JPS5830696B2 - 荷電粒子エネルギ−分析器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は荷電粒子エネルギー分析器において、信号の検
出立体角を大きくとり、かつ検出立体角を大きく減少さ
せることなく、大面積の試料の装着を可能ならしめよう
とする荷電粒子エネルギー分析器に関するものである。

固体表面分析におけるオージェ電子、光電子等の、微弱
で低エネルギーの電子線の分析には、試料から放出され
た電子を効率よく利用することが肝要であり、そのため
には検出立体角（＝分析器に入射する電子線の立体角／
試料から放出される電子線の全体角）の大きいことが必
要である。

この要求にもとづいた最適構造として、第１図に示す構
造の分析系を提案することができる（例えば、特願昭５
１−１．２２８３号明細書（特開昭５２−９６０９１号
公報）参照のこと）この装置の特徴は試料から放出する
信号を試料周辺に軸対称に内外２つの電極からなる偏向
系を配置し、この偏向系内に入射する信号を太きくわん
曲させた軌道をえかかせたのちに再び中心軸上又は、そ
の円周上に集束させる。

さらにこの偏向系の後段に、上述の集束点が信号の放出
点として考えられるような電子光学的な関係をもった位
置にエネルギー分析器を配置して光電子、オージェ電子
などのエネルギー分析を行なわしめるものである。

第１図は上述の装置の構成の１例をしめした構造図であ
る。

以下各部を詳細に述べる。図において、１は電子銃で、
ここから発生した電子線２は集束レンズ３によって集束
されて試料４の面上に照射される。

試料４の照射点Ｐからはオージェ電子などの荷電粒子５
が、はぼコサイン・ロウ（ＣＯＳ −Ｌａｗ ）の空間
分布をもって放出される。

この荷電粒子のうち、点Ｐを頂点として半頂角がθ十ａ
および、θ−ａの二つの円錐に囲１れた電子束が偏向電
極６，７の間に入射する。

偏向電極６，７は軸対称に配設され、その断面がＬ字型
をしている二重電極で構成されている。

偏向電極内において電子束は偏向電場により太きくわん
曲した軌道を通り、さらに補助電極８により軌道を修正
されて、補助電極８の後段におかれたスリット９上で、
電子束はａの一次のオーダーで収束し、スリット９を通
過したのち中心軸上でクロスするように進む。

つづいて配置された円筒鏡面型エネルギー分析器１０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
た電子のみ軸上におかれた検出スリット９′上に収束し
、その後面にある検出器１１により信号が検出される。

偏向電極６，７、補助電極８、および円筒鏡面型エネル
ギー分析器１０の各電極への印加電圧を電源１２，１３
．１４によってそれぞれ適当にえらんだのち、−走化で
電圧を走査すれば電子軌道はエネルギーに依存するので
、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。

もちろん、第１図の構成は先に示した最適構造の一例に
すぎず、例えば偏向電極による偏向方向の試料からみて
電子銃側に偏向させて集束し、エネルギー分析器を電子
銃部より上部に設置してもよい（例えば、特願昭５１−
６７６９７号・明細書（特開昭５２−１５１０９０号公
報）を参照。

）又、どちらの場合においても偏向電極とそれに入射す
る電子との関係を変更することによって、電子を集束さ
せることが可能となり、このような偏向方法をとる場合
には補助電極８は特に必要がない。

さて、このような偏向系と分析器とが結合した最適構造
の荷電粒子エネルギー分析器において、分析の高感度化
をねらおうとすると、上述のごとく試料から放出される
信号をできるだけ大きい検出角度でとることはもちろん
であるか、偏向系とスリットとの間での信号の損失を最
小にとどめるようにしなければならない。

そのためにスリット９を通過するときの電子束はできる
だけ真円度を良くシ、スリット９の端面でさえぎられる
電子束を少なくすることが必要である。

筆者らはスリット９の飲屋に螢光体を塗布したガラス板
をおき、この点で集束されてくる電子束の形状を直接観
察してみると、真円となって集束されてくることはなく
、一方向に変形されたリング状になるが、ある部分に長
い尾を引いた形状になることが多いことを確認した。

この原因を調べてみると、各電極の配置が同軸上に固定
されていない場合や、それぞれの電極の平行度が医たれ
ていないことによる一種の電子光学的非点の生じている
結果であることがわかった。

そのために、電極加工時の仕上精度に細心の注意をはら
って加工し、なお組立を注意して行なった場合には相当
改善されるが十分満足な結果を得るにはいたっていない
。

本発明は、上述した構造の荷電粒子エネルギー分析器に
おける電子光学的非点の問題を解決し、分析の高感度化
をはかることを目的とするものである。

この目的を達成するため、本発明は一次荷電粒子線の照
射により試料から放射される荷電粒子を、軸上又は軸の
同一円周上に集束させる偏向系、偏向系の集束点に配設
されたスリット、荷電粒子エネルギー分析器、及び荷電
粒子通路近傍に軸対称に配設した荷電粒子束補正手段よ
り構成されている。

又、この荷電粒子束補正手段は、荷電粒子検出電極と補
正電極とから構成されている。

以下、本発明を、オージェ電子エネルギー分析装置に適
用した実施例に基づいて詳細に説明する。

第２図は上述の荷電粒子束補正手段を装着した静電型荷
電粒子エネルギー分析系の一実施例を示したものである
。

第３図は荷電粒子束補正手段の詳細を示したものである
。

以下、各部について述べる。

荷電粒子束補正手段の構造は電子束検出電極１Ｔ、と補
正電極１５とがスリット９の上に絶縁物１６を介して固
定されている。

このような構造の補正部が軸対称に複数個、本実施例の
場合、９０°の角度をとって４個配置されている。

電子束検出電極１７の先端部とスリット９との位置的な
関係はスリット９に入射する電子束をさえぎらないよう
にとりつげである。

電子束の形状を補正する場合には、最初電子束がスリッ
ト９に入射する最適条件かられずかずらした状態にし、
電子束の多くが電子束検出電極１γに当るようにすれば
、その量によってそれぞれの検出電極に流入する電子の
量の大小が測定できる。

各電子束検出電極１７に流入する電子の量が同じであれ
ば、スリット９に入射する電子流束の形状は同心円状に
なっていると言うことができる。

もしも各検出電極に入射する電子の量が異なるようであ
れば、増幅器１８と可変電源１９とにより、補正電極１
５に印加する電圧を加減し、電子束に加わる電場を加減
することにより、電子束の形状を補正し、真円度の高い
電子束を作って、スリット９に入射するようにする。

以上の実施例にむいては、荷電粒子束補正手段を構成す
る補正電極１５と電子束検出電極１γとを一体構造とし
、スリット９の前段に配置した構成としであるが、補正
電極１５と電子束検出電極１７とを分離し、補正電極１
５を偏向電極６，７と補助電極８との間など他の電子束
通路に配設することも可能である。

第４図は、上述の荷電粒子束補正手段の補正回路の具体
的構成を示すブロック図である。

図で、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ各領域に、電子束検出電極１７及
び補正電極１５が荷電粒子の周囲に対称的に配設されて
いる。

ここで、Ａ領域の電子束検出電極１γで検出される電流
値を基準にとり、他のＢ、Ｃ，Ｄ領域で検出される電流
値をそれぞれＡ領域での基準と比較し、それぞれの値が
Ａ領域の基準値と等しくなるように補正するように構成
されている。

Ａ領域での電子束検出電極１７から検出される電流値は
、第４図の抵抗ＲＡの両端の電圧値として得られ、Ｂ、
Ｃ，Ｄ各領域の電子束検出電極１７から検出される電流
値は、それぞれ抵抗ＲＢ ｐＲｏ、 ＲＤの両端の電圧
値として検出される。

Ｂ領域での電子束検出電極１７から検出される電流値を
、Ａ領域の基準値と比較するには、スイッチＳ１．Ｓ２
をＢ接点に接続し、Ａ、Ｂ各領域の電子束検出電極１７
から検出される電流は、差動増幅器２１で比較されその
差が入力としてサーボ増幅器２３に与えられる。

サーボ増幅器２３は、差動増幅器２１の信号に従って駆
動し、抵抗ＲＢ′の値を変化させＢ領域の電極１５に印
加される電圧を変化させ、Ｂ領域の電極１５に印加され
る電圧を変化させて電子束の軌道を修正し、最終的にＢ
領域の電子束検出電極１７から検出される電流値が、Ａ
領域のそれと等しくなった所で停止する。

次いで、スイッチＳ１及びＳ２を、Ｃ端子及びＤ端子に
順次切換えることにより、電子束の軌道は徐々に修正さ
れて真円に近づいて来る。

この結果、スリット９でさえぎられる電子束の量を最小
にして通過させることが可能となった。

実際のエネルギー分析を行なう場合の補正電極１５に印
加する電圧は、偏向電極６，７、補助電極８および円筒
鏡面型分析器１０を走査する電圧に重畳させて行なうよ
うにすることによりなんら支障はない。

上記の走査電圧は、第２図においては、電源１２゜１３
．１４をそれぞれ結線することによってその比例関係を
示したが、具体的には一個の電源２０と、その電圧を分
割する抵抗群で構成できる。

以上、電子束補正部を補助電極８と円筒鏡面型分析器１
０との間に配置した実施例について述べたか、電子束補
正部の取付は場所は信号の発生源の試料から偏向系およ
び分析系を経て検出器１１１で間のいずれの個所に配置
してもよく、その数量も１個で補正が不充分であれば複
数個の補正部を信号の軌道内の匝意の位置に設置して目
的を達成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来使用されている荷電粒子エネルギー分析器
の構成を示す図、第２図は本発明に係る荷電粒子エネル
ギー分析器の構成を示す図、第３図は荷電粒子束補正部
の構成原理を示す図、第４図は荷電粒子束補正部の実施
例の構成を示すブロック図である。 符号の説明、１・・・電子銃、２・・・電子線、３・・
・集束レンズ、４・・・試料、５・・・荷電粒子、６．
γ・・・偏向電極、８・・・補助電極、９・・・スリッ
ト、９′・・・検出スリット、１０・・・エネルギー分
析器、１１・・・検出器、１２，１３．１４・・・電源
１５・・・電極、１６・・・絶縁物、１７・・・電子
束検出電極、１８・・・増幅器、１９・・・可変電源、
２０・・・電源、２１・・・差動増幅器、２２．２３・
・・サーボ増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料に一次荷電粒子線を照射する手段と、前記試料
   から放射される軸対称の荷電粒子をその軸上もしくは軸
   を中心とする同一円周上に集束させる偏向系と、前記偏
   向系の集束点に配設されたスリットと、前記集束点を物
   点とする荷電粒子エネルギー分析器と、前記試料と前記
   スリット間の前記荷電粒子通路近傍に軸対称に配設され
   た荷電粒子束補正手段とを有することを特徴とする荷電
   粒子エネルギー分析器。 ２ 荷電粒子束補正手段が荷電粒子束検出電極と補正電
   極とからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の荷電粒子エネルギー分析器。 ３ 荷電粒子束補正手段が中心軸の廻りにそれぞれ９０
   °の角度を隔てて配設された４対の荷電粒子束検出電極
   及び補正電極の組からなることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の荷電粒子エネルギー分析器。 ４ 荷電粒子束検出電極がスリットの偏向系側の近傍に
   配設されていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   もしくは第３項記載の荷電粒子エネルギー分析器。