JPS61281954A - 光電子分析装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はＸ線によって照射された試料面から放出される
光電子をエネルギー分光することにより。

該試料面の元素状態を分析する光電子分析装置に関する
ものである。

（従来技術とその問題点） 従来の光電子分析装置は、数Ｉφ〜１０ｍφ程度の照射
領域を持つＸ線源と半球型分光器（Ｈｅ−ｗ＋１ｓｐｈ
ａｒｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｚｅｒ）を組み合わせて使用
するものが大半を占めている。この半球型分光器は広い
領域から放出された電子を高いエネルギー分解能で分光
出来るという特長を持っていて、数１φ〜Ｌｏｗφ程度
の照射領域から放出された光電子のほとんどすべての光
電子を検出するため、非常に高感度な分析を行うことが
出来る。以下ではこれを第１の従来例とよぶ、しかしな
から、この第１の従来例には試料表面数■φ〜Ｌｏｗφ
での平均的な情報しか得られないという欠点がある。

次にこれを改良したものに、Ｘ線源は今まで同様のもの
を使用し１分光器として２段式円筒鏡型分光器（Ｄｏｕ
ｂｌｅ−ｐａｓｓ　Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ　Ｍｉｒｒ
ｏｒＡ　ｎａｌｙｚｅｒ）を使用した第２の従来例があ
る。この２段式円筒鏡型分光器は、狭い領域から放出さ
れた電子のみを分光し、それ以外の領域から放出された
電子はこれを途中でしゃ断出来るため、例えば試料面の
２ｍφ程度の領域のみの情報を得ることが出来るという
長所をもっている。しかしなから、２段式円筒鏡型分光
器は、構造が複雑で非常に大型となる上、電子を透過さ
せるメツシュが４枚以上存在して透過率が大巾に低下す
るため、第１の従来例に比べ１／１０程度の感度しか得
られない欠点がある。また、２Ｉφ以下の更に狭い領域
については分析は全く不可能であるという欠点もある。

次に、上記を改良する装置として、極微小焦点型電子銃
と結像型分光結晶を後述の実施例のＸ線源部の如く使用
し、Ｘ線の照射領域自身を小さくし、これに前述の半球
型分光器を組合せた。第３の従来例がある。しかしこの
第３の従来例では分析領域は０．１〜０．２ｍφ程度ま
で小さくすることが出来るものの、分析領域が小さくな
った分だけ感度が低下し、先述の第１の従来例に比べて
１／１００程度の感度しか得られなくなり、実用的な分
析を行うことが非常に困難となった。そのため分析領域
を１ｍφ以上まで拡げたり、または従来の広い領域の照
射面積を持つＸ線源をこれに付加したりして、実用的な
分析は、やはり大きな領域で行うという方法を採用して
いる。

以上のように従来は、第１．２．３の従来例のすべてで
、広い領域での分析は高感度にて行うことが出来るもの
Ｎ、１ｉ１１１φ以下の狭い領域では感度の不足により
実用的な光電子分析を行うことが出来ない欠点がある。

しかも、試料表面の横方向の元素の状態分布を示す光電
子像を得ることは全く不可能である。

（発明の目的） この発明の目的は、上記の問題点を解決し、１■φ以下
の狭い領域での光電子分析を実用的な高い感度にて行い
、かつ横方向の元素分布の光電子像をも得ることの出来
る光電子分析装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明は、Ｘ線源と電子分光器を含んで構成される光電
子分析装置において、前記Ｘ線源としては極微小焦点型
電子銃の電子ビームで照射されるターゲットを使用し、
それより発生するＸ線を結像型分光結晶板を用いて試料
面上に集光せしめるとともに前記電子分光器としては１
段式円筒鏡型分光器（Ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｓｓ　Ｃｙｌ
ｉｎｄｒｉｃａｌ　ＭｉｒｒｏｒＡ　ｎａｌｙｚａｒ）
を使用する光電子分析装置によって。

前記目的を達成したものである。

（実　施　例） 第１図は本発明の実施例であり、１０は真空室、１は電
子銃、１１は電子ビームの偏向板、１２は偏向・走査用
電源、１３は電子ビーム、１４は電子ビーム照射位置、
１５は電子銃差動排気室、２は可動型ターゲット、３は
結像型分光結晶板、３１はローランド円、３２はＸ線、
４は試料、４１はＸ線照射位置、５は１段式円筒鏡型分
光器、５１は位置分解型検出器、５２は分光掃引用電源
。

５３は光電子、６はレコーダ、６１は記録された光電子
スペクトル、７はＣＲＴ、７１は光電子像である。

電子銃１は電子ビーム１３の照射領域が０．１園φ程度
の極微小焦点型電子銃であり、偏向板１１によりその照
射位置１４を任意に変更し得る偏向機能が付加されてい
る。ターゲット２からはこの電子ビーム１３の照射を受
けて、照射領域に等しい大きさ、即ち０．１ｉｎ＋φ程
度の小さい領域からＸ線３２が発生する。結像型分光結
晶板３はＸ線の分光１．即ち単色化を果すとともに、Ｘ
線の集光（即ちＸ線源の像を結像させること）を行なう
もので通常ヨハンソン型と呼ばれている。こ＼では結像
倍率が１の分光結晶板３を使用しそのため結像面上では
０．１■φ中のＸ線の像を形成させている。即ち、試料
表面４をその結像のローランド円３１上に位置させるこ
とにより試料上４１の位置に０．１ｍｍφの細束化した
Ｘ線を照射させることが出来る。Ｘ線の照射位置４１は
、Ｘ線の発生位置即ち、電子ビームの照射位置１４がわ
ずかに移動すればそれに対応して動く（図中点線は移動
させた時の電子ビーム及びＸ線を示す）、シたがって偏
向板１１に偏向電圧を加えることにより。

試料４上のＸ線照射位置４１を任意に変更出来ることに
なる。

ターゲット２では０．１ｍｍφ程度の領域のみに電子ビ
ームの照射が集中するため、この領域の温度が上がり損
傷が生じやすくなる。そこで、ターゲット２を機械的に
２次元方向に高速に移動させ、ターゲット２の面上で時
間平均の照射面積が大きくなるよう配慮している。２次
元方向移動距離を１　ｍ　Ｘ　１　ｍにすればそれだけ
で時間平均の照射面積は１００倍となり、ターゲットの
損傷を大幅に低減出来る。そしてまたその分だけＸ線強
度を上げることができ、前記の第３の従来例に比べて１
０倍以上のＸ線強度とすることが可能である。即ち１本
実施例のように電子ビームの照射領域が非常に狭い極微
小焦点型電子銃１の場合は、ターゲット２の２次元移動
は非常に有力である。この２次元移動は例えばターゲッ
ト２の回転運動２０１と軸方向の往復運動２０２の組合
せにより実現される。

次に、本実施例では分光器としては】一段式円筒鏡型分
光器５が使用されているが、１段式円筒鏡型分光器５は
周知のように構造が簡単で小型であるにも拘らず非常に
大きい透過率、即ち電子の収集及び検出効率を持ってい
る。透過率は試料表面から放出されたあるエネルギーの
電子総量に対する検出量の比率で表わされ、半球型分光
器が０゜０１程度の値であるのに対し、１段円筒鏡型分
光器のそれは０．１程度の値で１０倍程度高い値となっ
ている。しかしその一方で１段式円筒鏡型分光器５は正
常に分光し得る試料上での領域が非常に小さく、ＩＷｌ
φ程度しかない。また、この領域以外から放出された電
子があると、それらがエネルギー分解能に悪い影響を与
える性質がある。１段式円筒鏡型分光器５は、この特質
のために従来では光電子分光装置には不向きであるとさ
れ、これまで使用されることがなかった。しかしなから
。

本実施例のように使用するときはＸ線が０．１ｍａ＋φ
程度に細束化されて試料４を照射しているため。

エネルギー分解能に悪影響を生ずることは皆無となり小
型、安価である上に、従来の半球型分光器に比べて１０
倍程度もの高い感度で分析が行える等々の各長所がすべ
て生かされることになる。

次に、本実施例の１段式円筒鏡型分光器５に併設されて
いる位置分解型検出器は、本来、検出器面上で電子がど
こに到来したかを知ることが出来る検出器であり、エネ
ルギー分解能を変更したり、異なったエネルギー値の電
子を同時に検出したりすることが出来るものであるが、
これを併設する理由は次の通りである。即ち１段円筒鏡
型分光器５はエネルギー掃引のときにその透過エネルギ
ーが変化するため、これと同時にエネルギー分解能もま
た変化してしまう。そこでこの位置分解型検出器５１を
組合せ、エネルギー掃引に同期して検出器のエネルギー
分解能を変化させて、最終的に一定のエネルギー分解能
でエネルギー分光が出来るようにしたものである。この
併設によって本実施例の装置では１段式円筒鏡型分光器
５を使用しなからも従来例と同様に光電子分光の必要条
件を厳密に満足させることが出来るようになっている。

以上のような構成であるため１本実施例の装置によれば
、Ｘ線の細束化による１／】。００程度の感度低下を、
可動ターゲットと位置分解ヂ型検出器付の１段円筒鏡型
分光器の使用による感度アップで補償し、０．ＩＩφと
いう極めて狭い領域の分析を前記の第１の従来例とほぼ
同様の高い感度及びエネルギー分解能で光電子分析する
ことが出来る。

そこで、電子ビームの偏向電圧を固定して、分光掃引電
源からの掃引信号と検出器からの光電子の信号を同期さ
せるときは、レコーダ６上に、０゜１■φ程度の狭いあ
る特定領域の光電子スペクトルの分析結果が表示される
ことになる。

次に分光の掃引を固定し、電子ビーム１３の偏向・走査
電源１２から偏向板１１に印加される走査信号で縦横に
走査し、これに検出器５１からの光電子の検出信号を輝
度の変調信号として加えるときは、ＣＲＴＴ上には、試
料４上の１１０（１１角の意味）程度の領域のある特定
光電子の像が。

１ｏ×１０分割程度の空間分解能で表示されることにな
る。この分析方法によると、試料４の表面のそれぞれの
元素状態に対応した像が得られることになり、元素状態
の横方向分布が非常に明確に示される。またこの方法で
は電子線が常に偏向・走査されているため、ターゲット
を２次元方向に頻繁に移動させるのと同等のエネルギー
分散効果を得ることが出来るので、従来型のターゲット
を使用しなから、一層強いＸ線を得ることが可能である
。

なお２この実施例では、電子銃１は電子銃差動排気室１
５の中に設置されており、アパッチャー１５０から電子
ビーム１３が外に取出されるようになっている。この電
子ビーム１３は非常に細束化されているのでこのアパッ
チャー１５０もまた非常に小さい開口のものにすること
ができる。この電子銃差動排気室１５は、ターゲット２
の部分を排気する超高真空用ポンプとは違った別の高真
空用ポンプで差動排気されている６電子銃１は非常に高
温となるため、ガス放出量が極めて大きいが、本実施例
の如く差動排気の構成をとるときは電子ビーム１３を送
出するアパッチャー１５０の開口が非常に小さいため、
放出されたガスがターゲットの方へは殆んど流れずすべ
て高真空ポンプにより矢印１５１方向に排気されること
になる。

そのためターゲットは常に超高真空に保たれてコ（発明
の効果） 以上説明した通りであって、本発明によれば１■φ以下
の狭い領域の光電子分析を実用的に可能とし、分析対象
物を、従来のように一様な材料に限ることなく、−膜材
料１部品に広めて光電子分析することの出来る光電子分
析装置を提供する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である０図において、１０は真
空室、１は電子銃、１１は電子銃の偏向板、１２は偏向
走査電源、１３は電子ビーム、１４は電子ビーム照射位
置、２は可動型ターゲット、１５は電子銃差動排気室、
３は結像型分光結晶板、３１はローランド円、３２はＸ
線、４は試料、４１はＸ線照射位置、５は１段式円筒鏡
型分光器、５１は位置分解能型検出器、５２は分光掃引
電源、５３は光電子、６はレコーダ、６１は光電子スペ
クトル、７はＣＲＴ、７１は光電子像である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｘ線源と電子分光器を含んで構成される光電子分析
   装置において、該Ｘ線源としては極微小焦点型電子銃の
   電子ビームで照射されるターゲットを使用し、それより
   発するＸ線を結像型分光結晶板を用いて試料面上に集光
   せしめるとともに該電子分光器としては１段式円筒鏡型
   分光器を使用したことを特徴とする光電子分析装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の光電子分析装置におい
   て、該ターゲットを少なくとも前記電子ビームに垂直な
   ２次元方向に移動可能に構成したことを特徴とする光電
   子分析装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の光電子分析装置におい
   て、該極微小焦点型電子銃として電子ビームの偏向機能
   をそなえたものを使用し、ターゲットの電子線照射位置
   を移動せしめたことを特徴とする光電子分析装置。 ４、特許請求の範囲第１項の記載の光電子分析装置にお
   いて、該１段円筒鏡型分光器として位置分解型検出器を
   そなえるものを使用し、かつ、該分光器のエネルギー掃
   引に対応して該検出器のエネルギー分解能を変化させる
   如く構成したことを特徴とする光電子分析装置。 ５、特許請求の範囲第１項記載の光電子分析装置におい
   て、電子銃を囲む差動排気室をそなえ、電子ビームは該
   差動排気室のアパーチャーから送出する如くし、該差動
   排気室を差動排気する手段をそなえたことを特徴とする
   光電子分析装置。