JP5430908B2 - Spectroscopic analyzer - Google Patents
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Description
本発明は絶縁性試料の分析に適した分光分析装置に関する。 The present invention relates to a spectroscopic analyzer suitable for analyzing an insulating sample.
分光分析装置の一つであるX線光電子分光分析装置は、分析すべき試料にX線を照射することにより該試料から放出される光電子をインプットレンズにより減速且つ集束させてアナライザに入射させ、該光電子を該アナライザでエネルギー分光して該試料のエネルギースペクトルを得、該エネルギースペクトルから該試料に含まれる元素の定量分析等を行っている。 An X-ray photoelectron spectroscopic analyzer, which is one of the spectroscopic analyzers, irradiates a sample to be analyzed with X-rays so that the photoelectrons emitted from the sample are decelerated and focused by an input lens and incident on an analyzer. Photoelectrons are subjected to energy spectroscopy with the analyzer to obtain an energy spectrum of the sample, and quantitative analysis of elements contained in the sample is performed from the energy spectrum.
さて、この様なX線光電子分光分析装置において、絶縁物からなる試料を分析する場合、該試料表面へのX線照射によって該試料表面から光電子が放出されるので、該試料表面が正に帯電する。この様な帯電が発生すると、試料から放出される光電子は試料と検出器の間に生じた電位差により運動エネルギーが変化し、得られる光電子エネルギースペクトルが束縛エネルギー軸(電子の運動エネルギー軸)についてシフト(高結合エネルギー側にシフト)し、正確な分析を行うことが難しくなる。 In such an X-ray photoelectron spectroscopic analyzer, when analyzing a sample made of an insulator, photoelectrons are emitted from the sample surface by X-ray irradiation to the sample surface. To do. When such charging occurs, the kinetic energy of the photoelectrons emitted from the sample changes due to the potential difference between the sample and the detector, and the resulting photoelectron energy spectrum shifts with respect to the bound energy axis (electron kinetic energy axis). (Shift to high binding energy side), making it difficult to perform accurate analysis.
そこで、例えば、中和用電子銃を使い、正に帯電した試料表面に電子ビームを照射して該試料表面に帯電した電荷を電気的に中和している。 Therefore, for example, a neutralized electron gun is used to irradiate a positively charged sample surface with an electron beam to electrically neutralize the charge charged on the sample surface.
図1は中和用電子銃を備えたX線光電子分光分析装置の一概略例を示している。 FIG. 1 shows a schematic example of an X-ray photoelectron spectrometer equipped with a neutralizing electron gun.
図中1はX線発生源、2は該X線発生源からのX線3が照射される試料、4は該試料を載置する試料ステージ、6は前記X線3の照射により帯電した試料2表面を中和させるための電子ビームを照射するための中和用電子銃、7は光電子分光器で、インプットレンズ7aと、該インプットレンズを介して入射して来た前記試料2からの光電子5をエネルギー分析するための内半球電極と外半球電極からなるアナライザ7bと、該アナライザでエネルギー選別された光電子を検出するための検出器7cとから成っている。
In the figure, 1 is an X-ray generation source, 2 is a sample irradiated with the
8は前記検出器7cの出力信号を増幅する増幅器、9はAD変換器である。
8 is an amplifier for amplifying the output signal of the
10は制御装置で、光電子分光装置を成す各手段の制御並びに各種演算処理を行うものである。
11は前記制御装置10からの指令に基づいて前記X線発生源1に制御信号を送るX線発生源制御電源、12は前記制御装置10からの指令に基づいて前記インプットレンズ7aと前記アナライザ7bに制御信号を送る制御電源、13は前記制御装置10からの指令に基づいて前記中和用電子銃6に制御信号を送る中和用電子銃制御電源である。
14は前記検出器7cの出力信号(光電子エネルギースペクトル信号)を記憶する記憶装置、15は前記制御装置10からの指令に基づいて前記記憶装置14から読み出された前記光電子エネルギースペクトル信号を表示する表示装置、16はマウス、キーボード等から成る入力装置である。
この様な構成のX線光電子分光分析装置において、制御装置10の指令によりX線発生源制御電源11からX線発生源1に制御信号が送られると、該X線発生源はX線3を発生する。該X線は試料2の表面に照射され、該試料から光電子5が放出される。
In the X-ray photoelectron spectrometer having such a configuration, when a control signal is sent from the X-ray generation source
この際、前記試料2が絶縁物から成る試料(絶縁試料)の場合、該絶縁試料表面から光電子5が放出されると、該試料表面のX線照射領域が正に帯電する。
At this time, when the
この時、同時に前記制御装置10の指令により中和用電子銃制御電源13から中和用電子銃6に制御信号が送られて、該中和用電子銃から前記試料2表面の前記X線照射領域に電子ビームが照射されることにより、該X線照射領域に正に帯電した電荷は電気的に中和される。
At the same time, a control signal is sent from the neutralizing electron gun
そして、前記試料2表面から放出された光電子6はインプットレンズ7aに入り、ここで減速及び集束されてアナライザ7b内に入射し、該アナライザ内でエネルギー分光され、検出器7cで検出される。
Then, the photoelectrons 6 emitted from the surface of the
該検出器の出力信号は増幅器8及びAD変換器9を介して前記制御装置10に送られ、光電子エネルギースペクトル信号として記憶装置14に記憶される。
The output signal of the detector is sent to the
前記制御装置10は前記記憶装置14から前記光電子エネルギースペクトル信号を読み出して表示装置15に送り、該表示装置の表示画面上に前記光電子エネルギースペクトルを表示させる。
The
所で、前記X線発生源1から発生するX線3の空間強度分布は、中央部で強く、周辺部で弱い状態にあるので、前記X線照射領域内の中央部は周辺部より帯電量が多く、該X線照射領域に不均一な帯電状態が生じる。
However, since the spatial intensity distribution of the
又、該X線照射領域に試料表面形状に依る不均一な帯電状態が生じる。例えば、試料表面の凸状の箇所は他の箇所より帯電量が多くなり、該X線照射領域に不均一な帯電状態が生じる。 In addition, a non-uniform charging state depending on the sample surface shape occurs in the X-ray irradiation region. For example, the convex portion on the sample surface has a larger amount of charge than other portions, and a non-uniform charged state occurs in the X-ray irradiation region.
この様に試料表面に不均一な帯電状態が発生すると、前記中和用電子銃6から前記試料表面に一様に電子ビームを照射しても試料表面の不均一な帯電状態が解消されない。 When a non-uniform charging state occurs on the sample surface in this manner, the non-uniform charging state on the sample surface is not eliminated even when the electron beam is uniformly irradiated from the neutralizing electron gun 6 to the sample surface.
この様な不均一な帯電状態があると、シフト量の異なるスペクトルの重ね合わせによりスペクトルが変形したり、ピーク幅の広がりが発生し、試料の正確な分析が難しくなる。 If there is such a non-uniform charged state, the spectrum is deformed by the superposition of the spectra having different shift amounts, or the peak width is widened, making it difficult to accurately analyze the sample.
さて、本発明者は、この様な問題を解決するために、次に説明する様な提案を成し、2007年9月7日に特許出願(特願2007−232123号)している。 In order to solve such problems, the present inventor made the following proposal and filed a patent application (Japanese Patent Application No. 2007-232123) on September 7, 2007.
即ち、試料表面における不均一な帯電状態をまず均一な帯電状態にし、該均一な帯電状態にした試料表面に帯電電荷の極性と反対の荷電粒子を照射すれば、試料表面の帯電は中和されるとの着想を得、例えば、X線照射により正に帯電した試料表面に中和用電子銃から電子ビームが照射されている試料を載置している試料ステージに適宜な正のバイアス電圧を印加し、試料の少なくともステージ接触面全体を一様に、例えば、正に帯電させるようにし、このような試料表面に帯電電荷の極性(正)と反対の極性(負)の荷電粒子(電子)を照射し、試料表面の帯電が一様に中和される様にした。 That is, if the non-uniform charged state on the sample surface is first made uniform, and the charged sample surface is irradiated with charged particles opposite in polarity to the charged surface, the charge on the sample surface is neutralized. For example, an appropriate positive bias voltage is applied to the sample stage on which the sample irradiated with the electron beam from the neutralizing electron gun is placed on the surface of the sample positively charged by X-ray irradiation. When applied, at least the entire stage contact surface of the sample is uniformly charged, for example, positively, and charged particles (electrons) having a polarity (positive) opposite to the polarity (positive) of the charged charge on the surface of the sample. Was applied to uniformly neutralize the charge on the sample surface.
図2はこの様な原理に基づくX線光電子分光分析装置の一概略例を示したもので、図中前記図1にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。 FIG. 2 shows a schematic example of an X-ray photoelectron spectroscopic analyzer based on such a principle. In FIG. 2, the same reference numerals as those used in FIG. 1 denote the same components.
図中21は制御装置10の指令に従って試料2に正のバイアス電圧を印加するバイアス電圧電源、22は得られたエネルギースペクトルのピーク位置(ピークエネルギー値)を読み取るピーク位置読取装置、23は前記読み取ったピーク位置を前記バイアス電圧と関連付けて記憶するメモリ、24は前記読み取った順に各ピーク位置間の差を算出する第1演算装置、25は該差が連続して許容値域内になった時のバイアス電圧値を求める第2演算装置、25aは前記第2演算装置25内に設けられ、前記差が許容値域内に入る度に1回カウントするカウント部である。
In the figure, 21 is a bias voltage power source for applying a positive bias voltage to the
この様な構成のX線光電子分光分析装置において、まず、表示装置15の表示画面上に表示された試料2の光電子エネルギースペクトルからバイアス電圧を求めるために用いるピークを次のように指定する。
In the X-ray photoelectron spectrometer having such a configuration, first, the peak used for obtaining the bias voltage from the photoelectron energy spectrum of the
分析すべき試料2が、絶縁試料、例えばPET(ポリエチレンテレフタレート樹脂)からなるフィルムとする。該表面をX線光電子分光分析することによって得られる炭素原子の1s軌道のエネルギースペクトルは図3の破線S1に示すよう3つのピークP1、P2、P3を持つ。その内、ピーク位置(ピークエネルギー値)が285eV付近のピーク(P1)はC−C結合に対応し、286.5eV付近のピーク(P2)はC−O結合に対応し、289eV付近のピーク(P3)はO−C=O結合に対応すると考えられているが、ピーク同士の干渉が少ないピークP3をバイアス電圧を求めるために用いるピークに指定する。
The
更に、オペレータは入力装置16により、試料2に印加するバイアス電圧の上限電圧値と下限電圧値及び電圧の可変幅、前記指定ピークと、前記試料2に印加するバイアス電圧値を決めるために必要な許容値域を制御装置10に入力する。
Further, the operator is required to determine the upper limit voltage value and lower limit voltage value of the bias voltage to be applied to the
該制御装置は前記上限電圧値と前記下限電圧値と前記電圧の可変幅を記憶装置14に記憶させ、前記指定ピークをピーク位置読取装置22に設定し、更に前記許容値域を第2演算装置25に設定する。
The control device stores the upper limit voltage value, the lower limit voltage value, and the variable width of the voltage in the
さて、X線発生源1からX線3を試料2上の所定個所に照射すると、該試料から光電子5が放出され、該試料は正に帯電する。この際、同時に前記制御装置10の指令により中和電子銃制御電源13から中和電子銃6に制御信号が送られ、該中和電子銃から前記試料2表面上の前記X線照射領域に電子ビームが照射され、該照射領域の帯電は中和される。
Now, when
この時に、前記制御装置10の指令に基づいて前記記憶装置14から前記上限電圧値と前記下限電圧値及び前記電圧の可変幅を読み出し、バイアス電圧電源21に送る。
At this time, the upper limit voltage value, the lower limit voltage value, and the variable width of the voltage are read from the
すると、該電源は試料ステージ4にバイアス電圧を下限値(例えば0V)から上限値(例えば30V)に向かって設定された可変幅(例えば5V)で所定の時間間隔で変えていく。
Then, the power source changes the bias voltage to the
すると、各バイアス電圧の印加毎に、前記試料2表面から放出された光電子5は光電子分光器7により分光され検出器7cで検出され、前記検出器7cの出力は、増幅器8、AD変換器9を介して光電子エネルギースペクトル信号として前記制御装置10に送られ、一旦記憶装置14に各バイアス電圧に関連づけられて記憶される。
Then, each time the bias voltage is applied, the
次に、ピーク位置読取装置22は、前記制御装置10を介して前記記憶装置14から光電子エネルギースペクトル信号を測定順に読み込み、前記指定したピークに基づいて前記測定した各光電子エネルギースペクトルの指定ピークのピーク位置(ピークエネルギー値)を読み取る。
Next, the peak
ここで、指定ピークP3の基準ピーク位置を289(eV)とした場合、各バイアス電圧毎に得た試料の各光電子エネルギースペクトルから読取った指定ピーク位置とバイアス電圧の関係を図4に示す。 Here, when the reference peak position of the designated peak P3 is 289 (eV), the relationship between the designated peak position read from each photoelectron energy spectrum of the sample obtained for each bias voltage and the bias voltage is shown in FIG.
図4に示すバイアス電圧とピーク位置との関係から、この試料の場合、バイアス電圧が0Vから9V辺りまではピーク位置が変動するが、10V以上ではピーク位置の変動は小さくほぼ一定となることが分かる。 From the relationship between the bias voltage and the peak position shown in FIG. 4, in the case of this sample, the peak position fluctuates from 0 V to around 9 V, but the fluctuation of the peak position is small and almost constant at 10 V or more. I understand.
このピーク位置の変動が一定になっていることは、前記試料表面の帯電状態(例えば正の帯電状態)が均一になったことに対応する。 The fact that the fluctuation of the peak position is constant corresponds to that the charged state (for example, positive charged state) of the sample surface is uniform.
即ち、試料に10V以上のバイアス電圧を印加することで、試料表面の帯電状態が均一であるときのエネルギースペクトルを得ることができる。 That is, by applying a bias voltage of 10 V or more to the sample, an energy spectrum when the charged state of the sample surface is uniform can be obtained.
次に、設定するバイアス電圧値の具体的求め方について説明する。 Next, a specific method for obtaining the bias voltage value to be set will be described.
前記ピーク位置読取装置22は前記読み取った各光電子エネルギースペクトルのピーク位置を測定順にメモリ23に記憶させる。
The
すると、第1演算装置24は該メモリから各ピーク位置を読み込み、測定順に該各ピーク位置間の差を求めて、バイアス電圧に関連づけて、第2演算装置25に送る。
Then, the first
該第2演算装置は、各バイアス電圧に対する前記第1演算装置24からの各差分値が、予め設定されている前記許容値域に入っているか否かを判断を順次行い、該差分値が許容値内に入った時、前記カウント部25aは1回カウントする。この時、該カウント部は差分値が連続して許容値域内に入ると、カウント数を加算し、連続して許容値域内に入らない場合にはカウント数をリセットする。
The second arithmetic unit sequentially determines whether or not each difference value from the first
なお、該カウント部には予め設定バイアス電圧が決定される回数が設定されてある。 The count section is preset with the number of times that the set bias voltage is determined.
該カウント部のカウント数が前記設定回数に達した時、その時の差分値に対するバイアス電圧値が設定すべきバイアス電圧に決定される。 When the count number of the count unit reaches the set number, the bias voltage value for the difference value at that time is determined as the bias voltage to be set.
前記第2演算装置25はこの様にして決定されたバイアス電圧Vsを前記制御装置10を介して前記記憶装置14に記憶させる。
The second
次に、前記制御装置10は前記記憶装置14から前記設定バイアス電圧Vsを読み出し、試料ステージ4に該電圧Vsが印加されるようにバイアス電圧電源21に指令を送る。
Next, the
同時に、X線発生源1よりのX線3と中和電子銃6よりの電子ビームが試料2の同一個所に照射されるようにする。
この時、前記バイアス電圧Vsの印加と前記中和電子銃6からの電子ビームにより試料表面が一様に中和するように、前記中和電子銃6の加速電圧等を前記バイアス電圧値に対応させて制御している。
At the same time, the
At this time, the acceleration voltage of the neutralizing electron gun 6 corresponds to the bias voltage value so that the sample surface is uniformly neutralized by the application of the bias voltage Vs and the electron beam from the neutralizing electron gun 6. Let's control.
前記試料2上のX線照射個所から光電子5が放出され、該光電子はインプットレンズ7aに入射し静電レンズ(図示せず)により減速、集束され、前記アナライザ7b内に入射する。該入射した光電子は該アナライザ内でエネルギー分光されて検出器7cに検出される。
該検出器の出力信号は増幅器8、AD変換器9を介して制御装置10に送られ、該制御装置は表示装置15に光電子エネルギースペクトルを表示させる。
The output signal of the detector is sent to the
図3のS2は該表示装置の表示画面上に表示されたPETフィルムの炭素原子の1s軌道の光電子エネルギースペクトルを示す。 S2 of FIG. 3 shows the photoelectron energy spectrum of the 1s orbit of the carbon atom of the PET film displayed on the display screen of the display device.
このスペクトルS2を見ても分かるように、本実施例によると、例え、X線源のX線の強度分布が不均一であっても、あるいは試料表面に凸凹があっても試料表面上の帯電はほぼ中和され、従来の試料帯電の影響を受けた状態で得た光電子エネルギースペクトルS1と比較しても、本実施例の電子分光分析法で得たエネルギースペクトルS2はスペクトルの変形が小さく、またピーク幅の広がりも小さなものとなる。 As can be seen from this spectrum S2, according to this embodiment, even if the X-ray intensity distribution of the X-ray source is not uniform or the sample surface is uneven, the charge on the sample surface is charged. Is almost neutralized, and the energy spectrum S2 obtained by the electron spectroscopic analysis method of this example has a small spectral deformation even when compared with the photoelectron energy spectrum S1 obtained under the influence of the conventional sample charging. In addition, the spread of the peak width is small.
しかし、前記中和用電子銃6から射出される電子の状態によっては、前記試料ステージに印加するバイアス電圧が求められない場合があることが分かった。 However, it has been found that the bias voltage applied to the sample stage may not be required depending on the state of electrons emitted from the neutralizing electron gun 6.
即ち、前記中和用電子銃6としてエネルギーの可成り小さい電子を放出するものを使用した場合、或いは、エネルギーの可成り小さい電子を放出される様に中和用電子銃を調整した場合、バイアス電圧とピーク位置との関係が図4に示す様(バイアス電圧が0Vから9V辺りまではピーク位置が変動するが、10V以上ではピーク位置の変動は小さくほぼ一定となる)にはならず、図5に示す様に、ピーク位置が10V以後も一定とならずに、徐々に高くなって行くことが分かった。 That is, when the neutralizing electron gun 6 that emits an electron with a relatively small energy is used, or when the neutralizing electron gun is adjusted so as to emit an electron with a very small energy, the bias The relationship between the voltage and the peak position does not become as shown in FIG. 4 (the peak position fluctuates from 0 V to around 9 V, but the fluctuation of the peak position is small and almost constant when the bias voltage is 10 V or more). As shown in FIG. 5, it was found that the peak position did not become constant after 10 V and gradually increased.
この様な場合には、前記試料ステージに印加するバイアス電圧が求められず、結果として、試料を正確に分析することが出来なくなる。 In such a case, the bias voltage applied to the sample stage cannot be obtained, and as a result, the sample cannot be analyzed accurately.
本発明はこの様な問題を解決する為に成されたもので、新規な分光分析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a novel spectroscopic analyzer.
試料表面上に放射ビームを照射すると同時に、中和用荷電粒子ビーム発生手段からの荷電粒子ビームを前記試料表面上に照射し、前記放射ビーム照射に基づき試料表面から放出された二次荷電粒子をエネルギーアナライザに導き、前記エネルギーアナライザでエネルギー分光してエネルギースペクトルを得る様にした装置であって、前記試料をセットしている試料ステージにバイアス電圧を印加することにより前記試料表面上が一様に帯電される様に成した分光分析装置において、前記中和用荷電粒子ビーム発生手段に対して前記試料ステージを覆うように設けられた導電性材料から成る遮蔽部材であって、前記放射ビー
ム,前記中和用荷電粒子ビーム,前記二次荷電粒子が通過可能な孔が設けられ、且つ、接地されている遮蔽部材を設け、前記遮蔽部材は、その内部に前記試料ステージが配置される様に容器状に形成されており、前記ステージの試料セット面に対向する上壁中央部には前記孔が設けられており、且つ、前記試料とは電気的に絶縁されていることを特徴とする
Simultaneously irradiating the sample surface with the radiation beam, the charged particle beam from the neutralized charged particle beam generating means is irradiated onto the sample surface, and the secondary charged particles emitted from the sample surface based on the radiation beam irradiation are irradiated. An apparatus that is guided to an energy analyzer and obtains an energy spectrum by performing energy spectroscopy with the energy analyzer, and applying a bias voltage to a sample stage on which the sample is set makes the surface of the sample uniform. In the spectroscopic analyzer configured to be charged, a shielding member made of a conductive material provided so as to cover the sample stage with respect to the neutralized charged particle beam generating means, the radiation beam, neutralizing charged particle beam, the secondary charged particles can pass holes provided, and is provided with a shielding member that is grounded, before The shielding member is formed in a container shape so that the sample stage is disposed therein, the hole is provided in a central portion of the upper wall facing the sample setting surface of the stage, and Characterized by being electrically insulated from the sample
本発明によれば、中和用荷電粒子ビーム発生装置としてエネルギーの可成り小さい荷電粒子を放出するものを使用した場合でも、或いは、エネルギーの可成り小さい荷電粒子を放出される様に中和用荷電粒子ビーム発生装置を調整した場合でも、試料ステージに印加するバイアス電圧が求められ、結果として、試料を正確に分析することが出来る。 According to the present invention, even when a neutralized charged particle beam generator that emits charged particles with a relatively low energy is used, or so that charged particles with a considerably low energy can be emitted, Even when the charged particle beam generator is adjusted, the bias voltage applied to the sample stage is obtained, and as a result, the sample can be analyzed accurately.
さて、本発明者は、前記中和用電子銃6として、エネルギーの可成り小さな電子を放出するものを使用した場合、或いは、中和用電子銃から放出される電子のエネルギーが可成り小さく成る様に中和用電子銃を調整した場合には、バイアス電圧とピーク位置との関係が図4に示す様(バイアス電圧が0Vから9V辺りまではピーク位置が変動するが、10V以上ではピーク位置の変動は小さくほぼ一定となる)にはならず、図5に示す様に、ピーク位置が10V以後も徐々に高くなって行く原因を探求し、次の結論を得た。 The present inventor uses the neutralizing electron gun 6 that emits electrons with a relatively small energy, or the energy of electrons emitted from the neutralizing electron gun becomes considerably small. When the neutralizing electron gun is adjusted in this way, the relationship between the bias voltage and the peak position is as shown in FIG. 4 (the peak position varies from 0 V to around 9 V, but the peak position is greater than 10 V. As shown in FIG. 5, the cause of the peak position gradually increasing after 10V was searched and the following conclusion was obtained.
試料ステージに正のバイアス電圧を印加し、該試料ステージが正の電位になった場合、中和用電子銃から試料方向に向かう電子ビームは、該試料ステージの試料載置面の内、試料に接していない周辺部部分の正の電位の影響(即ち、該正の電位に基づく正電界による影響(偏向))を受ける可能性がある。その場合、前記中和用電子銃からの電子が受ける影響力(偏向力)は自身のエネルギーの大きさとバイアス電圧の強さに従い、該エネルギーが小さい程、該バイアス電圧値が大きい程、受ける影響力(偏向力)が大きい。 When a positive bias voltage is applied to the sample stage and the sample stage is at a positive potential, the electron beam directed from the neutralizing electron gun toward the sample is applied to the sample on the sample mounting surface of the sample stage. There is a possibility of being influenced by a positive potential (that is, an influence (deflection) due to a positive electric field based on the positive potential) of the peripheral portion not in contact. In this case, the influence force (deflection force) received by the electrons from the neutralizing electron gun depends on the magnitude of its own energy and the strength of the bias voltage. The smaller the energy, the greater the bias voltage value. The force (deflection force) is large.
従って、前記中和電子銃からの電子のエネルギーが可成り小さいと、前記試料ステージの試料載置面の内、試料に接していない周辺部部分の正の電位の影響(該正の電位に基づく正電界による影響)を強く受けてしまい、前記試料方向に向かう電子ビームの軌道が該周辺部部分方向に大きく曲げられ、該電子ビームの試料上の照射位置がX線照射領域から外れてしまう場合も発生する。 Therefore, if the energy of electrons from the neutralizing electron gun is considerably small, the influence of the positive potential on the peripheral portion of the sample stage that is not in contact with the sample (based on the positive potential) The electron beam trajectory toward the sample is greatly bent in the direction of the peripheral portion, and the irradiation position of the electron beam on the sample deviates from the X-ray irradiation region. Also occurs.
この様な場合には、前記X照射領域に前記中和用電子銃からの電子が照射されない状態と同じなので、該X照射領域には、X線発生源1から発生するX線3の空間強度分布の偏りと前記X照射領域の試料表面形状に基づく不均一な帯電状態が生じる。従って、この様な場合には、前記X照射領域の帯電状態(例えば正の帯電状態)が均一になることはなく、バイアス電圧とピーク位置との関係が図5に示す様に成ると考えられる。
In such a case, since the X irradiation region is the same as the state in which the electrons from the neutralizing electron gun are not irradiated, the spatial intensity of the
そこで本発明者は、試料ステージに所定のバイアス電圧が印加されても、該バイアス電圧に基づく試料載置面周辺部部分の正電位(該正電位に基づく正電界)が中和用電子銃からの電子に影響を及ぼさない様に、例えば、中和用電子銃から試料表面上に向かって来る電子に対して、該試料載置面周辺部部分の正電位に基づく正電界を遮断すれば前記問題が解決されると考えた。 Accordingly, the present inventor has found that even when a predetermined bias voltage is applied to the sample stage, the positive potential (positive electric field based on the positive potential) at the peripheral portion of the sample mounting surface based on the bias voltage is generated from the neutralizing electron gun. For example, if the positive electric field based on the positive potential of the peripheral part of the sample mounting surface is cut off from the electron coming from the neutralizing electron gun toward the sample surface, I thought the problem would be solved.
図6は、この様な原理に基づいて成された分光分析装置の一概略例を示しており、前記図
2にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
FIG. 6 shows a schematic example of a spectroscopic analyzer made on the basis of such a principle, and components having the same symbols as those used in FIG. 2 indicate the same components.
図6で示す装置が図2で示した装置と異なる構成を中心に説明する。 The description will focus on the configuration of the apparatus shown in FIG. 6 different from the apparatus shown in FIG.
図6に示す装置では、試料ステージ4が導電性材料で形成された直方体状の容器31の内部に配置される様に成っている。
In the apparatus shown in FIG. 6, the
該容器の底壁31a上に絶縁材料で形成された支持体32a,32bを介して前記試料ステージ4が固定されている。
The
又、該容器の一方の側壁31bには、バイアス電源21と前記ステージ4とを電気的に結ぶケーブルを通す孔33が開けられている。
Further, a
又、該容器の上壁31c中央部には、X線発生源1からのX線が試料2上に照射出来、該X線照射により該試料から発生した光電子がインプットレンズ7aに入射出来、且つ、中和用電子銃6からの電子が前記試料に照射出来る孔34が開けられている。
Further, the X-ray from the
該孔3は、この様に、前記X線,光電子及び電子の通過を可能とすると共に、前記試料ステージ4に印加されるバイアス電圧に基づいた試料載置面の内、試料が接していない周辺部部分の正電位(該正電位に基づく正電界)が前記中和用電子銃6からの電子に影響を及ぼさない様に、中和用電子銃6の電子放出部から見て、該試料載置面周辺部部分が前記上壁31cにより隠れる程度の口径を有する様に開けられている。
Thus, the
この様な構成のX線光電子分光分析装置において、分析すべき試料2(例えばPET(ポリエチレンテレフタレート樹脂)からなるフィルム)を試料ステージ4上にセットし、事前に光電子エネルギースペクトル測定を行い、表示装置15の表示画面上に表示された前記試料2の光電子エネルギースペクトル(図3のS1)から、ピーク同士の干渉が少ないピークP3をバイアス電圧を求めるために用いるピークに指定する。
In the X-ray photoelectron spectroscopic analyzer having such a configuration, a
更に、オペレータは入力装置16により、前記試料2に印加するバイアス電圧の上限電圧値と下限電圧値及び電圧の可変幅、前記指定ピークと、該試料に印加するバイアス電圧値を決めるために必要な許容値域を制御装置10に入力する。
Further, the operator is required to determine the upper limit voltage value and lower limit voltage value of the bias voltage to be applied to the
該制御装置は前記上限電圧値と前記下限電圧値と前記電圧の可変幅を記憶装置14に記憶させ、前記指定ピークをピーク位置読取装置22に設定し、更に前記許容値域を第2演算装置25に設定する。
The control device stores the upper limit voltage value, the lower limit voltage value, and the variable width of the voltage in the
さて、X線発生源1からX線3を試料2上の所定個所に照射すると、該試料から光電子5が放出され、該試料は正に帯電する。この際、同時に前記制御装置10の指令により中和電子銃制御電源13から中和電子銃6に制御信号が送られ、該中和電子銃から前記試料2表面上の前記X線照射領域に電子ビームが照射され、該照射領域の帯電は中和される。この際、前記X線3の空間強度分布と、該X線照射領域の表面形状により、該X線照射領域に不均一な帯電状態が生じているとする。
Now, when
この時に、前記制御装置10の指令に基づいて前記記憶装置14から前記上限電圧値と前記下限電圧値及び前記電圧の可変幅を読み出し、バイアス電圧電源21に送る。
At this time, the upper limit voltage value, the lower limit voltage value, and the variable width of the voltage are read from the
すると、該電源は試料ステージ4にバイアス電圧を下限値(例えば0V)から上限値(例えば30V)に向かって設定された可変幅(例えば5V)で所定の時間間隔で変えていく。
Then, the power source changes the bias voltage to the
このバイアス電圧の印加により前記試料ステージ4は正の電位になるが、該試料ステージの試料載置面内で試料に接していない周辺部分の正電位に基づく電界は前記容器31の上壁部31cによって該上壁部の上方への漏洩が遮蔽され、前記中和電子銃6からの電子に何ら電気的に影響(偏向力)を及ぼさない。従って、前記中和用電子銃6からの電子は前記電界によりその軌道が曲げられずに、前記X線照射領域に照射されることになる。
By applying this bias voltage, the
さて、この様にして各バイアス電圧の印加毎に前記試料2表面から放出された光電子5は光電子分光器7により分光され検出器7cで検出され、前記検出器7cの出力は、増幅器8、AD変換器9を介して光電子エネルギースペクトル信号として前記制御装置10に送られ、一旦記憶装置14に各バイアス電圧に関連づけられて記憶される。
The
次に、ピーク位置読取装置22は、前記制御装置10を介して前記記憶装置14から光電子エネルギースペクトル信号を測定順に読み込み、前記指定したピークに基づいて前記測定した各光電子エネルギースペクトルの指定ピークのピーク位置(ピークエネルギー値)を読み取る。
Next, the peak
ここで、指定ピークP3の基準ピーク位置を289(eV)とした場合、各バイアス電圧毎に得た試料の各光電子エネルギースペクトルから読取った指定ピーク位置とバイアス電圧の関係を図7に示す。 Here, when the reference peak position of the designated peak P3 is 289 (eV), the relationship between the designated peak position read from each photoelectron energy spectrum of the sample obtained for each bias voltage and the bias voltage is shown in FIG.
図7に示すバイアス電圧とピーク位置との関係から、この試料の場合、バイアス電圧が0Vから10V辺りまではピーク位置が変動するが、10V以上ではピーク位置の変動は小さくほぼ一定となることが分かる。 From the relationship between the bias voltage and the peak position shown in FIG. 7, in the case of this sample, the peak position fluctuates from 0 V to around 10 V, but the fluctuation of the peak position is small and almost constant at 10 V or more. I understand.
このピーク位置の変動が一定になっていることは、前記試料表面の帯電状態(例えば正の帯電状態)が均一になったことに対応する。 The fact that the fluctuation of the peak position is constant corresponds to that the charged state (for example, positive charged state) of the sample surface is uniform.
即ち、試料に10V以上のバイアス電圧を印加することで、試料表面の帯電状態が均一であるときのエネルギースペクトルを得ることができる。 That is, by applying a bias voltage of 10 V or more to the sample, an energy spectrum when the charged state of the sample surface is uniform can be obtained.
次に、設定すべきバイアス電圧値を具体的に求める。この求め方は、既に説明した前記図2に示すX線光電子分光分析装置での求め方(ピーク位置読取装置22,メモリ23,第1演算装置24,第2演算装置25により求められる)と同一なので、ここでは重複して説明しない。
Next, the bias voltage value to be set is specifically obtained. This calculation method is the same as the calculation method (determined by the peak
次に、この様にして求められたバイアス電圧Vs’は、第2演算装置25から前記制御装置10を介して前記記憶装置14に記憶させる。
Next, the bias voltage Vs ′ obtained in this way is stored in the
次に、前記制御装置10は前記記憶装置14から前記設定バイアス電圧Vs’を読み出し、試料ステージ4に該電圧Vs’が印加されるようにバイアス電圧電源21に指令を送る。
Next, the
同時に、X線発生源1よりのX線3と中和電子銃6よりの電子ビームが試料2の同一個所に照射されるようにする。
この時、前記バイアス電圧Vs’の印加と前記中和電子銃6からの電子ビームにより試料表面が一様に中和するように、前記中和電子銃6の加速電圧等を前記バイアス電圧値に対応させて制御している。
At the same time, the
At this time, the acceleration voltage of the neutralizing electron gun 6 is set to the bias voltage value so that the sample surface is uniformly neutralized by the application of the bias voltage Vs ′ and the electron beam from the neutralizing electron gun 6. It is controlled in correspondence.
前記試料2上のX線照射個所から光電子5が放出され、該光電子はインプットレンズ7aに入射し静電レンズ(図示せず)により減速、集束され、前記アナライザ7b内に入射する。該入射した光電子は該アナライザ内でエネルギー分光されて検出器7cに検出される。
該検出器の出力信号は増幅器8、AD変換器8を介して制御装置10に送られ、該制御装置は表示装置15に光電子エネルギースペクトルを表示させる。
The output signal of the detector is sent to the
図3のS2は該表示装置の表示画面上に表示されたPETフィルムの炭素
原子の1s軌道の光電子エネルギースペクトルを示す。
S2 of FIG. 3 shows the photoelectron energy spectrum of the 1s orbit of the carbon atom of the PET film displayed on the display screen of the display device.
尚、前記例では、特に示さなかったが、試料ステージ4を内部に配置させた導電性材料から成り、アースされた直方体状容器31は試料チャンバー内の、例えば、該チャンバー底壁上に設けられる。一方、前記試料ステージの試料載置面内で試料に接していない周辺部分の正電荷に基づく電界が前記中和電子銃6からの電子に何ら電気的に影響を及ぼさない様にするには、該電界と前記中和用電子銃6の間に、アースされた導電性材料から成る遮蔽物体が存在すれば良い。従って、該遮蔽物体は前記容器状のものに限定されなくても良い。例えば、前記容器から底壁を除いたカバー状のものでも良い。但し、その場合には、容器の底壁に当たるベース板を前記試料チャンバーの底壁上に設け、該ベース板の上に絶縁性材料から成る支持体を介して試料ステージを支持する様に成す。
Although not particularly shown in the above example, a
又、前記遮蔽物体の中央部にX線発生源1からのX線が試料2上に照射出来、
該X線照射により該試料から発生した光電子がインプットレンズ7aに入射出来、且つ、中和用電子銃6からの電子が前記試料に照射出来る固定した孔34
を設けるようにしたが、前記孔34の大きさが異なる遮蔽物体を複数作製し、
試料ステージ4上の試料載置以外の面を充分に遮蔽するために試料の大きさに
合った孔の遮蔽物体を選択的に取り付けるようにしても良い。
Moreover, the X-ray from the
A fixed
However, a plurality of shielding objects having different sizes of the
In order to sufficiently shield the surface other than the sample placement on the
又、前記遮蔽物体中央部の孔34の大きさを可変出来るような機構を設けて
も良い。図8及び図9はそのような実施の形態の例を示すのものである。図8
(a)と図9は実施の形態の一例と示した遮蔽物体に絞り機構を組み込んだ概
略図で、図8(b)は図8(a)の断面図である。
Further, a mechanism that can change the size of the
(A) and FIG. 9 are schematic views in which a stop mechanism is incorporated in a shielded object shown as an example of the embodiment, and FIG. 8 (b) is a cross-sectional view of FIG. 8 (a).
図8(a)及び図8(b)において前記容器31の上壁遮蔽板31C中央部に
導電性材料から成る何枚もの羽38を重ね合わせて各大きさの孔39を作るア
イリス絞り機構40が設けられている。尚、前記アイリス絞り機構40の複数
の羽と前記遮蔽物体は電気的に繋がり接地されている。
8 (a) and 8 (b), an
本実施の形態では、分析する試料2´の大きさに合わせてアイリス絞り機構
40により形成される孔39を可変させることができるので、絶縁性試料の分
析を正確に行うことができる。
In the present embodiment, since the
図9においては前記容器31の上壁遮蔽板31c中央部に破線で示す長方形
状の開口部41を設け、該開口部の上に導電性材料から成る2枚のL字板42,
43が回転対称的に配置され、該2枚のL字板は紙面に対して上下左右に移動
させることにより、四角形状の開口44の大きさを可変できるL字板スライド
機構45が設けられている。尚、前記2枚のL字板42,43と前記遮蔽板31
Cは電気的に繋がり接地されている。
In FIG. 9, a
43 is arranged in a rotationally symmetrical manner, and an L-shaped
C is electrically connected and grounded.
本実施の形態では、例えば、分析する試料が破線で示すような大きさの試料
2´の場合、L字板スライド機構45により各L字板42,43を上下左右にス
ライドさせて、形成される開口を前記試料2´の大きさに合わせることができ
るので、絶縁性試料の分析を正確に行うことができる。
In the present embodiment, for example, when the sample to be analyzed is a
又、前記例では中和用電子銃6を用いた例を挙げて説明したが、試料表面が負に帯電する場合には中和用イオン銃を用い、この場合でも前記実施例と同じようにバイアス電圧を設定し、中和用イオン銃の制御を行っても良い。 In the above example, the neutralization electron gun 6 is used as an example. However, when the sample surface is negatively charged, the neutralization ion gun is used. A bias voltage may be set to control the neutralizing ion gun.
更に、図6において破線で示すように中和用電子銃6に加えて中和用イオン銃35を設け、試料表面の帯電の極性に応じて中和用電子銃6と中和用イオン銃35を使い分けても良い。
Further, as shown by a broken line in FIG. 6, a neutralizing
1…X線発生源
2、2´…試料
3…X線
4…試料ステージ
5…光電子
6…中和用電子銃
7…光電子分光器
8…増幅器
9…AD変換器
10…制御装置
11…X線発生源制御電源
12…制御電源
13…中和用電子銃制御電源
14…記憶装置
15…表示装置
16…入力装置
17…入力装置
22…ピーク位置読取装置
23…メモリ
24…第1演算装置
25…第2演算装置
25a…カウント部
31…容器
31a…底壁
31b…側壁
31c…上壁
32a,32b…支持体
33、34…孔
36…遮蔽板
37、39…孔
38…羽
40…アイリス絞り機構
41…開口
42、43…L字板
44…開口
45…L字板スライド機構
DESCRIPTION OF
Claims (3)
ム,前記中和用荷電粒子ビーム,前記二次荷電粒子が通過可能な孔が設けられ、且つ、接地されている遮蔽部材を設け、前記遮蔽部材は、その内部に前記試料ステージが配置される様に容器状に形成されており、前記ステージの試料セット面に対向する上壁中央部には前記孔が設けられており、且つ、前記試料とは電気的に絶縁されていることを特徴とする分光分析装置。 Simultaneously irradiating the sample surface with the radiation beam, the charged particle beam from the neutralized charged particle beam generating means is irradiated onto the sample surface, and the secondary charged particles emitted from the sample surface based on the radiation beam irradiation are irradiated. An apparatus that is guided to an energy analyzer and obtains an energy spectrum by performing energy spectroscopy with the energy analyzer, and applying a bias voltage to a sample stage on which the sample is set makes the surface of the sample uniform. In the spectroscopic analyzer configured to be charged, a shielding member made of a conductive material provided so as to cover the sample stage with respect to the neutralized charged particle beam generating means, the radiation beam, neutralizing charged particle beam, the secondary charged particles can pass holes provided, and is provided with a shielding member that is grounded, before The shielding member is formed in a container shape so that the sample stage is disposed therein, the hole is provided in a central portion of the upper wall facing the sample setting surface of the stage, and A spectroscopic analyzer characterized in that it is electrically insulated from a sample .
イオンビーム発生手段である請求項1記載の分光分析装置。
The spectroscopic analysis apparatus according to claim 1, wherein the radiation beam is an X-ray, and the charged particle beam generating means is an electron beam generating means and / or an ion beam generating means.
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