JPH0269692A - Spherical mirror analyzer of energy of charged particle beam - Google Patents

Spherical mirror analyzer of energy of charged particle beam

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JPH0269692A
JPH0269692A JP1185843A JP18584389A JPH0269692A JP H0269692 A JPH0269692 A JP H0269692A JP 1185843 A JP1185843 A JP 1185843A JP 18584389 A JP18584389 A JP 18584389A JP H0269692 A JPH0269692 A JP H0269692A
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ウラディミール ヴァシリエヴィッチ ザスクヴァラ
Larisa Sergeevna Jurcak
ラリサ セルゲエヴナ ユルチャク
Viktor Konstantinovic Maksimov
ヴィクトル コンスタンチノヴィッチ マキシモフ
Anatolij Fedorovich Bylinkin
アナトリー フェドロヴィッチ ビリンキン
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INST YADERNOI FIZ AN KAZAKH SSR
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    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J49/44Energy spectrometers, e.g. alpha-, beta-spectrometers
    • H01J49/46Static spectrometers
    • H01J49/48Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter
    • H01J49/484Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter with spherical mirrors

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Abstract

PURPOSE: To secure the accurate angular convergence of charged particle beams under a constant dispersion and wide-width hole condition and a large scanning area on a tested surface by positioning a charged particle beam source and a detector having required shapes to prescribed positions symmetrically to each other with respect to the centers of concentric spherical electrodes. CONSTITUTION: A charged particle beam source 4 having the same shape of segment as that of an inner electrode 1 having a spherical shape concentric to a spherical outer electrode 3 and provided with a window 2 is provided on the inside of the electrode 1 and detecting means having the same shape as that of a power source 4 is provided symmetrically to the power source 4 with respect to the centers 0 of the electrodes 1 and 2. Secondary charged particle beams from point sources 1-c which are excited from an excited radiation generator 7 and outputted from the power source 4 respectively converge to the points a'-c' of a detector 5, because the beams of a gradient corresponding to the amount of delay of the potential applied across the electrodes 1 and 3 pass through the window. Therefore, the accurate angular convergence of the beams under a constant dispersion and wide-width hole condition and a large scanning area on a tested surface can be secured.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は荷電粒子ビームのエネルギーを分析する装置に
関し、詳細には、荷電粒子ビームのエネルギーの球状ミ
ラー分析器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an apparatus for analyzing the energy of a charged particle beam, and in particular to a spherical mirror analyzer for the energy of a charged particle beam.

本発明は光、X線およびオージェ電子分光技術、特にラ
スター分光分析を使用して固形物の表面を調査するため
の新規な電子分光計の製造に最も有利に使用することが
できる。
The invention can be most advantageously used in the production of a novel electron spectrometer for investigating the surfaces of solid objects using optical, X-ray and Auger electron spectroscopy techniques, in particular raster spectroscopy.

また、本発明は、例えば後方散乱イオンのエネルギーを
分析することによる固形物のイオン質量分光法における
荷電粒子ビームの他のエネルギー分析に適している。
The invention is also suitable for other energy analysis of charged particle beams in solid matter ion mass spectroscopy, for example by analyzing the energy of backscattered ions.

現在のところ、固体状態物理学の開発には、その調査方
法の改良を必要としている。電子分光法では、二次電子
のエネルギーおよび角方向分布を測定する際の感度およ
び精度を高めること、およびエネルギー分析器が分析要
素として機能する電子分光計の使用によって試験物のミ
クロ走査領域を増大することが一般に必要である。
Currently, the development of solid-state physics requires improvements in its investigation methods. Electron spectroscopy involves increasing the sensitivity and precision in measuring the energy and angular distribution of secondary electrons and increasing the micro-scanning area of the test object through the use of an electron spectrometer in which the energy analyzer serves as the analytical element. It is generally necessary to

固体状態ミクロ電子波(ネテに関する製造方法の急速の
発展により、異なる製造段階におけるウェーハおよび集
積回路の表面構造の敏速かつ正確な品質管理を必要とし
ている。使用技術のうちの1つは定常波の利用に基づく
回折X線光電子分光法である。このような方法において
、使用する単色X線の強さ、要するに突出光電子の密度
は非常に小さいので、分析時間を数10時間から数分ま
で短縮するために新規な床孔のエネルギー分析器の製造
を必要としている。
The rapid development of solid-state microelectronic wave manufacturing methods requires rapid and accurate quality control of the surface structures of wafers and integrated circuits at different manufacturing stages. One of the techniques used is the use of standing waves. This method is based on diffraction requires the manufacture of a new floor-hole energy analyzer.

〔従来技術〕[Prior art]

在来の静電球状ミラーエネルギー分析器は電位差のある
2つの球状電極を備えている。荷電粒子ビームはミラー
の反射界に入り、そこから出て内側球状電極に影響する
Conventional electrostatic spherical mirror energy analyzers include two spherical electrodes with a potential difference. The charged particle beam enters the reflective field of the mirror and exits from there to impinge on the inner spherical electrode.

点源および像が内側球状電極における直径方向に反対の
箇所に見られる静電球状ミラー回路(Nucl、Ins
trum、Meth、、  1966年、42巻の71
〜76頁のH,Z、5ar−E 1著の「分析器として
の球状キャパシタ上のモア」を参照せよ)が知られてい
る。このような回路構成は荷電粒子ビームの正確な空間
集束を特徴とする電子−先糸のまれな例である。上記の
出版論文には、以下の事が示されている。すなわち、粒
子のエネルギーと、静電球状ミラーの遅延電位■が (上記式中、qは内側および外側球状電極の半径である
) として関係ずけられている場合、点源は球状収差なしに
直径方向反対の箇所に現われる。
Electrostatic bulb mirror circuits (Nucl, Ins.
trum, Meth, 1966, volume 42, 71
(See "More on a spherical capacitor as an analyzer" by H, Z, 5ar-E 1, pages 76 to 76) are known. Such a circuit configuration is a rare example of an electron-tip thread characterized by precise spatial focusing of the charged particle beam. The above published paper shows the following: That is, if the energy of the particle and the delayed potential of the electrostatic spherical mirror are related as (where q is the radius of the inner and outer spherical electrodes), then the point source can be Appears in the opposite direction.

この公知回路はそこにおける線形分散が分析される荷電
粒子ビームの勾配に依存し、軸方向のビーム行路が無分
散を特徴とするため、満足すべきものではなかった。か
くして、上記回路は高エネルギー解像力を有するエネル
ギー分析器に使用するには適していない。
This known circuit is unsatisfactory because the linear dispersion therein depends on the gradient of the charged particle beam being analyzed and the axial beam path is characterized by no dispersion. Thus, the above circuit is not suitable for use in energy analyzers with high energy resolution.

また、2πまでの立体角で放出される光電子のエネルギ
ーおよび角分布を測定するためのデイスプレー型分析器
(Rev、Sci、In5trun+、、  1988
年、59巻、第4版、545頁のヒロチダイモン著の「
荷電粒子のエネルギー及び角分散の新規なデイスプレー
型分析器」を参照)が知られている。この公知な分析器
はSar −Efによる上記出版論文に述べられている
静電球状ミラーの正確な角集束を行うことができる。
In addition, a display type analyzer (Rev, Sci, In5trun+, 1988
2015, Volume 59, 4th Edition, Page 545, by Hirochi Daimon, “
A novel display analyzer for the energy and angular dispersion of charged particles is known. This known analyzer is capable of performing precise angular focusing of electrostatic bulb mirrors as described in the above-mentioned published article by Sar-Ef.

このような分析器では、分散は荷電粒子行路の勾配に大
いに依存しており、そのエネルギー解像力を実質的に制
限してしまうという欠点がある。
Such analyzers have the disadvantage that the dispersion is highly dependent on the slope of the charged particle path, effectively limiting their energy resolution.

しかも、分析器の良好な電子−光特性を得るのに、試験
中の荷電粒子ビームを通す内球窓が厳しい要件を満たさ
なければならない。在来の微細メツシュの窓を使用する
と、分析器の解像力を悪くするメツシュに及ぼす回折作
用およびレンズ作用により、広く発散する荷電粒子ビー
ムが集束しなくなる。
Moreover, to obtain good electro-optical properties of the analyzer, the inner sphere window through which the charged particle beam under test passes must meet stringent requirements. The use of conventional fine mesh windows defocuses widely divergent charged particle beams due to diffraction and lensing effects on the mesh that impair the resolution of the analyzer.

また、荷電粒子ビームのエネルギーのケプラトロン型分
析器が知られており(Nucl、Instrum、Me
th、。
Keplatron-type analyzers for the energy of charged particle beams are also known (Nucl, Instrum, Me
Th.

1960年、6巻、157頁のR,H,リッチイーJ、
S、シェカ、R,D、バークノフ著の[高伝達粒子分光
計としての球状キャパシタ」を参照)、この分析器は本
質的に、2つの同心の球状電極間に設定された界により
形成される静電ミラーである。荷電粒子源はディスクと
して成形され、内側球状電極の表面に配置されている。
1960, vol. 6, p. 157 R.H., Ritchie J.
[Spherical Capacitors as High-Transmission Particle Spectrometers] by S. Sheka and R. D. Berknov), this analyzer is essentially formed by a field set up between two concentric spherical electrodes. It is an electrostatic mirror. The charged particle source is shaped as a disk and placed on the surface of the inner spherical electrode.

この源から出る荷電粒子ビームは静電球状界により反射
され、検出ダイヤフラムのスリットに集束されて回路像
を形成する。この像は公知のエネルギー分析器を特徴づ
ける分散のため、粒子のエネルギーに依存している。し
かも、このケプシトロン型分析器は非常に大きな受入れ
角度を有している。
A charged particle beam emanating from this source is reflected by the electrostatic bulb field and focused onto a slit in the detection diaphragm to form a circuit image. This image is dependent on the energy of the particles due to the dispersion that characterizes known energy analyzers. Furthermore, this kepsitron analyzer has a very large acceptance angle.

しかしながら、上記の分析器は、下記の要因:1)その
解像力をかなり制限する不適当な集束(ビームの初めの
発散についての第1近似としてのみ行なわれる)、およ
び2)ミラー界に設置された円形スリットダイヤフラム
を検出手段として使用する必要があり、作用界をゆがめ
たり、荷電粒子の検出を悪化したりする欠点により、−
Mに満足すべきものではなかった。
However, the above analyzer suffers from the following factors: 1) inadequate focusing which considerably limits its resolving power (done only as a first approximation to the initial divergence of the beam), and 2) being placed in the mirror field. It is necessary to use a circular slit diaphragm as a detection means, and the disadvantages of distorting the working field and worsening the detection of charged particles, −
M was not satisfied.

これらの公知装置すべての望ましくない特徴は源の表面
上のミクロ走査領域が小さいことにより分析速度が遅く
、これは穴が試験物の所定領域からのみ逃げる荷電粒子
を通す検出器の前方に設置された検出ダイヤフラムを使
用することに基因している。ダイヤフラムの穴を大きく
すると、バックグラウンドを増大し、分析器の解像力を
悪くしてしまう。
An undesirable feature of all these known devices is the slow analysis speed due to the small micro-scanning area on the surface of the source, which is placed in front of the detector where the holes pass the charged particles escaping only from a defined area of the test object. This is due to the use of a detection diaphragm. Making the diaphragm hole larger increases the background and degrades the resolution of the analyzer.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明は定分散および広幅孔の条件下の正確な角集束お
よび試験中の表面のより大きい走査領域を確保する荷電
粒子ビームのエネルギーの球状ミラー分析器を提供する
ことにある。
The present invention consists in providing a spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam that ensures accurate angular focusing and a larger scanning area of the surface under test under conditions of constant dispersion and wide aperture.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明によれば、上記目的は、荷電粒子ビーム源と、減
速電圧源に接続された2つの同心の球状電極とを備え、
内側の電極が荷電粒子のビームを通すようになっている
窓を有しており、また検出手段を備えている荷電粒子ビ
ームのエネルギーの球状ミラー分析器において、荷電粒
子ビーム源および検出手段は球状電極の中心に対して中
心対称に配置された球体のセグメントとして成形されて
おり、これらのセグメントのうちの少なくとも1つが内
側球状電極の表面に配置されていることを特徴とする球
状ミラー分析器によって達成される。
According to the invention, said object comprises a charged particle beam source and two concentric spherical electrodes connected to a deceleration voltage source;
In a spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam, the inner electrode has a window through which the beam of charged particles passes and is provided with detection means, the charged particle beam source and the detection means are spherical. by a spherical mirror analyzer characterized in that it is shaped as segments of a sphere arranged centrosymmetrically with respect to the center of the electrode, and that at least one of these segments is arranged on the surface of the inner spherical electrode. achieved.

本発明によれば、分散がビーム行路の勾配に無関係であ
る、すなわち、行路の同一分散性として知られている状
態である荷電粒子ビームの理想的な角集束を得ることで
ある。しかも、エネルギースペクトルの任意の領域にお
ける無秩序に成形されたセグメントを表わす源の像は収
差がなく、内側球状電極の直径方向に反対の部分または
その幾何学的延長部に1対1の大きさで写され、像の確
実性を与えるという利点がある。
According to the invention, it is to obtain an ideal angular focusing of a charged particle beam whose dispersion is independent of the slope of the beam path, a condition known as path equidispersity. Moreover, the image of the source representing a randomly shaped segment in any region of the energy spectrum is aberration-free and has a one-to-one magnitude on the diametrically opposite portion of the inner spherical electrode or its geometric extension. This has the advantage of providing certainty of the image.

かくして、このエネルギー分析器は源の収差のない像ま
たはより大きい部分を与える条件で非常に大きい受入れ
角度で解像力を可成り増大することができる。
This energy analyzer can thus considerably increase the resolving power at very large acceptance angles, provided that it provides an aberration-free image of the source or a larger section.

本発明の一実施例では、検出手段は内側球状電極のセグ
メント穴を表わす検出ダイヤフラムと、上記穴の背後に
配置され、ミクロチャンネル板を形成した検出器とを備
えている。この分析器は、−船釣には、内球の幾何学的
延長部に配置された球状セグメントである試験物の表面
から出る荷電粒子のエネルギーを分析し、この際、あら
ゆる行路が同一分散性であり、源像は無収差である。従
って、高い解像力が本質的に不変である場合、源の作用
領域および試験中の荷電粒子ビームを囲む立体角を数倍
増大させることができる。源に対して中心対称に配置さ
れた検出ダイヤフラムが内球のセグメント穴を表わし、
表面が内球と整合したミクロチャンネル板を受入れる場
合、高い解像力が本質的に不変である一次ビーム走査モ
ードで、試験物のより大きい領域がミクロ走査される。
In one embodiment of the invention, the detection means comprises a detection diaphragm representing a segmented hole of the inner spherical electrode and a detector arranged behind said hole and forming a microchannel plate. This analyzer - for boat fishing, analyzes the energy of charged particles emanating from the surface of the specimen, which is a spherical segment placed in the geometrical extension of the inner sphere, in which all paths are homodispersive. , and the source image is aberration-free. Therefore, the solid angle surrounding the active area of the source and the charged particle beam under test can be increased several times if the high resolving power remains essentially unchanged. a sensing diaphragm arranged centrosymmetrically with respect to the source represents a segment hole in the inner sphere;
When accepting a microchannel plate whose surface is aligned with the inner sphere, a larger area of the test object is microscanned in the primary beam scanning mode, where high resolution is essentially unchanged.

本発明の他の実施例では、検出手段は同様にダイヤフラ
ム穴と整合され、位置感知性検出器を備えている。例え
ば、励磁をX線管から得る場合、幅狭い集束ビームで試
験物の表面を走査していけないときに、上記位置感ネロ
検出器の使用が必要である。この場合、X線は源のセグ
メント部分の全領域に入射される。ミクロチャンネル板
を備えた位置怒知検出器は像の確実性のため、試験物の
所定箇所における求める量(要素)の位置についての情
報を与え、試験中の表面のミクロ走査分析を行う際に速
度を高めるという特徴がある。
In other embodiments of the invention, the detection means is also aligned with the diaphragm hole and comprises a position sensitive detector. For example, when the excitation is obtained from an x-ray tube, the use of the position-sensitive Nero detector is necessary when it is not possible to scan the surface of the specimen with a narrow focused beam. In this case, the X-rays are incident on the entire area of the source segment. Position detection detectors with microchannel plates provide information about the position of the desired quantity (element) at a given point on the test object for image reliability and are useful when performing microscanning analysis of the surface under test. It has the characteristic of increasing speed.

荷電粒子ビームのエネルギーの球状ミラー分析器の両実
施例では、内側電極の表面の窓は源および像の球状セグ
メントの中心を通る対称軸線上に収束する子午線平面に
配置された複数の長さ方向スロットよりなる。このよう
な窓箔は遅延界への入口(又はこれからの出口)に及ぼ
す子午線平面における荷電粒子ビームの回折作用を本質
的に防ぎ、これはビームの角集束を大幅に向上させ、か
つ球状ミラーエネルギー分析器の解像力を増大する利点
となる。
In both embodiments of the spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam, the windows on the surface of the inner electrode are arranged in a meridional plane that converges on the axis of symmetry passing through the center of the spherical segment of the source and image. Consists of slots. Such a window foil essentially prevents the diffraction effect of the charged particle beam in the meridional plane on the entrance to (or exit from) the retardation field, which greatly improves the angular focusing of the beam and reduces the spherical mirror energy. This has the advantage of increasing the resolution of the analyzer.

〔実施例〕〔Example〕

荷電粒子ビームのエネルギー用の球状ミラー分析器(第
1図)は2つの球状の同心電極、すなわち、半径R1を
有しかつ粒子を通過さけるように位置した窓部2を備え
ている内側電極1と、半径R2を有しかつ対応する源(
図示せず)からの減速用電圧を受ける外側電極3と、荷
電粒子ビーム4と、ダイヤフラム5′および検出器6よ
り構成される検出手段5と、励磁用放射線発生器7 (
電子ガンまたはX−緑またはイオンユニット)とを備え
ている。中心を点Aとした球状セグメントを表わす荷電
粒子ビーム源4は第1図に示すように、電極1の内球の
表面またはその幾何学的延長部に配置されている。中心
Bを有する内側球状電極1のセグメント穴を表わすダイ
ヤフラム5′は源4に対して中心対称をなして配置され
ている。荷電粒子検出器6はダイヤフラム5′の背後に
設置されている。
A spherical mirror analyzer for the energy of charged particle beams (FIG. 1) consists of two spherical concentric electrodes, an inner electrode 1 having a radius R1 and provided with a window 2 positioned so as to pass through the particles. and a corresponding source (
an outer electrode 3 receiving a deceleration voltage from a source (not shown), a charged particle beam 4, a detection means 5 comprising a diaphragm 5' and a detector 6, and an excitation radiation generator 7 (
(electronic gun or X-green or ion unit). A charged particle beam source 4 representing a spherical segment with its center at point A is arranged on the surface of the inner sphere of the electrode 1 or on its geometrical extension, as shown in FIG. A diaphragm 5' representing a segment hole of the inner spherical electrode 1 with a center B is arranged centrosymmetrically with respect to the source 4. A charged particle detector 6 is installed behind the diaphragm 5'.

この球状ミラーエネルギー分析器は、源4をこの分析器
の内側球状電極1の箇所Bに設置し、検出用ダイヤフラ
ム5′を内側電極1の球面の幾何学的延長部に源4の直
径方向反対側に配置した逆の回路を使用してもよい。後
者の場合、検出器6はまた内側球状電極1を越えて配置
される。このような回路構成では、エネルギー分析器の
パラメータは本質的に変わらない。一般に、′tA4お
よび検出用ダイヤフラム5′の穴は無秩序に成形された
球状セグメント、詳細には、丸いまたは四角形の球状セ
グメントすなわち狭幅ストリップである。
This spherical mirror energy analyzer has a source 4 installed at location B of the inner spherical electrode 1 of the analyzer, and a detection diaphragm 5' placed diametrically opposite the source 4 on a geometrical extension of the spherical surface of the inner electrode 1. A reverse circuit placed on the side may also be used. In the latter case, the detector 6 is also placed beyond the inner spherical electrode 1. With such a circuit configuration, the parameters of the energy analyzer remain essentially unchanged. In general, the holes in 'tA4 and the sensing diaphragm 5' are randomly shaped spherical segments, in particular round or square spherical segments or narrow strips.

作動中、このエネルギー分析器は理想の集束を伴う球状
ミラーの2つの特性、すなわち、ビーム行路のエネルギ
ー同一分散性および像の確実性を使用する。例示上、理
想の角集束を伴う静電球状ミラーを通る電子−光関係を
特徴づける荷電粒子ビームの通過を考えてみる。第2図
は静電球状ミラーからの内部反射における荷電粒子ビー
ムの行路を示している。点源および像が点A、Bのとこ
ろで対称軸線上に配置されていると想定する。図面につ
いて説明すると、座標X1、X2、αおよびα、は内側
球状電極1の表面上の入口および出口点の位置および内
側球状電極1における対称軸線に対する行路勾配を示し
ている。エネルギーおよび運動量の保存法則によれば、
下記式が得られる。
In operation, this energy analyzer uses two properties of a spherical mirror with ideal focusing: energy equidispersity of the beam path and image certainty. For purposes of illustration, consider the passage of a charged particle beam characterizing an electron-optical relationship through an electrostatic spherical mirror with ideal angular focusing. FIG. 2 shows the path of a charged particle beam upon internal reflection from an electrostatic bulb mirror. Assume that the point source and image are located on the axis of symmetry at points A, B. Referring to the drawings, the coordinates X1, X2, α and α indicate the position of the entry and exit points on the surface of the inner spherical electrode 1 and the path gradient in the inner spherical electrode 1 with respect to the axis of symmetry. According to the law of conservation of energy and momentum,
The following formula is obtained.

Xl−α=α、−X2・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・+21上記式中、ω−3”  (2
S−1)sin2(X、 −α)但し、Sは静電球状ミ
ラーの反射周囲であり、qおよびEは粒子の電荷および
運動エネルギー、■はミラーの電極1.3間の反射電位
である。
Xl-α=α, -X2・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・+21 In the above formula, ω−3” (2
S-1) sin2(X, -α) where S is the reflection periphery of the electrostatic bulb mirror, q and E are the charge and kinetic energy of the particle, and ■ is the reflected potential between the electrodes 1.3 of the mirror. .

再び第2図を参照すると、源からの距離および球中心へ
の像は夫々 である。
Referring again to FIG. 2, the distance from the source and the image to the center of the sphere are respectively.

線値は内側球状電極1の半径の分数で表わされる。理想
の角集束の場合、S=1である。式(3)から下記式(
7)が得られる。
The linear value is expressed as a fraction of the radius of the inner spherical electrode 1. For ideal angular focusing, S=1. From formula (3), the following formula (
7) is obtained.

X=2 (X+−α)・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・(7)式(7)を式(2)に
置換えると、式(5)、(6)を参照してα−α1およ
び1.=1□=1が得られる。S=1では、球状領域を
越える無秩序行路の両技路は対称軸線に対して同じ角度
αで傾斜され、aAおよび像Bは球中心のまわりに対称
である。理想の角集束を特徴とする条件のために球状ミ
ラーのエネルギー分散を行うことを考えてみる。この場
合、エネルギー分散りはビームエネルギーが変化すると
きのエネルギー分析器における像移動を特徴づける。従
って、下記式が得られる。
X=2 (X+-α)・・・・・・・・・・・・・・・
(7) When formula (7) is replaced with formula (2), α-α1 and 1. =1□=1 is obtained. For S=1, both paths of the chaotic path across the spherical region are tilted at the same angle α to the axis of symmetry, and aA and image B are symmetric about the spherical center. Consider the energy dispersion of a spherical mirror for conditions characterized by ideal angular focusing. In this case, the energy dispersion characterizes the image movement in the energy analyzer as the beam energy changes. Therefore, the following formula is obtained.

この場合、対称軸線に沿った分散はエネルギーに対して
式(6)を微分したものである。すなわち、式(9)か
ら、1く1の場合、分散は大いに行路勾配αに依存して
いる。しかしながら、■が増大すると、関数D(α)は
本質的に段階関数となる。l−1の場合、D(α)曲線
は高さの2倍の段階になる。従って、源4およびその像
が内側球状電極の表面に存在する場合、理想の角集束(
すなわち、5=1)では、球状ミラーのエネルギー分散
は最大になり、(内側球状電極1の半径の2倍に等しい
)、源4から粒子が逃げる角度(球状ミラーの行路の同
一分散性として知られる特性)とは無関係である。理想
の角集束では、増分因数は一定である。従って、内側球
状電極lの表面またはその幾何学的延長部に配置された
無秩序形状の球状セグメントを表わす′tA4の像は電
極1の直径方向反対の部分に1対1の大きさで中心対称
に写される(像の確実性)。
In this case, the dispersion along the axis of symmetry is the differentiation of equation (6) with respect to energy. That is, from equation (9), in the case of 1 x 1, the dispersion largely depends on the path gradient α. However, as ■ increases, the function D(α) essentially becomes a step function. For l-1, the D(α) curve has steps twice the height. Therefore, if the source 4 and its image are present at the surface of the inner spherical electrode, the ideal angular focusing (
5 = 1), the energy dispersion of the spherical mirror is maximum (equal to twice the radius of the inner spherical electrode 1) and the angle at which particles escape from the source 4 (known as the homodispersity of the path of the spherical mirror) characteristics). For ideal angular focusing, the incremental factor is constant. Therefore, the image of 'tA4, which represents the randomly shaped spherical segments arranged on the surface of the inner spherical electrode l or its geometric extension, is centrally symmetrical in a one-to-one size on the diametrically opposite part of the electrode 1. imaged (certainty of image).

第3図は本発明による球状ミラーにおける像の確実性の
特性を示している。図面を参照すると、エネルギーが球
状ミラーの理想の角集束の場合の整合エネルギーに相当
する荷電粒子の空間ビームの集中が起る。その結果、中
心対称点a′、b′C′に点aa、b、Cの像が形成さ
れ、これらの像は収差がない。この場合、ab=a’b
’およびbc=d’c’である。
FIG. 3 shows the image reliability characteristics of a spherical mirror according to the invention. Referring to the figure, a concentration of a spatial beam of charged particles occurs whose energy corresponds to the matching energy for the ideal angular focusing of a spherical mirror. As a result, images of points aa, b, and C are formed at centrally symmetrical points a' and b'C', and these images have no aberration. In this case, ab=a'b
' and bc=d'c'.

本発明の課題をなす荷電粒子ビームのエネルギーの球状
ミラー分析器は次のように作用する。遅延電位■が電極
l、3間に印加される。発生器7から一次ビームによっ
て励磁された源4は対称軸線に対して異なる角度αで荷
電粒子を放出し、これらの粒子は窓2を通して静電球状
場へ導びかれる。条件(1)を満足する場合、源4から
出る荷電粒子すべてが上記静電場で反射され、勾配αに
かかわらず、ダイヤフラム5′のセグメント穴に入り、
そこで検出器6により検出される。第1図は源4の表面
が放出した複数の荷電粒子ビームのうちのたった1つの
ビームを示している。このビームはミラーから反射され
、検出手段5の窓の中心対称点に理想的に集束される。
The spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam, which is the object of the present invention, operates as follows. A delay potential ■ is applied between electrodes 1 and 3. The source 4, excited by the primary beam from the generator 7, emits charged particles at different angles α to the axis of symmetry, and these particles are guided through the window 2 into the electrostatic spherical field. If condition (1) is satisfied, all the charged particles emitted from the source 4 are reflected by the electrostatic field and enter the segment hole of the diaphragm 5', regardless of the gradient α,
There, it is detected by the detector 6. FIG. 1 shows only one of the charged particle beams emitted by the surface of source 4. FIG. This beam is reflected from the mirror and ideally focused on the central symmetry point of the window of the detection means 5.

遅延電位Vの所定値では、式(1)に対応する運動エネ
ルギーEを有する粒子が検出ダイヤフラム5′の穴に集
束される。勾配αにかかわらず、すべての行路について
2R。
For a given value of the delay potential V, particles with a kinetic energy E corresponding to equation (1) are focused into the hole in the detection diaphragm 5'. 2R for all routes regardless of slope α.

となる線形エネルギー分散のため、他のエネルギー値を
有する粒子はダイヤフラム5′の穴には集束されず、分
散され、その少量がダイヤフラム5′の穴に入る。遅延
電位Vを変化させることによって、分析された荷電粒子
ビームにおける全運動エネルギースペクトルを夫々の部
分に記録することができる。
Due to the linear energy dispersion, particles with other energy values are not focused on the holes in the diaphragm 5', but are dispersed, and a small amount of them enters the holes in the diaphragm 5'. By varying the delay potential V, the total kinetic energy spectrum in the analyzed charged particle beam can be recorded in each part.

第4図に示す回路を参照して本エネルギー分析器の作用
を例として説明する。検出器6は外面が内側球状電極1
の表面と整合されるようにダイヤフラム5′の穴に嵌合
された球状セグメントを表わすミクロチャンネル板であ
る。図示の実施例では、理想の集束を特徴とするミラー
におけるビーム行路の同一分散性および像の確実性のよ
うな特性を使用している。
The operation of the present energy analyzer will be explained by way of example with reference to the circuit shown in FIG. The detector 6 has an inner spherical electrode 1 on the outer surface.
A microchannel plate representing a spherical segment fitted into a hole in a diaphragm 5' so as to be aligned with the surface of the diaphragm 5'. The illustrated embodiment uses properties such as beam path codispersity and image certainty in mirrors that are characterized by ideal focusing.

本エネルギー分析器の作用は本質的に次の如くである。The operation of the energy analyzer is essentially as follows.

1、走査モード。第4図に示すように、発生器7からの
薄電子、イオン又は光子ビームを表わす励磁ミクロプロ
ーブが源4の全セグメント表面を一線ずつ走査する。例
えば求めるべき化学元素の原子の成るオージェ遷移に相
応する設定運動エネルギーを有する電子の理想的用集束
のために調整された球状ミラーに二次電子が達する。
1. Scanning mode. As shown in FIG. 4, an excitation microprobe representing a thin beam of electrons, ions or photons from a generator 7 scans the entire segment surface of the source 4 line by line. The secondary electrons reach a spherical mirror which is adjusted for ideal focusing of electrons with a set kinetic energy that corresponds, for example, to the Auger transition of the atoms of the chemical element to be sought.

この球状ミラーを特徴づける像確実性の特性により、設
定振動エネルギーを有する二次電子の集束ビームはミク
ロプローブがセグメント4の表面上を移動するのと同期
してミクロチャンネル板6の表面を走査する。中心対称
像は源4の走査領域を再現する。各時点で、ミクロチャ
ンネル板6に局部的にのみ、すなわち、断定時に二次電
子ビームが集束する部分に記録を行う。
Due to the image certainty properties characterizing this spherical mirror, a focused beam of secondary electrons with a set vibrational energy scans the surface of the microchannel plate 6 synchronously with the movement of the microprobe over the surface of the segment 4. . The centrosymmetric image reproduces the scanning area of the source 4. At each point in time, recording is carried out only locally on the microchannel plate 6, ie on the part where the secondary electron beam is focused at the time of assertion.

ミクロチャンネル板6から出力される信号を増幅し、こ
れを使用して、セグメント4の表面上のミクロプローブ
の移動と同期してビーム走査を行うビデオ信号処理構造
で電子ビームの強さを調整する。このビデオ信号処理構
造のスクリーンに形成された像はセグメントの走査領域
全体にわたる設定エネルギーを有する二次電子源の分布
を示す。
The signal output from the microchannel plate 6 is amplified and used to adjust the intensity of the electron beam with a video signal processing structure that performs beam scanning in synchronization with the movement of the microprobe on the surface of the segment 4. . The image formed on the screen of this video signal processing structure shows the distribution of the secondary electron sources with a set energy over the scanning area of the segment.

2、静止モード。発生器7は二次電子を励磁する広い放
射線ビーム(電子、イオン、光子)を放出する。このビ
ームはセグメント4を一様に照明するために使用するも
のである。設定運動エネルギー(例えば、成るオージェ
遷移のエネルギ、または励磁用量子と内部原子レベルの
結合用エネルギーとの示差工翠ルギー)を有する二次電
子の理想的集束に球状ミラーを調整する。
2.Stationary mode. The generator 7 emits a wide beam of radiation (electrons, ions, photons) that excites secondary electrons. This beam is used to uniformly illuminate segment 4. Adjust the spherical mirror to ideal focusing of secondary electrons with a set kinetic energy (eg, the energy of an Auger transition, or the differential energy of an excitation quantum and an internal atomic level coupling energy).

セグメント4の異なる部分から逃げる二次電子ビームを
位置感知検出器の表面に集束させ、かくしてセグメント
4の露出領域の中心対称像を形成する。他のエネルギー
値を有する未集束二次電子により発生される背景信号お
よび真正信号を記録手段の増幅器/コレクタ装置に入力
し、ノイズを抑制し、セグメント4の露出領域における
設定エネルギーを有する二次電子の源の分布を特徴づけ
る位置データを得る。
The secondary electron beams escaping from different parts of the segment 4 are focused onto the surface of a position sensitive detector, thus forming a centrosymmetric image of the exposed area of the segment 4. The background signal and the true signal generated by unfocused secondary electrons with other energy values are input into the amplifier/collector device of the recording means to suppress the noise and the secondary electrons with a set energy in the exposed area of segment 4 Obtain location data characterizing the distribution of sources.

両モードとも、球状ミラーを特徴づける像確実性の特性
のため、露出すべき領域は本エネルギー分析器では限定
されない。この領域は公知の電子スペクトロメータにお
ける走査領域を広さ2倍程度、越える内側球状電極1の
表面のかなりの部分をなしてもよい。内側球状電極1の
直径が源4の大きさに対して十分大きいとき、上記源4
のディスク形であり、検出器6の表面は平らであっても
よい。この場合、集束性および分散値は本質的に影響さ
れない。
In both modes, the area to be exposed is not limited by the present energy analyzer due to the image certainty properties that characterize the spherical mirror. This region may constitute a considerable portion of the surface of the inner spherical electrode 1, which exceeds the scanning region of a known electronic spectrometer by about twice as wide. When the diameter of the inner spherical electrode 1 is sufficiently large compared to the size of the source 4, the source 4
The detector 6 has a disk shape, and the surface of the detector 6 may be flat. In this case, convergence and dispersion values are essentially unaffected.

第5図は球状ミラーエネルギー分析器の別の実施例を概
略的に示しており、この実施例では、内側球状電極1の
孔窓2は対称軸線上に収束する子午線平面に配列された
複数の長さ方向のスロットよりなる。
FIG. 5 schematically shows another embodiment of a spherical mirror energy analyzer, in which the aperture window 2 of the inner spherical electrode 1 has a plurality of holes arranged in a meridional plane converging on the axis of symmetry. Consists of longitudinal slots.

また、このエネルギー分析器は界の作用領域を保護すべ
き電位にある円形導体の系を備えている。
This energy analyzer also comprises a system of circular conductors at a potential to protect the area of action of the field.

この図示のエネルギー分析器は上記と同様に作動する。The illustrated energy analyzer operates in the same manner as described above.

別々のスロットの縁界は極の角度に関係のない2次元界
である。従って、孔窓2を通る経路では、ビーム行路は
子午線平面で屈折されず、広く発散するビームの集束は
ゆがめられない。これらのスロットは内側球状電極1の
表面での界乱が最小であるのに十分狭くなっているべき
である。
The edge bounds of the separate slots are two-dimensional bounds that are independent of the angle of the poles. Thus, on the path through the aperture window 2, the beam path is not refracted in the meridian plane and the convergence of the widely divergent beam is not distorted. These slots should be narrow enough so that disturbances at the surface of the inner spherical electrode 1 are minimal.

スロット間の隙間は孔窓の透明性が悪くならないように
小さくなっているべきである。
The gap between the slots should be small so that the transparency of the hole window is not compromised.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は光、X線およびオージェ電子分光分析技術、特
にラスク分光分析を使用して固形物の表面を調査するた
めの新規な電子分光計の製造に使用することができる。
The present invention can be used in the production of a novel electron spectrometer for investigating the surfaces of solid objects using optical, X-ray and Auger electron spectroscopy techniques, in particular Rusk spectroscopy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による荷電粒子ビームのエネルギー用の
球状ミラー分析器の概略図;第2図は本発明による静電
球状ミラーからの内部反射における荷電粒子ビームの行
路を示す図;第3図は本発明による球状ミラーにおける
像確実性の特性を示す図;第4図は本発明による荷電粒
子ビームのエネルギー用の球状ミラー分析器の実施例の
図;第5図は本発明による球状ミラーエネルギー分析器
の別の実施例の概略図である。 1・・・内側電極、2・・・窓、3・・・外側電極、4
・・・荷電粒子ビーム源、5・・・検出手段、5′・・
・ダイヤフラム、6・・・検出器、7・・・励磁放射線
発生器、R3・・・内側電極1の半径、R2・・・外側
電極3の半径。 F万、3 FIG、 4
1 is a schematic diagram of a spherical mirror analyzer for the energy of a charged particle beam according to the invention; FIG. 2 is a diagram showing the path of a charged particle beam upon internal reflection from an electrostatic spherical mirror according to the invention; FIG. 3 FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the image certainty in a spherical mirror according to the invention; FIG. 4 is a diagram of an embodiment of a spherical mirror analyzer for the energy of a charged particle beam according to the invention; FIG. FIG. 3 is a schematic diagram of another embodiment of an analyzer. 1...Inner electrode, 2...Window, 3...Outer electrode, 4
...Charged particle beam source, 5...Detection means, 5'...
-Diaphragm, 6...Detector, 7...Exciting radiation generator, R3...Radius of the inner electrode 1, R2...Radius of the outer electrode 3. F million, 3 FIG, 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、荷電粒子ビーム源(4)と、減速電圧源に接続され
た2つの同心の球状電極(1、3)とを備え、内側の電
極(1)が荷電粒子のビームを通すようになっている窓
を有しており、また検出手段(5)を備えている荷電粒
子ビームのエネルギーの球状ミラー分析器において、荷
電粒子ビーム源(4)および検出手段(5)は球状電極
の中心に対して中心対称に配置された球体のセグメント
として成形されており、これらのセグメントのうちの少
なくとも1つが内側球状電極(1)の表面に配置されて
いることを特徴とする荷電粒子ビームのエネルギーの球
状ミラー分析器。 2、検出手段(5)には、内側球状電極(1)のセグメ
ント穴を表わす検出ダイヤフラム(5′)と、ミクロチ
ャンネル板よりなる検出器(6)が形成されていること
を特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビームのエネルギ
ーの球状ミラー分析器。 3、検出手段(5)は本質的に位置感知検出器であるこ
とを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビームのエネル
ギーの球状ミラー分析器。 4、内側電極(1)の表面上の窓(2)は対称軸線上に
収束する子午線平面に配列された複数の長さ方向スロッ
トよりなることを特徴とする請求項1、2又は3記載の
荷電粒子ビームのエネルギーの球状ミラー分析器。
[Claims] 1. Comprising a charged particle beam source (4) and two concentric spherical electrodes (1, 3) connected to a decelerating voltage source, the inner electrode (1) directing the beam of charged particles. In a spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam having a window adapted to pass therethrough and comprising detection means (5), the charged particle beam source (4) and the detection means (5) Charging characterized in that it is shaped as segments of a sphere arranged centrosymmetrically with respect to the center of the spherical electrode, and that at least one of these segments is arranged on the surface of the inner spherical electrode (1). Spherical mirror analyzer of particle beam energy. 2. A claim characterized in that the detection means (5) are formed with a detection diaphragm (5') representing a segment hole of the inner spherical electrode (1) and a detector (6) consisting of a microchannel plate. A spherical mirror analyzer for the energy of a charged particle beam according to item 1. 3. A spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam according to claim 1, characterized in that the detection means (5) are essentially position-sensitive detectors. 4. according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the window (2) on the surface of the inner electrode (1) consists of a plurality of longitudinal slots arranged in a meridional plane converging on the axis of symmetry. Spherical mirror analyzer of the energy of charged particle beams.
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