定領域を定めてい
る電子取り込み手段と、取り込まれた電子中からその光軸に沿って平行に入射さ
れる電子をその回折面に向けて 集光し、この回折面上に
放出電子の角度パターンを形成する第1の静電型電子レ
ンズを形成する第1の電子レンズ形成手段と、 前記集光レンズの回折面に配置されたアパチャーであっ
て集光された電子の通過を許す通過口を有し、計測する
電子に対応する電位が印加され、入射された電子に対し
て角度制限を与えて前記試料からのある極角及び方位角
を有する電子を選択する第1のアパチャーと、 この第1のアパチャーを通過した電子を導く手段と、 導かれた電子を分析する為の電子アナライザーと、 を具備することを特徴とする角度分解測定の為の角度分
解型電子分光器。
An inlet for allowing the incorporation of electrons emitted from a sample surface in various directions depending on its composition and structure.
This inlet defines the measurement area on the sample.
Electron capturing means, and the incident electrons are incident parallel from the captured electrons along the optical axis.
Focused electrons are directed toward the diffraction surface, and
First electron lens forming means for forming a first electrostatic electron lens for forming an angular pattern of emitted electrons ; passage of the collected electrons, which is an aperture disposed on the diffraction surface of the condenser lens; A potential corresponding to the electrons to be measured is applied, and an angle limit is given to the incident electrons to set a certain polar angle and azimuth angle from the sample.
Angle-resolved measurement , comprising: a first aperture for selecting an electron having: a means for guiding electrons passing through the first aperture; and an electron analyzer for analyzing the guided electrons. angle-resolved electron spectrometer for.
【請求項2】前記導く手段は、 前記第1のアパチャーを通過した電子を収束する第2の
電子レンズを形成する第2の電子レンズ形成手段と、 この第2の電子レンズで収束された電子の通過を許す通
過口を有する第2のアパチャーと、 この第2のアパチャーを通過した電子のエネルギーを制
御する為の前記第1及び第2の電子レンズに対して電気
的に独立した第3の電子レンズ形成手段と、 この第3の電子レンズによって収束された電子の通過を
許し、この電子を前記電子アナライザーに導入する通過
口を有する第3のアパチャーと、 を具備することを特徴とする請求項1の角度分解型電子
分光器。
A second electron lens forming means for forming a second electron lens for converging electrons passing through the first aperture; and an electron converged by the second electron lens. A second aperture having a passage opening that allows the passage of the first and second electronic lenses for controlling the energy of electrons passing through the second aperture. An electron lens forming means, and a third aperture having a passage opening for allowing passage of the electrons converged by the third electron lens and introducing the electrons to the electron analyzer. Item 1. An angle-resolved electron spectrometer according to Item 1.
【請求項3】前記電子レンズ形成手段は、前記第1の電
子レンズを形成する複数の電極から構成される電極手段
を含み、 前記第1のアパチャーに計測されるべき電子に応じて電
位を付与し、また前記電極手段の電極に電位を与えて電
極内に電子レンズを形成させる電位付与手段であって、
前記第1のアパチャーに付与された電位に応じて前記電
極に付与する電位を調整して前記電子レンズの回折面を
前記第1のアパチャーの位置に調整する電位付与手段を
更に具備することを特徴とする請求項1の角度分解型電
子分光器。
3. The electron lens forming means includes electrode means comprising a plurality of electrodes forming the first electron lens, and applies a potential to the first aperture according to electrons to be measured. And potential applying means for applying an electric potential to the electrode of the electrode means to form an electron lens in the electrode,
The image forming apparatus further includes a potential applying unit that adjusts a potential applied to the electrode according to a potential applied to the first aperture to adjust a diffraction surface of the electron lens to a position of the first aperture. The angle-resolved electron spectrometer according to claim 1, wherein
【請求項4】その組成及び構造に応じて種々の方向に
料表面から放出される電子を予め試料上の測定領域を定
めて取り込む取込工程と、取り込まれた電子中からその光軸に沿って平行に入射さ
れる電子をその回折面に向けて 第1の静電型電子レンズ
で集光し、この回折面上に放出電子の角度パターンを形
する集光工程と、 前記集光レンズの回折面に配置され、計測する電子に対
応する電位が印加された第1のアパチャーの電子通過口
に前記集光電子を向けてその通過口の通過を許し、前記
入射電子に角度制限を与えて前記試料からのある極角及
び方位角を有する電子を選択する角度制限工程と、 この第1のアパチャーを通過した電子を導く工程と、 この導かれた電子のエネルギーを分析する分析工程と、 を具備することを特徴とする角度分解測定の為の角度分
解型電子分光器を用いた電子の分析方法。
4. A measurement area on a sample is determined in advance for electrons emitted from a sample surface in various directions according to its composition and structure.
The capture process, and the parallel injection of the captured electrons along the optical axis.
The electrons to be focused are focused on the diffraction surface by the first electrostatic electron lens, and the angle pattern of the emitted electrons is formed on this diffraction surface.
Condensing step to be performed, disposed on the diffraction surface of the condensing lens, directing the condensed electrons to an electron passage of the first aperture to which a potential corresponding to the electrons to be measured is applied, and passing the passage through the passage. Allow and limit the angle of the incident electrons so that certain polar angles from the sample
An angle limiting step of selecting an electron having an azimuth and an azimuth angle; a step of guiding electrons passing through the first aperture; and an analyzing step of analyzing the energy of the guided electrons. An electron analysis method using an angle-resolved electron spectrometer for angle-resolved measurement .
【請求項5】前記導く工程は、前記第1のアパチャーを
通過した電子を第2の電子レンズで第2のアパチャーの
電子通過口に向けて収束してその通過口の通過を許す電
子収束制限工程と、 この第2のアパチャーを通過した電子を前記第1及び
の電子レンズに対して電気的に独立した第3の電子レ
ンズに導き、そのエネルギーを制御するエネルギー制御
工程と、 この第3の電子レンズによって収束された電子を第3
アパチャーに向けてその通過を許し、前記分析工程で分
析されるべき制御された電子を選択する工程と、 を含むことを特徴とする請求項4の角度分解型電子分光
器を用いた電子の分析方法。
5. The electron guiding step of converging electrons passing through the first aperture toward an electron passage of the second aperture with a second electron lens to permit passage of the electrons through the passage. And e. Passing the electrons passing through the second aperture to the first and the second
Led to a third electron lens which electrically independent with respect to the second electron lens, the energy control step of controlling the energy, the electrons are converged by the third electron lens toward the third aperture 5. A method of analyzing electrons using an angle-resolved electron spectrometer according to claim 4 , further comprising the steps of: allowing passage and selecting controlled electrons to be analyzed in said analysis step.
【請求項6】前記角度制限工程における第1の電子レン
ズは、電位が付与された複数の電極から形成され、前記
第1のアパチャーには、計測されるべき電子に応じて電
位が付与され、この第1のアパチャーに付与された電位
に応じて前記電極に付与する電位を調整して前記電子レ
ンズの回折面を前記第1のアパチャーの位置に調整する
電位付与工程を更に具備することを特徴とする請求項4
の角度分解型電子分光器を用いた電子の分析方法。
6. The first electron lens in the angle limiting step is formed of a plurality of electrodes to which a potential is applied, and a potential is applied to the first aperture in accordance with electrons to be measured. The method further includes a potential applying step of adjusting the potential applied to the electrode according to the potential applied to the first aperture to adjust the diffraction surface of the electron lens to the position of the first aperture. Claim 4
Method for analyzing electrons using an angle-resolved electron spectrometer.
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