JPS5830695B2 - 荷電粒子分析器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は試料面より放射される荷電粒子の２次的信号を
同軸方向にとりだし、該信号のエネルギー分析ならびに
質量分析を行わしめる同軸型荷電粒子分析装置に関する
ものである。

金属、半導体等の固体表面は材料の物理化学的性質を決
定するうえで本質的な役割を和っている。

したがって、このような材料の表面層の同一点について
状態分析、局所分析、微量分析など、複数の異なる手段
で分析し、総合すれば表面の性質の全体像を知ることが
できる。

このような目的のために、同一材料、同一部位について
、複合的励起手段、複合的信号検出手段な相補的に適用
できる実際的な複合分析機能を備えた分析装置が提案さ
れている。

第１図は従来装置の具体的な１例を示すもので励起手段
として、電子線およびイオン線をもちいて試料表面上の
同一個所に、両者を同時あるいは時系列的に照射し、試
料表面より放出されるオージェ電子、２次イオンならび
に図では省略したか、特性Ｘ線等を検出し、材料の元素
分析を行うことが可能な装置の構成である。

図にもとづいて構成各部を詳細に述べると、１は電子銃
部である。

ここで発生した電子線２は電子レンズ３によって集束さ
れ、試料４に照射される。

試料より放出されるオージェ電子５は、試料側面に配置
されている円筒鏡面型分析器６を通り、エネルギー分析
されたのち、電子増培管７、ロックインアンプ９を径で
記録計１０に記録される。

円筒鏡面型分析器に印加する電圧は走査電源８によりＯ
〜２０００Ｖ程度の走査を行なえば、すべての元素につ
いて十分であり、３０秒〜数分間程度の走査で必要とす
るデータが得られる。

また、試料より放出される２次イオンを検出し、試料４
の質量分析を行う必要のある場合においては、イオン銃
１１を動作させ、これより発生したイオン線１２を試料
４面上に照射し、２次イオン１３を質量分析器１４を通
して、質量分析を行ったのち、増巾器１５を径で、記録
計１０により記録することができる。

固体表面より放出されるオージェ電子や２次イオン信号
は非常に微弱であるために、これらの２次的信号を効率
よく検出することか、この種の装置の性能の良否を決定
する。

そのために信号の検出立体角（＝分析器に入射する信号
の立体角／試料から放出される信号の全立体角）が大き
いことが要求される。

第１図の構成の場合について考察してみると、オージェ
電子５の検出方向は試料４の側面から、また、２次イオ
ンについては斜め上方より取得しているために円筒鏡面
型分析器６に入射するオージェ電子ならびに質量分析器
１４に入射する２次イオンの信号量は必然的に小さいこ
とになり、各分析器は適正配置であると言うことはでき
ない。

本発明は以上の点に鑑み、試料からの信号の検出立体角
の大きなｍ＝粒子分析器を提供しようとするものである
。

以下、本発明を実施例を用いて説明する。

第２図は、上述の問題点を解決するために提案された、
静電型エネルギー分析器の一例である。

一般に、試料に対して軸対称に配置された偏向電極にお
いて、その形状および偏向電極に印加する電圧を適当に
選ぶことにより、試料の一点から放出した荷電粒子線は
、再び一点あるいは任意の径の円環上に集束することは
明白な事実である。

本発明は上述の偏向電極の特性を利用することにより、
信号の検出立体角を大きくとることを特徴としたもので
、偏向電極を、試料から放出される信号をできるかぎり
多く得られるような検出立体角をもった飲屋に、軸対称
に配置し、偏向電極内に入射した信号は太きくわん曲し
た軌道を画いて中心軸上で再びクロスさせる。

（同図において。クロスする点か、試料からみて電子源
の反対側にあるが、電子源側であってもかオわない。

）この集束点を信号の放出点として考えられるような飲
屋に分析器を配置して、分析を行なわしめるものである
。

そして、上記分析器は二重円筒鏡面型荷電粒子分析器と
、その内部に同軸に配置された質量分析器とからなる。

以下、図にもとづいて詳細に説明する。

第２図は本発明による装置の概略断面図、第３は第２図
の部分拡大図である。

第２図において、１，２，３，４，５，６，７゜８．９
，１０，１１および１２は第１図と同様である。

１６，１γは同軸対称偏向電極、１８はスリットで２次
信号の取りだし角度を規制する、１９は検出スリット、
２０は静電レンズで、２次イオンをこの静電レンズを通
過させたのち、平行ビームに軌道をかえて質量分析器１
４に導ひく役目をする。

本実施例に訃いては質量分析器１４には四重極型質量分
析器を使用した一例を記した。

２１は偏向電源で同軸対称偏向電極１６．１７に電圧を
印加するためのもので、その回答は第３図に示すような
構成になっている。

該装置において、試料面上に電子を照射し、これより放
出されるオージェ電子のエネルギー分析を行う場合につ
いて述べる。

このとき第３図におけるスイッチＳは図に示す方向に接
続されている３電子線の照射点Ｐからはほぼコサイン・
ロウ（Ｃｏｓ −Ｌｏｗ）の空間分布をもってオージェ
電子が放出されるが、このオージェ電子のうち点Ｐを頂
点とし、半頂点がθ十α於よびθ−αの二つの円錐に囲
１れた電子線束が検出スリット１８を通り、偏向電極１
６．１７間に入射する。

偏向電極は軸対称で、その断面がＬ字型をしている２重
の電極で構成されておりさらに電極内側の空間には試料
４が挿入出来るようになっている。

偏向電極内にむいて、電子束は偏向電場により太きくわ
ん曲され、比較的狭い範囲のエネルギーの電子のみ偏向
電極下方に置かれたスリット１９上で自由空間を直線的
に進む。

ここで電子束はαの１次のオーダーで収束して、検出ス
リット１９を通過したのち、中心軸上でクロスするよう
に進みつづいて配置された円筒鏡面型分析器６により、
エネルギー分析され、ある特定のエネルギーをもった電
子のみ軸上Ｐ〃におかれた検出スリット２３上に集束し
、その後面にある検出器７により信号が検出される。

偏向電極１６．１７、円筒鏡面型分析器６の各電極に印
加する電圧を一定比で走査すれば電子軌道はエネルギー
に依存せず、試料から放出された電子エネルギースペク
トルを得ることが可能となる。

つぎに試料面上にイオン線を照射し、試料面上より放出
する２次イオンを検出して、質量分析な行なう場合につ
いて述べる。

この場合第３図に示すスイッチＳはオージェ電子分析と
は逆の方向に切換えておく。

イオン銃１１より放射されるイオン線１２は試料面上に
照射され、試料面からＶ″ｉ２次イオソイオン１３され
る。

この２次イオン１３は、偏向電極１６．１γではオージ
ェ電子５とほぼ同じ軌道を画いて通過し、検出スリット
１９に到達する。

検出スリット１９を通過した、２次イオン１３の集束点
がオージェ電子５と同様軸上に出来る。

この集束点に集点かあるような静電レンズ２０を配置す
るとこの静電レンズ２０を通過した２次イオン１３は、
はぼ平行線となり静電レンズ２０から出て来るために、
この後段に四重極型質量分析器１４を配置しておけば、
容易に２次イオン１３の質量分析を行うことが可能とな
る。

それ以後の検号検出ならびに記録はオージェ電子分析と
同様に行えばよい。

以上述べたごとく信号の検出立体角が大きく、かつ、偏
向電極の印加電圧の極性を変えるだけで電子、イオン信
号を検出できる同軸型分析系は検出感度が高いばかりで
なく、その操作性にも秀れており、効果の捷ことに大き
い装置を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の複合型分析装置の構成、第２図第３図は
本発明による装置の一実施例を示す図である。 図において、１：電子銃部、２：電子線、３：電子レン
ズ、４：試料、５：オージェ電子、６：円筒鏡面型分析
器、７：電子増倍管、８：走査電源、９：ロックインア
ンプ、１０：記録計、１１：イオン銃、１２：イオン線
、１３：２次イオン、１４：質量分析器、１５：増幅器
、１６，１γ：同軸対称偏向電極、１８ニスリツト、１
９：検出スリット、２０：静電レンズ、２１：偏向電源
、２３：検出スリット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持台上に支持された試料と、上記試料に複数の一
   次ビームを照射する手段と、上記試料から発生する少な
   くとも２種の荷電粒子を上記試料面に垂直な軸上または
   上記軸を中心とする同一円周上に集束させる偏向手段と
   、上記偏向手段による上記一方の荷電粒子の集束点を物
   点とする２重円筒鏡面型荷電粒子分析器と、上記荷電粒
   子分析器内側に該分析器と同軸でかつ上記他方の荷電粒
   子の集束点を物点とする質量分析系とを有することを特
   徴とする荷電粒子分析器。 ２、特許請求の範囲第１項記載の荷電粒子分析器におい
   て、上記２種の一次ビームが電子ビームおよびイオンビ
   ームであることを特徴とする荷電粒子分析器。 ３ 特許請求の範囲第１項昔たは第２項記載の荷電粒子
   分析器において、上記質量分析系が四重極型質量分析器
   であることを特徴とする荷電粒子分析器。