JP3368643B2 - 光電子分光器 - Google Patents
光電子分光器Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光電子分光器に関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、ＳＯＲ光源やレーザープラズマ光
源の実用化に伴い、Ｘ線を利用した分析法が開発されて
いる。これらの分析法のニーズは、種々の材料分析の用
途、その中でも、例えば半導体プロセスや各種成膜技術
の分野に強い。特に、試料表面の汚染状況を調べる手段
として、光電子分光法やＡｕｇｅｒ分光法など２次電子
を分析する手段は有力である。シリコン（Ｓｉ）基板表
面における炭素及び炭素化合物の分析には実績がある。 【０００３】これらの分析手段は、基本的に、Ｘ線のマ
イクロビームをプローブとする。システムは、Ｘ線光源
と組み合わされて構成され、Ｘ線マイクロビームを得
て、そのＸ線マイクロビームを試料（サンプル）に照射
し、その結果放出された光電子またはＡｕｇｅｒ電子の
運動エネルギーを各種電子分光器により分析する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】光源としてＳＯＲ光源
を用いた先行例としては、ゾーンプレート及びシリンド
リカルミラー型静電型分析器を用いた例がある。これ
は、Ｈａｒａｌｄ ＡＤＥらによる報告のものであり
（SCANNING PHOTOELECTRON MICRSCOPE WITH A ZONE PLA
TE GENERATED MICROPROBE; Nuclear Instrumennts and
Methods in Physics Research A291(1990)126-131 （文
献１））、彼らによるものの例を用いて（図４）、Ｘ線
の集光の原理及び２次電子分析の分析法を示す。 【０００５】このものにおいて、Ｘ線集光レンズである
ゾーンプレート１０１は同軸型のシリンドリカルミラー
型静電型分析器１０２の内円筒電極の内側に配置されて
いる。ＳＯＲ光源からの結晶分光器により分光されたＸ
線は、１のゾーンプレートによりステージ１０３上に配
したサンプル表面上に集光される。Ｘ線により電離した
光電子１１０は、外側電極と内側電極に電圧が印加され
たシリンドリカルミラー型静電型分析器１０２のスリッ
トを通過し、中心にホールのあるマイクロチャネルプレ
ート（ＭＣＰ）１０４により検出される。 【０００６】しかして、彼らが用いた技術には、性能の
面や、製作、設計の柔軟性等の点などにおいて下記のよ
うな問題がある。 上述のようにＸ線の集光レンズにゾーンプレートを用
いており、基本的に単レンズなので、結像性能が良くな
いのみならず、径の大きなゾーンをパターニングする
ことは困難で、開口数がとれない。開口数も大きくはと
りづらく、上記パターニングの困難性がゾーンプレート
を用いるものの設計、製作の際の支障ともなる。 また、回折効率が良くないので、明るいゾーンプレー
トも得にくい。 【０００７】更に、光源との関係でも、良好なマイク
ロビーム化を行う上で、使用光源が限られるなど、制約
を受け、自由度、対応性等にも欠ける。 即ち、上述の如く光源はＳＯＲ光源であるが、そのＳＯ
Ｒ光のように、光源が無限遠にある平行光を集光し、分
析対象試料へ照射するＸ線マイクロビームを得るのには
優れるももの、有限の距離の物点位置光源の発散光を集
光するのには向かない。例えば、レーザープラズマ光源
には不向きで、かかる発散光源を光源としたい場合、こ
れに応えにくい。 【０００８】また、０次光や高次光の迷光も透過する
ので、Ｓ／Ｎが悪く、また、焦点距離が短いので、サ
ンプルステージの配置に制約を受け、実際の設計、製作
上、そのような制約の下での装置構成が要求されるなど
する。 【０００９】上記従来文献によるものは、実用化にあた
り、このような種々の難点をもっている。 【００１０】一方、レーザープラズマ光源を用いる例と
して、特平４−１４０６５２号に係る出願がある（図
５）。その原理を図５により説明する。図中、２０１は
真空容器、２０３はターゲット、２０４はレーザー光
源、２０６は斜入射分光器、２１０は試料、２１２は電
子分光器をそれぞれ示す。レーザー光源２０１は容器外
にあり、電子分光器２１２の出力が測定出力として容器
外部へ導かれる。上記レーザー光源２０４は、真空容器
２０１中に配置されたターゲット２０３を集光する。こ
の時、白色の軟Ｘ線が発光する。白色の軟Ｘ線は斜入射
分光器２０６で分光される。分光されたＸ線は試料２１
０を照射し、その時発生する光電子を電子分光器２１２
で分析する。 【００１１】上記のレーザプラズマを用いたものは、次
のような面からみると、なお改善を加えられる点があ
る。即ち、白色光源を斜入射分光器で分光しているの
で、Ｘ線の光量が足りない点であり、強度の高いＸ線マ
イクロビームの形成を実現する上からは、やはり不十分
なものとなる。また、分光器を通さず、直接ゾーンプレ
ートのような波長分散性のある軟Ｘ線光学系で結像する
方法も考えられるが、本例では、電子分光器と軟Ｘ線光
学系を一体にする構成ではない。従って、大型化しがち
で、その分、コンパクトなものにしにくく、この点でも
改良できる余地がある。 【００１２】本発明は、上述のような不利、不便を解消
し、かつまた改良を図って、性能に優れ、実用に適した
光電子分光器を実現しようというものである。より詳し
くは、効果的に強度の高いＸ線マイクロビームを形成可
能で、かつコンパクトであり、平行光、発散光いずれに
も適用可能で良好にマイクロビーム化ができるようにし
ようというものである。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明は、試料を照射す
るＸ線マイクロビームを形成するシュバルツシルド型光
学系と、そのシュバルツシルド型光学系の外枠として取
り付けられた静電型シリンドリカルミラー電子分光器
と、当該シュバルツシルド型光学系への入射側に配置さ
れた、開口部を有する検出器とからなることを特徴とす
るものである。 【００１４】 【作用】本発明においては、そのシュバルツシルド型光
学系、静電型シリンドリカルミラー電子分光器、検出器
を有して、シュバルツシルド型光学系と静電型シリンド
リカルミラー型電子分光器の効果的な一体構成が提供さ
れる。シュバルツシルド型光学系は２枚鏡で構成され、
軸外性能に優れ比較的大きな光源を高倍率で縮小し得
て、微小サイズのマイクロビームが形成でき、サンプル
へは容易に強度の高いＸ線マイクロビームを照射され
る。開口数も容易に大きくとれ、設計に柔軟性があっ
て、無限あるいは有限位置の物点位置の光源でも集光で
きる光学系を設計可能で、平行光、発散光いずれにも適
用し得て、良好にマイクロビーム化ができ、かつまた、
容易にコンパクトな構成を達成できるとともに、その一
方で、集光点へ配置されるサンプルのワーキングディス
タンスが十分にとれる。 【００１５】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す。本実施例による
ものは、シュバルツシルド型光学系、該シュバルツシル
ド型光学系の外枠として取り付けられた静電型シリンド
リカルミラー電子分光器、入射Ｘ線の光軸位置部分に開
口部を有する検出器としての孔空きのＭＣＰ（マイクロ
チャンネルプレート）及びＸ線フィルターからなり、そ
れらを図示の如くに組付け配置する構成のものとする。 【００１６】同図において、１０はシュバルツシルド型
光学系、また１５はシリンドリカルミラー型静電型分析
器であり、これらシュバルツシルド型光学系１０とシリ
ンドリカルミラー型静電型分析器１５を一体にした電子
分光器を示している。シュバルツシルド型光学系１０
は、凸面鏡１０ａと凹面鏡１０ｂの２枚の球面鏡を有す
る。これらは、所定波長に対し反射率分布をもつ多層膜
を被覆してなるものであるが、その点をも含めた具体的
構成例については、更に後記で述べられる（図２，３参
照）。シリンドリカルミラー型静電型分析器１５は、電
圧が印加される内側及び外側電極として、内側の円筒電
極１６及び外側の円筒電極１７を有している。 【００１７】Ｘ線集光レンズとして用いるシュバルツシ
ルド型光学系１０は、上記２枚鏡１０ａ，１０ｂにより
Ｘ線マイクロビームを形成する光学系であるが、本構成
にあっては、シリンドリカルミラー型静電型分析器１５
の内側の円筒電極１５ａ内にかかるシュバルツシルド型
光学系１０が配置されていて、ちょうどシリンドリカル
ミラー型静電型分析器１５が当該シュバルツシルド型光
学系１０の外枠の役割を果たしている。 【００１８】こうして一体に組付けられたそれらの組付
け体には、更に、穴空きＭＣＰ２０と紫外光カットフィ
ルター２５（紫外線フィルター）を組付ける。即ち、入
射面には、紫外光カットフィルター２５、及び内面に光
軸が通過できるようなホール２０ａがあるＭＣＰ２０
が、この順で、Ｘ線の入射方向側から、配置されてい
る。 【００１９】本フィルター２５は、これにより上記一体
的に内側円筒電極１６内に組み込んだシュバルツシルド
型光学系１０の鏡面で全反射され結像する紫外光を取り
除く手段の役割をするものである。。フィルター２５へ
の入射Ｘ線については、光源が無限遠にある平行光によ
るものでも、有限の距離の物点位置光源の発散光による
ものでもよい。フィルター２５及びＭＣＰ２０も含んで
一体に組付けると、よりコンパクト化を図るのに有利と
なる。 【００２０】対象となるサンプル３０は、本実施例にお
いては、これを図示の位置に配してその分析の用に供す
ることができる。シュバルツシルド型光学系１０の集光
点におかれるサンプル３０については、その配置状態に
余裕をもたらすことができる。なお、対象サンプルを走
査する場合には、図示位置（集光点位置）のサンプルの
ための走査ステージを設け、これにサンプル３０を配置
して必要な走査を行うシステムのものとすることができ
る。 【００２１】上記構成において、強度の高いＸ線マイク
ロビームをプローブとしてサンプル３０に照射し、その
発生２次電子の分析，検出は、下記のようにして行うこ
とができる。以下、作用も含め説明するに、本例装置に
おいて、Ｘ線は、まず、その入射面の紫外光カットフィ
ルター２５を通過し、更にそのＭＣＰ２０の中央の入射
Ｘ線の光軸位置部分にあるホール２０ａを通して、その
凸面鏡１０ａ、凹面鏡１０ｂの２枚鏡からなるシュバル
ツシルド型光学系１０に入射する。ここでは、紫外光カ
ットフィルター２５によりシュバルツシルド型光学系１
０の鏡面で全反射され結像する紫外光を取り除く。 【００２２】次に、シュバルツシルド型光学系１０でＸ
線は単色化され、サンプル３０表面上に集光する。こう
して、Ｘ線マイクロビームの照射が行われる。このとき
発生した２次電子ｅは、シュバルツシルド型光学系１０
の外枠として取り付けられてその外側をとりまくシリン
ドリカルミラー型静電型分析器１５でエネルギー分析さ
れる。そして、電極部分のスリットを通過してＭＣＰ２
０で検出される。このようにして、検出が行われる。該
ＭＣＰ２０の検出出力が外部へ取り出され、測定に用い
られる。 【００２３】本実施例においては、シュバルツシルド型
光学系１０、その外枠として取り付けたシリンドリカル
ミラー型静電型分析器１５、ホールを有するＭＣＰ２
０、紫外光カットフィルター２５を有して、シュバルツ
シルド型光学系１０とシリンドリカルミラー型静電型分
析器１５を適切に一体構成する電子分光器を実現でき、
性能に優れ、かつ実用性に優れたものが提供される。 （１）サンプル３０へ集光させるＸ線マイクロビーム
は、これを強度の高いＸ線マイクロビームとして形成で
きるし、また、その場合、（２）ＳＯＲ光のような平行
ビームでもレーザプラズマ光源のような発散光源でも良
好にマイクロビーム化ができる。しかも、（３）容易
に、コンパクトな構成のものとすることができ、また、
（４）取り込み立体角の大きいシリンドリカルミラー型
静電型分析器１５を用いているので、２次電子ｅの収率
が格段に良い。従来技術の問題も効果的に解消し得て、
実用に適したものが実現できる。 【００２４】特に、上記のシュバルツシルド型光学系１
０とシリンドリカルミラー型静電型分析器１５を一体と
した構成においては、シュバルツシルド型光学系１０は
２枚鏡１０ａ，１０ｂで構成されているので、軸外性能
が優れ、比較的大きな光源を、高倍率で縮小でき、適用
光源が発散光源でも、微小ビームサイズのマイクロビー
ムが形成可能である（現有技術でも、発散光源にあって
も例えば７０ｎｍのマイクロビームが形成できる）。加
えて、開口数が０．３程度まで容易にとれ、多層膜鏡の
最適化することで明るい光学系ができる。また、設計に
柔軟性があり、無限あるいは有限位置の物点位置の光源
でも集光できる光学系を設計できる。また、集光点とミ
ラーの間隔には余裕があり、サンプル３０を配置するの
が楽である。 【００２５】前記文献によるものでは、Ｘ線集光レンズ
にゾーンプレートを用いていることから、径の大きなゾ
ーンをパターニングすることは現状の技術で大きな困難
を伴い、開口数がとれない上、焦点距離が短いので、サ
ンプルステージの配置に工夫がいるなどの不利、不便が
あるのに対し、本実施例構成によるものでは、そのよう
な不具合も生ぜず、コンパクトに設計、製作できるのみ
ならず、コンパクトなものであっても上述の如くにその
サンプル配置周辺部分については、必要な余裕をもたせ
得て、配置を楽なものとできるのであり、これらの両立
も適切に達成されることになる。 【００２６】また、上記（１）から（４）の利点に加
え、サンプル３０を走査することで、高い位置分解能を
有する分析器となるが、そのようにする場合において
も、コンパクトな構成の下、サンプルの配置に関して自
由度が得られることは、その走査用サンプルステージの
設計、配設に有利なものとなり、更に、コンパクト化
は、図１図示の構成要素部分を真空中において使用する
場合において、それだけ、大きな真空容器を必要とする
ことも避けられ、この面でも実用的で効果は大きいもの
となる。 【００２７】下記においては、本発明に従って具体化し
た光電子分光器について、更に、図２及び図３も参照し
つつ、具体的数値例をも含めて述べる。 【００２８】本例は、使用光源にはレーザープラズマ光
源を用いるものとするとともに、図２に示す構造のシュ
バルツシルド型対物レンズを図１におけるシュバルツシ
ルド光学系１０として用いるものである。この場合にお
ける、以下の対物レンズ倍率など設計仕様項目について
数値例を挙げれば、それぞれ、次のようである。 （ｉ） 倍率； ２２４× （ｉｉ） 開口数； ０．２３ （ｉｉｉ） 凸面鏡１０ａの曲率半径； ６．５４１ｍｍ （ｉｖ） 凹面鏡１０ｂの曲率半径； ３２．１２５ｍｍ （ｖ） 鏡間隔（ミラースペーシング）； ２４．６８５ｍｍ （ｖｉ） 凸面鏡１０ａの有効径； ２．２ｍｍ （ｖｉｉ） 凹面鏡１０ｂの有効径； １８．８ｍｍ （ｖｉｉｉ）物体，像間距離； １０００ｍｍ 【００２９】本例においては、軟Ｘ線の集光レンズとし
て、図２に示し、かつ上記に示した仕様構成の倍率２２
４倍のシュバルツシルド型光学系を、シリンドリカルミ
ラー型静電型分析器と一体に組み込んで用いる。本光学
系のように倍率の高いものを用いると、大きなサイズの
光源をマイクロビーム化できるので、空間分解能が高
く、しかも、強度の強いマイクロビームが容易に形成で
きる。強度の高いＸ線マイクロビームの形成に、より有
利である。例えば、レーザープラズマ光源の光源サイズ
は２００μｍであるが、本光学系を用いると、ピンホー
ルを用いなくても１μｍ以下の空間分解能が優れたマイ
クロビームが形成できる。また、開口数も０．２３と大
きく、強度が高く、空間分解能が優れたマイクロビーム
の形成に一層有利である。 【００３０】一方、シュバルツシルド型光学系の球面鏡
にコートする多層膜鏡についてであるが、これは次の通
りとした。即ち、本例では、図５のような、Ｍｏ／Ｃ
（２８．５Å／３０．９Å）：５１層多層膜鏡を用い
た。ここに、同図の入射角−反射率特性をみるに、これ
は、直入射領域でも波長１１４Åで２０％程度の反射率
を持っている。なお、本値は、Ｂ．Ｌ．Ｈｅｎｋｅ等の
Atomic Data & Nuclear Data Tables. Vol.27. No.1.1
〜 (1982) の光学定数を用い、フレネルの漸化式で計算
した。 【００３１】以上のようなシュバルツシルド型対物レン
ズを得て、図１の如くにこれを組付けたものでは、波長
１１４ÅはＳｉのＬ23吸収端の１２３Åよりも短波長で
あり、ＳｉのＬ殻からの光電子を検出するのに適してい
る。よって、半導体プロセスや各種成膜技術の分野にお
いて、例えばシリコン基板表面を対象とする場合のもの
として好適である。なお、本例の光電子分光器では、そ
の入射面の使用紫外線フィルターとしては、０．１μｍ
厚のボロンまたは有機薄膜であるＬｅｘａｎを用いるの
がよい。 【００３２】また、本例のように、レーザープラズマ光
源によるときは、製作の簡単なラボラトリーユースの光
源が利用でき、この点でも効果的である。 【００３３】なお、本発明は、上記した例に限定される
ものではない。例えば、シュバルツシルド型光学系の具
体例として図２及び図３による構造、仕様のものを示し
たが、本発明におけるシュバルツシルド型光学系は、そ
れら図示構造例等のものに限られないことは、いうまで
もない。例えば多層膜につき、他の一例を具体的に挙げ
ておくなら、前記（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）について同様の
数値をものに設定したものにおいて、それがＭｏ／Ｓｉ
（３２Å／３９Å）：４１層多層膜鏡であってもよい。
また、実施例では、サンプルとの関係において、それを
走査することに触れたが、本発明はそのように走査型Ｘ
線顕微鏡を構成して分析機として利用する場合のものも
含むし、走査型Ｘ線顕微鏡以外で分光分析を行うものも
含まれるものである。 【００３４】 【発明の効果】本発明によれば、シュバルツシルド型光
学系と静電型シリンドリカルミラー型電子分光器を効果
的に一体構成でき、サンプルへ強度の高いＸ線マイクロ
ビームを照射することができるとともに、平行光、発散
光いずれにも適用可能で、従って、ＳＯＲ光のような平
行ビームでもレーザプラズマ光源のような発散光源でも
良好にマイクロビーム化ができて、設計の柔軟性に加え
て、使用光源の対応性をももち、この点でも効果的であ
る。また、容易にコンパクトな構成を達成でき、、しか
も、サンプルの配置等のスペース性もよく、発生電子の
収率等も優れ、高性能で実用に好適なものとできる。ま
た、サンプルを走査すると、その場合は、高い位置分解
能を有する走査型の改良された分析機を容易に実現する
こともできる。
ものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、ＳＯＲ光源やレーザープラズマ光
源の実用化に伴い、Ｘ線を利用した分析法が開発されて
いる。これらの分析法のニーズは、種々の材料分析の用
途、その中でも、例えば半導体プロセスや各種成膜技術
の分野に強い。特に、試料表面の汚染状況を調べる手段
として、光電子分光法やＡｕｇｅｒ分光法など２次電子
を分析する手段は有力である。シリコン（Ｓｉ）基板表
面における炭素及び炭素化合物の分析には実績がある。 【０００３】これらの分析手段は、基本的に、Ｘ線のマ
イクロビームをプローブとする。システムは、Ｘ線光源
と組み合わされて構成され、Ｘ線マイクロビームを得
て、そのＸ線マイクロビームを試料（サンプル）に照射
し、その結果放出された光電子またはＡｕｇｅｒ電子の
運動エネルギーを各種電子分光器により分析する。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】光源としてＳＯＲ光源
を用いた先行例としては、ゾーンプレート及びシリンド
リカルミラー型静電型分析器を用いた例がある。これ
は、Ｈａｒａｌｄ ＡＤＥらによる報告のものであり
（SCANNING PHOTOELECTRON MICRSCOPE WITH A ZONE PLA
TE GENERATED MICROPROBE; Nuclear Instrumennts and
Methods in Physics Research A291(1990)126-131 （文
献１））、彼らによるものの例を用いて（図４）、Ｘ線
の集光の原理及び２次電子分析の分析法を示す。 【０００５】このものにおいて、Ｘ線集光レンズである
ゾーンプレート１０１は同軸型のシリンドリカルミラー
型静電型分析器１０２の内円筒電極の内側に配置されて
いる。ＳＯＲ光源からの結晶分光器により分光されたＸ
線は、１のゾーンプレートによりステージ１０３上に配
したサンプル表面上に集光される。Ｘ線により電離した
光電子１１０は、外側電極と内側電極に電圧が印加され
たシリンドリカルミラー型静電型分析器１０２のスリッ
トを通過し、中心にホールのあるマイクロチャネルプレ
ート（ＭＣＰ）１０４により検出される。 【０００６】しかして、彼らが用いた技術には、性能の
面や、製作、設計の柔軟性等の点などにおいて下記のよ
うな問題がある。 上述のようにＸ線の集光レンズにゾーンプレートを用
いており、基本的に単レンズなので、結像性能が良くな
いのみならず、径の大きなゾーンをパターニングする
ことは困難で、開口数がとれない。開口数も大きくはと
りづらく、上記パターニングの困難性がゾーンプレート
を用いるものの設計、製作の際の支障ともなる。 また、回折効率が良くないので、明るいゾーンプレー
トも得にくい。 【０００７】更に、光源との関係でも、良好なマイク
ロビーム化を行う上で、使用光源が限られるなど、制約
を受け、自由度、対応性等にも欠ける。 即ち、上述の如く光源はＳＯＲ光源であるが、そのＳＯ
Ｒ光のように、光源が無限遠にある平行光を集光し、分
析対象試料へ照射するＸ線マイクロビームを得るのには
優れるももの、有限の距離の物点位置光源の発散光を集
光するのには向かない。例えば、レーザープラズマ光源
には不向きで、かかる発散光源を光源としたい場合、こ
れに応えにくい。 【０００８】また、０次光や高次光の迷光も透過する
ので、Ｓ／Ｎが悪く、また、焦点距離が短いので、サ
ンプルステージの配置に制約を受け、実際の設計、製作
上、そのような制約の下での装置構成が要求されるなど
する。 【０００９】上記従来文献によるものは、実用化にあた
り、このような種々の難点をもっている。 【００１０】一方、レーザープラズマ光源を用いる例と
して、特平４−１４０６５２号に係る出願がある（図
５）。その原理を図５により説明する。図中、２０１は
真空容器、２０３はターゲット、２０４はレーザー光
源、２０６は斜入射分光器、２１０は試料、２１２は電
子分光器をそれぞれ示す。レーザー光源２０１は容器外
にあり、電子分光器２１２の出力が測定出力として容器
外部へ導かれる。上記レーザー光源２０４は、真空容器
２０１中に配置されたターゲット２０３を集光する。こ
の時、白色の軟Ｘ線が発光する。白色の軟Ｘ線は斜入射
分光器２０６で分光される。分光されたＸ線は試料２１
０を照射し、その時発生する光電子を電子分光器２１２
で分析する。 【００１１】上記のレーザプラズマを用いたものは、次
のような面からみると、なお改善を加えられる点があ
る。即ち、白色光源を斜入射分光器で分光しているの
で、Ｘ線の光量が足りない点であり、強度の高いＸ線マ
イクロビームの形成を実現する上からは、やはり不十分
なものとなる。また、分光器を通さず、直接ゾーンプレ
ートのような波長分散性のある軟Ｘ線光学系で結像する
方法も考えられるが、本例では、電子分光器と軟Ｘ線光
学系を一体にする構成ではない。従って、大型化しがち
で、その分、コンパクトなものにしにくく、この点でも
改良できる余地がある。 【００１２】本発明は、上述のような不利、不便を解消
し、かつまた改良を図って、性能に優れ、実用に適した
光電子分光器を実現しようというものである。より詳し
くは、効果的に強度の高いＸ線マイクロビームを形成可
能で、かつコンパクトであり、平行光、発散光いずれに
も適用可能で良好にマイクロビーム化ができるようにし
ようというものである。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明は、試料を照射す
るＸ線マイクロビームを形成するシュバルツシルド型光
学系と、そのシュバルツシルド型光学系の外枠として取
り付けられた静電型シリンドリカルミラー電子分光器
と、当該シュバルツシルド型光学系への入射側に配置さ
れた、開口部を有する検出器とからなることを特徴とす
るものである。 【００１４】 【作用】本発明においては、そのシュバルツシルド型光
学系、静電型シリンドリカルミラー電子分光器、検出器
を有して、シュバルツシルド型光学系と静電型シリンド
リカルミラー型電子分光器の効果的な一体構成が提供さ
れる。シュバルツシルド型光学系は２枚鏡で構成され、
軸外性能に優れ比較的大きな光源を高倍率で縮小し得
て、微小サイズのマイクロビームが形成でき、サンプル
へは容易に強度の高いＸ線マイクロビームを照射され
る。開口数も容易に大きくとれ、設計に柔軟性があっ
て、無限あるいは有限位置の物点位置の光源でも集光で
きる光学系を設計可能で、平行光、発散光いずれにも適
用し得て、良好にマイクロビーム化ができ、かつまた、
容易にコンパクトな構成を達成できるとともに、その一
方で、集光点へ配置されるサンプルのワーキングディス
タンスが十分にとれる。 【００１５】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示す。本実施例による
ものは、シュバルツシルド型光学系、該シュバルツシル
ド型光学系の外枠として取り付けられた静電型シリンド
リカルミラー電子分光器、入射Ｘ線の光軸位置部分に開
口部を有する検出器としての孔空きのＭＣＰ（マイクロ
チャンネルプレート）及びＸ線フィルターからなり、そ
れらを図示の如くに組付け配置する構成のものとする。 【００１６】同図において、１０はシュバルツシルド型
光学系、また１５はシリンドリカルミラー型静電型分析
器であり、これらシュバルツシルド型光学系１０とシリ
ンドリカルミラー型静電型分析器１５を一体にした電子
分光器を示している。シュバルツシルド型光学系１０
は、凸面鏡１０ａと凹面鏡１０ｂの２枚の球面鏡を有す
る。これらは、所定波長に対し反射率分布をもつ多層膜
を被覆してなるものであるが、その点をも含めた具体的
構成例については、更に後記で述べられる（図２，３参
照）。シリンドリカルミラー型静電型分析器１５は、電
圧が印加される内側及び外側電極として、内側の円筒電
極１６及び外側の円筒電極１７を有している。 【００１７】Ｘ線集光レンズとして用いるシュバルツシ
ルド型光学系１０は、上記２枚鏡１０ａ，１０ｂにより
Ｘ線マイクロビームを形成する光学系であるが、本構成
にあっては、シリンドリカルミラー型静電型分析器１５
の内側の円筒電極１５ａ内にかかるシュバルツシルド型
光学系１０が配置されていて、ちょうどシリンドリカル
ミラー型静電型分析器１５が当該シュバルツシルド型光
学系１０の外枠の役割を果たしている。 【００１８】こうして一体に組付けられたそれらの組付
け体には、更に、穴空きＭＣＰ２０と紫外光カットフィ
ルター２５（紫外線フィルター）を組付ける。即ち、入
射面には、紫外光カットフィルター２５、及び内面に光
軸が通過できるようなホール２０ａがあるＭＣＰ２０
が、この順で、Ｘ線の入射方向側から、配置されてい
る。 【００１９】本フィルター２５は、これにより上記一体
的に内側円筒電極１６内に組み込んだシュバルツシルド
型光学系１０の鏡面で全反射され結像する紫外光を取り
除く手段の役割をするものである。。フィルター２５へ
の入射Ｘ線については、光源が無限遠にある平行光によ
るものでも、有限の距離の物点位置光源の発散光による
ものでもよい。フィルター２５及びＭＣＰ２０も含んで
一体に組付けると、よりコンパクト化を図るのに有利と
なる。 【００２０】対象となるサンプル３０は、本実施例にお
いては、これを図示の位置に配してその分析の用に供す
ることができる。シュバルツシルド型光学系１０の集光
点におかれるサンプル３０については、その配置状態に
余裕をもたらすことができる。なお、対象サンプルを走
査する場合には、図示位置（集光点位置）のサンプルの
ための走査ステージを設け、これにサンプル３０を配置
して必要な走査を行うシステムのものとすることができ
る。 【００２１】上記構成において、強度の高いＸ線マイク
ロビームをプローブとしてサンプル３０に照射し、その
発生２次電子の分析，検出は、下記のようにして行うこ
とができる。以下、作用も含め説明するに、本例装置に
おいて、Ｘ線は、まず、その入射面の紫外光カットフィ
ルター２５を通過し、更にそのＭＣＰ２０の中央の入射
Ｘ線の光軸位置部分にあるホール２０ａを通して、その
凸面鏡１０ａ、凹面鏡１０ｂの２枚鏡からなるシュバル
ツシルド型光学系１０に入射する。ここでは、紫外光カ
ットフィルター２５によりシュバルツシルド型光学系１
０の鏡面で全反射され結像する紫外光を取り除く。 【００２２】次に、シュバルツシルド型光学系１０でＸ
線は単色化され、サンプル３０表面上に集光する。こう
して、Ｘ線マイクロビームの照射が行われる。このとき
発生した２次電子ｅは、シュバルツシルド型光学系１０
の外枠として取り付けられてその外側をとりまくシリン
ドリカルミラー型静電型分析器１５でエネルギー分析さ
れる。そして、電極部分のスリットを通過してＭＣＰ２
０で検出される。このようにして、検出が行われる。該
ＭＣＰ２０の検出出力が外部へ取り出され、測定に用い
られる。 【００２３】本実施例においては、シュバルツシルド型
光学系１０、その外枠として取り付けたシリンドリカル
ミラー型静電型分析器１５、ホールを有するＭＣＰ２
０、紫外光カットフィルター２５を有して、シュバルツ
シルド型光学系１０とシリンドリカルミラー型静電型分
析器１５を適切に一体構成する電子分光器を実現でき、
性能に優れ、かつ実用性に優れたものが提供される。 （１）サンプル３０へ集光させるＸ線マイクロビーム
は、これを強度の高いＸ線マイクロビームとして形成で
きるし、また、その場合、（２）ＳＯＲ光のような平行
ビームでもレーザプラズマ光源のような発散光源でも良
好にマイクロビーム化ができる。しかも、（３）容易
に、コンパクトな構成のものとすることができ、また、
（４）取り込み立体角の大きいシリンドリカルミラー型
静電型分析器１５を用いているので、２次電子ｅの収率
が格段に良い。従来技術の問題も効果的に解消し得て、
実用に適したものが実現できる。 【００２４】特に、上記のシュバルツシルド型光学系１
０とシリンドリカルミラー型静電型分析器１５を一体と
した構成においては、シュバルツシルド型光学系１０は
２枚鏡１０ａ，１０ｂで構成されているので、軸外性能
が優れ、比較的大きな光源を、高倍率で縮小でき、適用
光源が発散光源でも、微小ビームサイズのマイクロビー
ムが形成可能である（現有技術でも、発散光源にあって
も例えば７０ｎｍのマイクロビームが形成できる）。加
えて、開口数が０．３程度まで容易にとれ、多層膜鏡の
最適化することで明るい光学系ができる。また、設計に
柔軟性があり、無限あるいは有限位置の物点位置の光源
でも集光できる光学系を設計できる。また、集光点とミ
ラーの間隔には余裕があり、サンプル３０を配置するの
が楽である。 【００２５】前記文献によるものでは、Ｘ線集光レンズ
にゾーンプレートを用いていることから、径の大きなゾ
ーンをパターニングすることは現状の技術で大きな困難
を伴い、開口数がとれない上、焦点距離が短いので、サ
ンプルステージの配置に工夫がいるなどの不利、不便が
あるのに対し、本実施例構成によるものでは、そのよう
な不具合も生ぜず、コンパクトに設計、製作できるのみ
ならず、コンパクトなものであっても上述の如くにその
サンプル配置周辺部分については、必要な余裕をもたせ
得て、配置を楽なものとできるのであり、これらの両立
も適切に達成されることになる。 【００２６】また、上記（１）から（４）の利点に加
え、サンプル３０を走査することで、高い位置分解能を
有する分析器となるが、そのようにする場合において
も、コンパクトな構成の下、サンプルの配置に関して自
由度が得られることは、その走査用サンプルステージの
設計、配設に有利なものとなり、更に、コンパクト化
は、図１図示の構成要素部分を真空中において使用する
場合において、それだけ、大きな真空容器を必要とする
ことも避けられ、この面でも実用的で効果は大きいもの
となる。 【００２７】下記においては、本発明に従って具体化し
た光電子分光器について、更に、図２及び図３も参照し
つつ、具体的数値例をも含めて述べる。 【００２８】本例は、使用光源にはレーザープラズマ光
源を用いるものとするとともに、図２に示す構造のシュ
バルツシルド型対物レンズを図１におけるシュバルツシ
ルド光学系１０として用いるものである。この場合にお
ける、以下の対物レンズ倍率など設計仕様項目について
数値例を挙げれば、それぞれ、次のようである。 （ｉ） 倍率； ２２４× （ｉｉ） 開口数； ０．２３ （ｉｉｉ） 凸面鏡１０ａの曲率半径； ６．５４１ｍｍ （ｉｖ） 凹面鏡１０ｂの曲率半径； ３２．１２５ｍｍ （ｖ） 鏡間隔（ミラースペーシング）； ２４．６８５ｍｍ （ｖｉ） 凸面鏡１０ａの有効径； ２．２ｍｍ （ｖｉｉ） 凹面鏡１０ｂの有効径； １８．８ｍｍ （ｖｉｉｉ）物体，像間距離； １０００ｍｍ 【００２９】本例においては、軟Ｘ線の集光レンズとし
て、図２に示し、かつ上記に示した仕様構成の倍率２２
４倍のシュバルツシルド型光学系を、シリンドリカルミ
ラー型静電型分析器と一体に組み込んで用いる。本光学
系のように倍率の高いものを用いると、大きなサイズの
光源をマイクロビーム化できるので、空間分解能が高
く、しかも、強度の強いマイクロビームが容易に形成で
きる。強度の高いＸ線マイクロビームの形成に、より有
利である。例えば、レーザープラズマ光源の光源サイズ
は２００μｍであるが、本光学系を用いると、ピンホー
ルを用いなくても１μｍ以下の空間分解能が優れたマイ
クロビームが形成できる。また、開口数も０．２３と大
きく、強度が高く、空間分解能が優れたマイクロビーム
の形成に一層有利である。 【００３０】一方、シュバルツシルド型光学系の球面鏡
にコートする多層膜鏡についてであるが、これは次の通
りとした。即ち、本例では、図５のような、Ｍｏ／Ｃ
（２８．５Å／３０．９Å）：５１層多層膜鏡を用い
た。ここに、同図の入射角−反射率特性をみるに、これ
は、直入射領域でも波長１１４Åで２０％程度の反射率
を持っている。なお、本値は、Ｂ．Ｌ．Ｈｅｎｋｅ等の
Atomic Data & Nuclear Data Tables. Vol.27. No.1.1
〜 (1982) の光学定数を用い、フレネルの漸化式で計算
した。 【００３１】以上のようなシュバルツシルド型対物レン
ズを得て、図１の如くにこれを組付けたものでは、波長
１１４ÅはＳｉのＬ23吸収端の１２３Åよりも短波長で
あり、ＳｉのＬ殻からの光電子を検出するのに適してい
る。よって、半導体プロセスや各種成膜技術の分野にお
いて、例えばシリコン基板表面を対象とする場合のもの
として好適である。なお、本例の光電子分光器では、そ
の入射面の使用紫外線フィルターとしては、０．１μｍ
厚のボロンまたは有機薄膜であるＬｅｘａｎを用いるの
がよい。 【００３２】また、本例のように、レーザープラズマ光
源によるときは、製作の簡単なラボラトリーユースの光
源が利用でき、この点でも効果的である。 【００３３】なお、本発明は、上記した例に限定される
ものではない。例えば、シュバルツシルド型光学系の具
体例として図２及び図３による構造、仕様のものを示し
たが、本発明におけるシュバルツシルド型光学系は、そ
れら図示構造例等のものに限られないことは、いうまで
もない。例えば多層膜につき、他の一例を具体的に挙げ
ておくなら、前記（ｉ）〜（ｖｉｉｉ）について同様の
数値をものに設定したものにおいて、それがＭｏ／Ｓｉ
（３２Å／３９Å）：４１層多層膜鏡であってもよい。
また、実施例では、サンプルとの関係において、それを
走査することに触れたが、本発明はそのように走査型Ｘ
線顕微鏡を構成して分析機として利用する場合のものも
含むし、走査型Ｘ線顕微鏡以外で分光分析を行うものも
含まれるものである。 【００３４】 【発明の効果】本発明によれば、シュバルツシルド型光
学系と静電型シリンドリカルミラー型電子分光器を効果
的に一体構成でき、サンプルへ強度の高いＸ線マイクロ
ビームを照射することができるとともに、平行光、発散
光いずれにも適用可能で、従って、ＳＯＲ光のような平
行ビームでもレーザプラズマ光源のような発散光源でも
良好にマイクロビーム化ができて、設計の柔軟性に加え
て、使用光源の対応性をももち、この点でも効果的であ
る。また、容易にコンパクトな構成を達成でき、、しか
も、サンプルの配置等のスペース性もよく、発生電子の
収率等も優れ、高性能で実用に好適なものとできる。ま
た、サンプルを走査すると、その場合は、高い位置分解
能を有する走査型の改良された分析機を容易に実現する
こともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】同例において適用できるシュバルツシルド型光
学系の具体的な例を示す図である。 【図３】その反射率特性を示す図である。 【図４】従来例を示す図である。 【図５】レーザープラズマ光源を用いるシステムの例を
示す図である。 【符号の説明】 １０ シュバルツシルド型光学系 １０ａ 凸面鏡 １０ｂ 凹面鏡 １５ シリンドリカルミラー型静電型分析器 １６ 内側円筒電極（シリンドリカルミラー電子分光器
内側電極） １７ 外側円筒電極（シリンドリカルミラー電子分光器
外側電極） ２０ 穴空きのＭＣＰ（検出器） ２０ａ ホール ２５ 紫外光カットフィルター（Ｘ線フィルター） ３０ サンプル
学系の具体的な例を示す図である。 【図３】その反射率特性を示す図である。 【図４】従来例を示す図である。 【図５】レーザープラズマ光源を用いるシステムの例を
示す図である。 【符号の説明】 １０ シュバルツシルド型光学系 １０ａ 凸面鏡 １０ｂ 凹面鏡 １５ シリンドリカルミラー型静電型分析器 １６ 内側円筒電極（シリンドリカルミラー電子分光器
内側電極） １７ 外側円筒電極（シリンドリカルミラー電子分光器
外側電極） ２０ 穴空きのＭＣＰ（検出器） ２０ａ ホール ２５ 紫外光カットフィルター（Ｘ線フィルター） ３０ サンプル
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 試料を照射するＸ線マイクロビームを形
成するシュバルツシルド型光学系と、そのシュバルツシ
ルド型光学系の外枠として取り付けられた静電型シリン
ドリカルミラー電子分光器と、当該シュバルツシルド型
光学系への入射側に配置された、開口部を有する検出器
とからなることを特徴とする光電子分光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32455193A JP3368643B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 光電子分光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32455193A JP3368643B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 光電子分光器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181151A JPH07181151A (ja) | 1995-07-21 |
| JP3368643B2 true JP3368643B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=18167081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32455193A Expired - Fee Related JP3368643B2 (ja) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | 光電子分光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3368643B2 (ja) |
-
1993
- 1993-12-22 JP JP32455193A patent/JP3368643B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07181151A (ja) | 1995-07-21 |
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Legal Events
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