JPS6091544A - オ−ジエ分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する分野 本発明は、オージェ分析装置に関し、特に、試料の微小
分析が行えるように電子銃を改良したオージェ分析装置
に関するものである。

従来の技術 従来、この種のオージェ分析装置の電子銃では。

電子レンズとして、静電レンズや、コイルを利用した磁
界レンズ、すなわちコイル励磁電子レンズが使用されて
いる。しかしながら、静電レンズでは９本来１球面収差
係数が大きく、この収差によるボケのため、電子ビーム
をあまシ細く絞ることが出来なかった。一方、第１図に
示すような、コイル励磁電子レンズ２０では、この球面
収差係数を上記静電レンズに較べて桁違いに小さくし得
るものの２次のような欠点があった。

第１に、コイル励磁電子レンズ２０のコイル２１は、非
常に大きな表面積を有し、脱ガスの量が極端に大きいた
め、オージェ分析装置のように超高真空を必要とする場
合には、そのコイル２１を真空中に置くことが出来ず、
大気側に置かなければならない。そのため、コイル２１
や磁極片２２の全部または一部を真空壁２３で囲み込ん
だシ、樹脂状物でモールドしたシしなければならず。

構造が非常に複雑になるとともに、磁極の間隔ｄｒｆｌ
が大きくなるためその分コイル２１の励磁力を強めなけ
ればならない。これらの結果、コイル励磁電子レンズ２
０自体が非常に大きなものとなってしまう。特にオージ
ェ分析装置では、オージェ電子７のエネルギー分析を行
うだめの電子分光器４、試料表面をエツチングするイオ
ン銃３等を試料１近傍に設置しなければならないため、
この大きなコイル励磁電子レンズ２０は、非常に深刻な
問題を発生させる。つまシ、互いの空間的制約によシミ
子銃２先端から試料１までの距離、すなわち作動距離ｄ
ｙが非常に長くなってしまうのである。

レンズの球面収差係数は、この作動距離ｄＷが長くなる
と急激に増大してしまうため１本来、低い球面収差係数
を持ち得る磁界レンズを使いながら。

その特長を充分に生かすことが出来ず、やはシミ子ビー
ム５をあまり細く絞ることが出来なかった。

第２に、コイル２１を大気側に設置したとは言え熱に弱
いコイル２１が真空壁２３のすぐ近くに置かれているこ
と、及び複雑な形状の真空壁２３をシールするために数
多くのエラストマーシール材を使用していること、或い
は、コイル２１のモールドに樹脂状物体を使用している
ことにより。

超高真空を実現するために不可欠な装置全体の焼出しが
充分に行なえず、各部からのガス放出量が大きく、その
ため表面分析に必要なだけの到達圧力を得ることが非常
に難しかった。

第３に、励磁力が強く、またコイル励磁電子レンズ２０
を構成するコイル２１及び磁極片２２が大きいため２周
囲に対する完全な磁気シールドを行うことが難しく、試
料１近傍の漏洩磁場によりオージェ電子７が偏向され、
スペクトルに悪影響を与える場合があった。特に低エネ
ルギーのオージェ電子を測定する場合は、この影響はよ
シ深刻である。

発明の目的 本発明の目的は微小部のオージェ分析能力を大幅に改善
することの出来るオージェ分析装置を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は電子ビームをより細く絞ることが出
来るようにしたオージェ分析装置を提供することにある
。

本発明の更に他の目的は装置の到達圧力をよシ低くでき
るオージェ分析装置を提供することにある。

本発明のもっと他の目的は漏洩磁場を少なくしたオージ
ェ分析装置を提供することにある。

発明の構成 本発明によれば、電子銃、電子分光器、真空容器等によ
り構成されるオージェ分析装置において。

前記電子銃の電子ビーム゛を収束するだめの電子レンズ
として、静電レンズと永久磁石を利用した磁界レンズを
組み合わせて使用したことを特徴とするオージェ分析装
置が得られる。

発明の実施例 次に図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明
する。

第２図は本発明によるオージェ分析装置の一実施例の構
成を示した正面図、第３図は第２図に示した永久磁石を
利用した磁界レンズ、すなわち永久磁石励磁電子レンズ
３０を詳細に示した図で。

第３図（ａ）は斜視図、第３図（ｂ）は平面図、及び第
３図（ｃ）は第３図（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図中
、第（５） １図と類似の機能を有するものには同一の記号を付しで
ある。

第２図を参照すると１本発明による電子銃２′の電子レ
ンズとして、電子源２４からの電子ビーム（図示せず）
を受ける第１の静電レンズ２８．この第１の静電レンズ
２８を介した電子ビームを受ける第２の静電レンズ２９
．及びこの第２の静電レンズ２９を介した電子ビームを
試料１に収束するだめの対物レンズなる永久磁石励磁電
子レンズ３０を使用している。この電子銃２′は、シリ
ンドリカルミラー型オージェ電子分光器（以下、　Ｃ，
Ｍ。

Ａ、と略呼す）８の内筒空間に組み込まれている。

第３図を参照すると、永久磁石励磁電子レンズ３０は、
永久磁石３３を分割して使用し、試料１から放出された
オージェ電子７及びその他の粒子を、その分割された永
久磁石３３間の空間を通して検出出来るようにしである
。又、永久磁石励磁電子レンズ３０を構成する磁極片２
２には、切欠き３４が入っておフ、この切欠き３４の部
分を。

イオン銃３（第２図）から放出されるイオンビー（６） ムロが通過するようにしである。

コノヨウな構成によシ２本発明のオージェ分析装置（第
２図）は、従来のオージェ分析装置（第１図）と比較し
て、以下に述べるような多数の改善を行うことが出来た
。

第１の改善点としては、対物レンズとして、コイル２１
を使用せずに、真空中に直接置くことが可能な永久磁石
３３を使用したことにより、真空壁２３やコイル２１の
モールドが不要となった。

そのため、電子銃２′の構造が極端に簡単゛となったば
かりではなく、磁極片２２の間隔ｄｍを小さくすること
が出来、小さな励磁力にて動作させることが出来た。ま
た、オージェ分析装置にとって必要である発熱させない
という条件下においては、同一励磁力を得るのにコイル
２１に比べ永久磁石３３自身を非常に小さなものとする
ことが出来る。

これらによシ、コイル２１を使用したレンズ２０に比べ
、永久磁石３３を使用したレンズ３０では。

その全体の大きさを数分の１以下にも小さくすることが
出来る。また第１及び第２の静電レンズ２８．２９は１
本来的に小さくすることが出来る。

これらによシ、電子銃り′自体を、従来の電子銃２に比
べ非常に小さくすることが出来、空間的制約が大幅に緩
和され２作動距離ｄＷを小さくすることが可能となった
。その結果、対物レンズに低い球面収差係数を持ち得る
磁界レンズ３０を使用したことと相まって、この電子銃
２′では電子ビームを非常に細く絞ることが出来るよう
になった。

第２の改善点としては、真空壁２３やコイル２１のモー
ルドを使用せず構造が簡単となったこと、及び永久磁石
３３は２００〜３００℃以上の耐熱性を持っていること
によシ、装置全体の焼き出しが充分に得え、ガス放出量
を小さくして到達圧力を非常に低くすることが出来る。

第３の改善点としては、永久磁石３３の励磁力は弱くて
済む上に、永久磁石３３や磁極片２２も小さいため、完
全な磁気シールドを容易に行うことが可能であり、スペ
クトルに影響を与えることがなくなった。

第４の改善点としては、　Ｃ，Ｍ、Ａ、　８の内筒空間
に電子銃２′を設置し、　Ｃ，Ｍ、Ａ、　８を試料１法
線上に配置したことにより、　Ｃ，Ｍ、Ａ、　８中心軸
のまわシ全周にわたって、オージェ電子７を効率よく収
集することが出来る。そのため、非常に感度が高く、か
つ試料１の凹凸による形状効果のない測定を行うことが
出来るようになった。又、　Ｃ，Ｍ、Ａ、　８は、非常
に高精度で、特に漏洩磁場の影響に敏感であるため、そ
の内筒空間にコイル２１を利用したレンズ２０を設置し
ようとすると、構造が極度に複雑となるとともに、スペ
クトルに対する悪影響も顕著となる。これに対し、永久
磁石３３を利用したレンズ３０では、レンズ３０自体が
小さく、漏洩磁場も小さいため、　Ｃ，Ｍ、Ａ、　８内
筒中間に容易に組み込むことが出来、また、スペクトル
に対する影響もほとんどない。

第５の改善点としては、永久磁石３３を分割し。

その間からオージェ電子７を検出するようにしたため、
オージェ電子７の軌道に制限されることなく１作動距離
ｄＷを小さくすることが出来、更に電子ビーム５を小さ
く絞ることが出来るようになっ（９） た。なお、このレンズ３０において、永久磁石３３は必
らずしも円対称に設置される必要はなく。

磁極片２２の電子ビーム５が通過する孔付近でのみ円対
称であればよい。更に、オージェ電子７の検出効率を低
下させないためには、試料１側から見た永久磁石３３の
幅を小さくすればよく、また。

Ｃ，Ｍ、Ａ、　８の検出口には、構造上３〜４ケ所に梁
がすでに存在しているためこれら梁の方向を永久磁石３
３と一致させることにより、実質的な検出効率の低下を
ほとんどなくすことが出来る。

第６の改善点としては、イオンビーム６がレンズ３０を
通過出来るようにしたために、電子ビーム５とイオンビ
ーム６の開き角を小さくすることが出来、高精度な深さ
方向分析を行うことが出来るようになった。試料１に凹
凸がある場合、イオンビーム６の入射角が浅いとイオン
ビーム６の影が数多く発生し、特に深さ方向分析が正し
く行えないため、電子ビーム５とイオンビーム６の開き
角は小さい程望ましい。永久磁石３３を利用した磁界レ
ンズ３０では、永久磁石３３や磁極片２２（１０） に切欠き３４や、穴を加工することが出来、まだ。

質量数の大きいイオンビーム６に対しては、磁界は作用
力が非常に小さいことから、レンズ３０の中をイオンビ
ーム６が通過出来るようにし、電子ビーム５とイオンビ
ーム６の開き角を小さくすることが容易に出来る。

以上のように２本発明のオージェ分析装置は。

オージェ分析にとって重要な多くの要請内容を満足する
ことがわかる。

次に、第４図の動作模式図によシ、静電レンズ２８．２
９と永久磁石励磁電子レンズ３００組み合せにおける動
作の説明を行う。図中、ｆは試料上の焦点、θ。は開き
角、θ８はアクセプタンス角。

３１は静電電極、３２は可変電圧電源を示す。

電子源２４から放出された数ｋｅＶのエネルギーを持っ
た電子ビーム５は、レンズ２８．２９及び３０によシ、
それぞれ収束され、試料上の焦点ｆに細いビームを形成
する。レンズ２８．２９では電界の勾配により、レンズ
３０では磁界の勾配により、電子ビーム５が収束力を受
ける。この場合レンズ２８．２９は、可変高圧電源３２
によシ焦点距離を変更させることは可能であるが、レン
ズ３０では焦点距離は固定されたままである。しかしな
がら、レンズ２９による焦点距離を変更することによシ
、レンズ３０による最終的な焦点ｆを変更させることが
出来る。すなわち、ビーム５の焦点調整はレンズ２９に
よって行なわれる。レンズ２８は、電子ビーム５の縮少
率、すなわちアクセプタンス角θ３を変更させることに
より、ビーム電流量を規定する。

この電子銃２′では、対物レンズであるレンズ３０に磁
界レンズを使用しているため２球面収差係数が本来的に
非常に小さくし得る。レンズ２８゜２９は静電レンズの
ため球面収差係数０８は大きいが、実際のポケｄ８は、
ｄｓｏ’−Ｃｓ・α３（α・・・開き角）という関係に
あるため、開き角αが非常に小さいレンズ２８．２９で
は２球面収差の問題はほとんど無視出来る。以上のよう
な動作原理によりコイル２１を使用せずに、低い球面収
差係数を持ち得る電子銃２′を構成することが出来るの
である。但し、この電子銃２′の場合、レンズ３０の磁
界が固定であるため、電子ビーム５の加速電圧を桁違い
に変えて使用することはあまり望ましくない。しかしな
がらオージェ分析においては、加速電圧が３〜５　ｋＶ
の時に検出感度が最大値を示し、それ以外の範囲では、
感度が低下するばかりか、試料１のダメージや分析その
ものが困難となる場合もあシ、加速電圧を桁違いに変え
る必要性は全くない。

次に、永久磁石３３を利用した磁界レンズ３０の上記以
外の実施例を示す。

第５図は１本発明に使用される永久磁石励磁電子レンズ
３０の他の一実施例を示したものであシ。

焦点距離が固定である永久磁石３３利用の欠点を補うも
のである。すなわち、永久磁石３３を利用した磁界レン
ズ３０において、その磁極片２２に与える電位を利用し
、ここに電界勾配を作ることによシミ子ビーム５を磁界
及び電界の両方で制御出来るようにしたことを特徴とし
ている。２つの磁極片２２は必然的に同一電位となるた
め１例えば、その間に１枚の電位可変の電極３１を置く
だ（１３） けで焦点距離が自由に変えられる静電３極レンズが構成
される。そこでこの２つの磁極片２２と電極３１からな
る静電３極レンズを補助的に使うことによシ、収差係数
の低い磁界レンズの特徴を生かしたまま加速電圧の変化
に対する焦点距離の補正を行うことが出来る。

第６図及び第７図も２本発明に使用される永久磁石励磁
電子レンズ３０の他の一実施例を示したものであυ、焦
点距離を可変としたものである。

すなわち、永久磁石３３を利用した磁界レンズ３０にお
いて、透過する磁力量を変更することの出来る短絡機構
を磁極間に設置して、焦点距離が変更出来るようにした
ことを特徴としている。図中、３７は磁性体の棒、３８
は接点、３９は小さなコイルである。

第６図の場合は１機械的な接触を利用した短絡機構であ
る。この短絡機構は２通常リレースイッチと呼ばれてい
るものと同等の動作を行い、磁気。

電気、熱等の力を利用して、磁性体で両磁極と接続され
ている接点３８を着脱し、透過磁力量を変（１４） 更させることによシ、レンズを形成している部分の磁界
を変化させ、焦点距離を変えることが出来る。この短絡
機構を複数ケ設置すれば、焦点、距離を細かく変化させ
ることも出来る。

第７図の場合は、透磁率の変化を利用した短絡機構であ
る。この短絡機構は１両磁極に接続されている磁性体の
細い棒３７に小さなコイル３９が取付けられ棒３７の中
の磁束密度を変えられるようになっている。すなわちコ
イル３９を動作させていない時は、棒３７内部の磁束密
度は低く、高い透磁率を持っているため、透過磁力量は
大きいが、コイル３９を動作させると、棒３７内部の磁
束密度が高くなシ、飽和点に近づくに従い、透磁率が低
下し、透過磁力量は減少してくることになり、焦点距離
を連続的に変化させることが出来る。

第８図も、また本発明に使用される永久磁石励磁電子レ
ンズ３０の他の一実施例を示した一部断面斜視図であシ
漏洩磁界による分析結果に対する悪影響をよシ小さくし
たものである。すなわち。

永久磁石３３を利用した磁界レンズ３０において。

その外面に非磁性膜３５と磁性膜３６を交互にメッキし
たことを特徴としている。

通常、漏洩磁界を減少させるためには、磁性体の板で磁
界発生源を被って磁気シールドを行う。

また、よシ完全とするためには間に非磁性体の板を挾ん
で何重かの磁性体の板で被えばよい。又。

同一の厚みであれば、−重よシ何重にもした方がシール
ド効果が良いことが知られている。しかしながらオージ
ェ用電子銃は、永久磁石励磁電子レンズ３０の大きさが
非常に重要な要素であり、また外面形状も複雑であるた
め、このような従来方式は適用が難かしい。

これに対し、第８図に示したものでは、はぼそのままの
形状で容易に磁気シールド効果を持たすことが出来る。

例えば、このレンズ全体に、まず数十μ程度の銅メッキ
を行って非磁性体膜３５を作り５次に鉄またはニッケル
メッキを同程度行って磁性体膜３６を作る。この作業を
何層か繰シ返す。このようにして、どんな複雑な形状で
も、わずか１〜２ｍ程度の厚みのみで完全な磁気シール
ドが行える。もし必要であれば２部分的にマスキングを
行い、一部メツキを除去することも可能である。

第９図及び第１０図は本発明に使用される電子銃２′の
他の一実施例を表わす模式図であシ、それぞれのビーム
径に対して、最大の照射電流が得られるようにしたもの
である。すなわち、焦点距離が変えられる２つの静電レ
ンズ２８．２９（第４図）の間にアｉ？−チャ４０を設
置することによシ。

電子ビームの開き角θ。が、縮少率に依存して自動的に
変更されるようにしたことを特徴としたオージェ分析装
置である。

第９図は比較的大きなビーム径（アクセプタンス角θ８
が大）で使用する場合を示しており、第１の静電レンズ
２８（第４図）の焦点距離が長く縮少率が小さいため、
電子源２４の像としてのビーム径は大きい値となってい
る。同時に、アノ４−チャ４０によって決められている
開き角θ。も大きくなっているため球面収差によるビー
ムのがケも大きい値となっている。これに対し第１０図
は、小（１７） さなビーム径（アクセプタンス角θ８が小）で使用する
場合を示しておシ、縮小率が大きいため、ビーム径を小
さくすることが出来る。また、アパーチャ４０によシ開
き角θ。も小さくなっているため。

球面収差によるデケも小さい。このように、縮少率に依
存して開き角θ。が自動的に変れるため、常に、縮少率
によって決められるビーム径と球面収差によるビームの
ｒヶの大きさをほぼ等しくすることが出来る。このこと
はそれぞれのビーム径に対して常に最大の開き角、すな
わち最大電流が自動的に得られることを意味している。

なお９本発明に使用される永久磁石励磁電子レンズ３０
としては第３図及び第５図〜第８図に示された実施例に
限定されないのは勿論である。特に、第３図に示したも
のは、複数の構成要件を含むものを採用したが、当然の
ことながら、これら構成要件のうちの一つを単独で、ま
たは、いくつかを他の組み合せで採用することも出来る
。また。

オージェ電子分光器としては、第２図に示された１段の
Ｃ，Ｍ、Ａ、　８に限られず、２段のダブルＡ’スＣ２
（１８） Ｍ、Ａ、や、その他生球型、パンドックス型等の一般の
電子分光器を使用しても良い。電子源２４は熱陰極型や
冷陰極型とすることも出来るし、静電レンズ２８．２９
としては、３極型（第４図）のみならず１円筒型、パト
ラ−型等の一般の静電レンズを採用することが出来る。

また本実施例は、オージェ分析装置（ＡＥＳ　：　Ａｕ
ｇｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　５ｐｅｃｔｒｏ−！１ｅＯ
ｐｙ）の単独装置に限られず＋　ＥＳＣＡ（ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ｆｏｒ　ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　）　＋　ＳＩＭＳ（５ｅｃ
ｏｎｄａｒｙ　ｉｏｎ　ｍａｓｓ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃ
ｏｐｙ　）＋　ＩＳＳ（ｔｏｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　
５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　）等信の表面分析装置との
複合装置においても実現出来ることは言うまでもない。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば微小部分の表面分析を
確実にかつ高精度に行うことの出来るオージェ分析装置
を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のオージェ分析装置の構成を示した断面図
、第２図は本発明によるオージェ分析装置の一実施例の
構成を示した断面図、第３図は第２図に示す永久磁石励
磁電子レンズ３０の一実施例を示した図で、第３図（ａ
）は斜視図、第３図（ｂ）は平面図、及び第３図（ｃ）
は第３図（ｂ）のＡ−Ａ断面図。 第４図は本発明の動作例を示す模式図、第５図〜第８図
は本発明に使用される永久磁石励磁電子レンズ３０の他
の一実施例を示した図、第９図と第１０図は本発明に使
用される電子銃の他の一実施例を示した模式図である。 １・・・試料、２．２’・・・電子銃、３・・・イオン
銃、４・・・オージェ電子分光器、５・・・電子ビーム
、６・・・イオンビーム、７・・・オージェ電子、８・
・・シリンドリカルミラー型オージェ電子分光器、２０
・・・コイル励磁電子レンズ、２１・・・コイル、２２
・・・磁極片。 ２３・・・真空壁、２４・・・電子源、２８．２９・・
・静電レンズ、３０・・・永久磁石励磁電子レンズ、３
１・・・静電電極、３２・・・可変高圧電源、３３・・
・永久磁石。 ３４・・・レンズの切欠き、３５・・・非磁性体膜、３
６・・・磁性体膜、３７・・・磁性体棒、３８・・・接
点、３９・・・小さなコイル、４０・・・アノぐ一チャ
。 （２１） 〈 弗１図 第７図 第８図 手続補正書（自発） 昭和／／年ｔ６月ｄ日 特許庁長官　志　賀　学　殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１９７，５４６号 ２、発明の名称 オージェ分析装置 ３、補正をする者 特許出願人 名称　日電アネルバ株式会社 ４、代理人　〒１０５ 住所　東京都港区西新橋１丁目４番１０号（ほか２名） ６、補正の内容 図面の第１図及び第３図（ｃ）を添付の図面の如く補正
する。 ２−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子銃、電子分光器、真空容器等により構成される
   オージェ分析装置において、前記電子銃の電子ビームを
   収束するだめの電子レンズとして。 静電レンズと永久磁石を利用した磁界レンズを組み合わ
   せて使用したことを特徴とするオージェ分析装置。