JPH02106864A - エネルギー分析器 - 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〕 本発明は均質の一様な電界を発生させることができ、且
つ人口孔及び出口孔を具えている分析器空所と、前記出
口孔から出る電子を検出する検出器とを具えている低エ
ネルギー電子用のエネルギ分析器に関するものである。

本発明は低エネルギー電子用のスペクトロメータにも関
するものである。

〔従来の技術〕

斯種のエネルギー分析器は”Ｔｈｅ　Ｒｅｖ、ｏｆ　５
ｃＩｎ、　＋＋　（１９７０年、　Ｖｏｌ、　４０．　
Ｎｏ、　１０．第１４０９〜１４１４頁）から既知であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のエネルギー分析器は内部を均一電界とする空所を
具えている。この均一電界はスリント状の孔をあけた多
数の平行な平板状電極により発生され、前記電極間の電
位は局部的に直線状に変化する。入口孔を経て分析器に
入る電子は以後ｙ方向と称する方向にて減速力を受ける
。分析器の内部にて電子は代物線状の通路を辿り、分析
器から出た電子は直線状に進む。Ｘ方向に対して垂直の
以後Ｘ方向と称する方向に電子が走行する距離はそれら
電子の運動エネルギーに比例する。これがため、エネル
ギー分析器によって生ずる電子の空間的分散度はエネル
ギースペクトルの目安となる。

エネルギーが等しい電子の場合にはＸ方向に走行する電
子通路は、その電子の速度スペクトルと、分析器に入る
電子のＸ方向とによって囲まれる角度θの関数ｆ　（θ
）となる。エネルギー分析器のフォーカンング効果は、
Ｘ方向に走行する電子の通路が分析器への電子入射角に
左右されなくするにつれて良くなる。電子入射角を３０
°とする場合に二次フォーカンング（θ付近のｆ　（θ
）のテーラ−展開式における一次及び二次導関数が０に
等しくなる）が起こることを立証することができる。

従来のエネルギー分析器の欠点は、その寸法がかなり大
きく　（長さが約３５ｃｍで、高さが７ｃ＋＋＋）、こ
のためにこのような寸法に適った真空装置を用いる必要
があると云うことにある。さらに、エネルギー分析器の
構造が複雑なため、かなり高価でもある。さらに又、従
来の分析器は回転対称ではないため、所謂オージェ測定
にはあまり適していない。オージェ電子とは、電子のイ
ンターセプト時か、電子のエネルギー遷移時に放たれる
光子の光吸収、即ち「内部」光電効果によって外側の電
子殻の１つから放たれる低エネルギーの電子のことであ
る。オージェ測定は特に表面分析に用いられる。試料を
電子で衝撃することによって内側の殻の１つから電子を
放つことができる。殻内の空の位置を満たすような電子
吸収又は遷移が起こる場合には、任意の伝搬方向を有す
るオージェ電子を放つことのできるエネルギーが放出さ
れる。これがため、試料により放出されたオージェ電子
を分析するには回転対称のエネルギー分析器が必要とさ
れる。

本発明の目的は、かなり多数のエネルギーを並列に測定
することができ、しかも寸法が小形で、構造も簡単で、
低コストの回転対称なエネルギー分析器を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的達成のために、本発明は冒頭にて述べた種類の
エネルギー分析器において、前記分析器空所を対称軸線
に対して回転対称の電気絶縁管状部分によって包囲し、
該分析器空所の内側に前記管状部分と同軸の螺旋状電気
抵抗層を設け、前記管状部分の両端を導体によって閉成
したことを特徴とする。

本発明による管状の分析器段を用いることによって、極
めて均質な一様の電界が得られ、これにより例えばオー
ジェ電子のエネルギースペクトルを測定することができ
る。分析器を製造するのがかなり簡単であり、しかも分
析器のＸ方向の長さに応じて例えば１００個の異なるエ
ネルギーを同時に測定することができる。螺旋状の抵抗
層間の電圧を適合させることによって、分析器の順次の
エネルギー間隔に対する測定範囲を調整することができ
る。Ｘ方向に対する電子の入射角が３０°で、入ロスリ
ントの幅が２．４＋ｎｌ１１で、試験すべき試料と人口
との間の距離が７１１１１１１の場合に３．８　Ｘｌ０
−’のエネルギー分解能を達成することができる。本発
明によるエネルギー分析器はコンパクトであり、例えば
そのＸ方向の直径は３ｃｍで、しかもＸ方向の幅は約５
ｍｍである。

なお、管状部分と同軸となるように内部に螺旋状の電気
抵抗層を設けた回転対称の電気絶縁管状部分はオランダ
国特許出願ＮＬ８６００３９１号から既知である。

上記オランダ国特許出願には酸化ルテニウム製の螺旋抵
抗層を有するガラス製の管状部分を製造する方法及びそ
の管状部分を陰極線管に用いることについて記載されて
いる。しかし、斯る管状部分をエネルギー分析器として
用いることについては記載されておらず、又そのオラン
ダ国特許出願から明白のことでもない。

本発明によるエネルギー分析器の好適例では、前記出口
孔を前記管状部分と同軸の環状スリットで形成し、該出
口孔に細かなメツシュガーゼを設け、前記検出器の検出
入射面を、頂点が前記対称軸線上に位置する真直ぐな円
錐の包絡面の一部と一致する焦平面に位置させて、エネ
ルギーが等しい電子に対する二次収束が前記焦平面にて
起こるようにする。エネルギー分解能は焦平面で一定、
且つ最大である。焦平面とＸ方向とによって囲まれる角
度βは電子の入射角θの関数であり、それはθ−３０°
の場合にほぼ１１°となる。出口孔には細かメンシガー
ゼを設けるため、この出口孔付近の電界は分析器空所内
の電界にほぼ等しくなり、従って孔から電界線が出なく
なる。

本発明の他の好適例では検出手段にチャイ・ルプレート
を設ける。電子の個数は、例えばオージェ電子の検出中
は少ないため、雑音増幅を低くする必要がある。この点
からして、管状の電子増倍器、所謂チャネルプレートを
マトリックス状の構成とすることが好適である。管状チ
ャネルに入る電子は、そのチャネルの壁部を覆っている
二次電子放出材料から多数の電子を放出し、その数はチ
ャネル内にて指数関数的に増倍される。各チャネルの出
口にて電子流を測定することができる。

本発明によるエネルギー分析器のさらに他の好適例では
、前記検出器が、前記検出入射面に位置させた第２の細
かなメンシュガーゼを具え、該メンシガーゼの電位を前
記出口孔の個所における電位に等しくし、前記検出器と
共働する増強手段を設け、該増強手段が前記管状部分と
同軸の平坦な環状チャネルプレートを含み、該チャネル
プレートの電位を前記第２の細かなメンシガーゼの電位
よりも高くし、前記エネルギー分析器に前記増強手段と
共働する陽極も設けるようにする。円錐の包絡面の一部
を成す形態でチャネルプレートを製造するのは厄介であ
る。このような複雑化をなすために、検出器として細か
なメンシュガーゼを用いることもできる。出口孔から出
る電子はその出口孔と第２ガーゼとの間の無電界空所内
にて真っ直ぐＣ弓勇路を辿る。ついで、それらの電子は
チャネルプレートの方へと加速されて、第２ガーゼ上の
いずれもの位置がチャネルプレー）１の位置にほぼ対応
するようになる。チャネルプレートからの電子流は、こ
のチャネルプレートの後方に配置した環状陽極によって
検出される。この陽極は例えば電気絶縁セラミック基板
上における多数の同心的な導電リングによって形成する
。各リンクは電子の数を所定のエネルギー間隔で測定す
る。

陽極リンクから到来する信号は例えばコンピュータによ
って同時に処理する。

本発明のさらに他の好適例では、前記出口孔を前記管状
部分と同軸の環状ス’Ｊ　ソ）により形成し、前記検出
器が前記出口孔に対向して配置した環状の平坦なチャネ
ルプレートを具え、該チャネルプレートを前記出口孔と
同軸とし、前記エネルギ分析器に陽極を設けるようにす
る。前記陽極を、互いに電気的に絶縁した多数の陽極リ
ンクで構成し、これらの陽極リングを２つづつ導電接続
するのが好適である。エネルギー分析器の構成を簡単に
するために、検出器を焦平面の外側に位置させる。この
結果、検出器の分解能はＸ方向の位置に依存する。陽極
リングの幅を可変さすることは実際」１不可能なため、
全てのリングの幅は同じとし、これらリングの最小幅は
所望分解能により決定する。低分解能のエネルギー分析
器の効率を高めるために、多数の隣接する陽極リングを
電気的に相互接続することができる。

さらに本発明の他の例では、陽極リングを、互いに電気
的に絶縁したセグメントで形成する。励起電子ビームは
試料の有限部分を走査するため、ソースは分析器に対し
て点状でなく、従ってエネルギー分解能が低下する。試
料のＸ軸上に位置しない部分から出る電子はＸ方向にソ
フトされたエネルギースペクトルを呈する。陽極リング
に絶縁トランクを多数の半径方向（この内の１つはＸ方
向である）に設けることによって、多数の楔状の陽極面
を互いに絶縁された陽極セグメントに細分割することが
できる。楔状の陽極面上に位置する陽極セグメントから
到来する信号は全エネルギスペクトルの小部分であるザ
ブスペクトルを規定する。種々の陽極面に対するサブス
ペクトルは互いにシフトされている。これらのザブスペ
クトルを加算することによって形成される全エネルギー
スペクトルを求めろためには、サブスペクトルを励起電
子ビームの瞬時位置に関連する基準スペクトルに対して
既知の方法でンフトさせる必要がある。このようにして
、点状試料のスペクトルに最も近似するエネルギースペ
クトルを求めることができる。

セグメント化した陽極リングから成る陽極を用いる代わ
りに、互いに電気的に絶縁した陽極素子のマ）　’ＩＩ
　ｙクスによって形成される陽極を用いることもできる
。対応するエネルギーの陽極セグメント群からの信号を
加算することによって、試料の有限寸法によるずれを補
正したエネルギースペクトルが得られる。陽極素子群か
らの信号を選択的に加算することによって、分解能及び
感度を広範囲にて調整することができる。

本発明の他の例では、エネルギー分析器に人口孔と共働
する縮小補助電子レンズを設ける。例えば１１５に縮小
する縮小補助電子レンズを用いることによって、同じ分
解能に対して５倍高い走査振幅を用いることができる。

補助レンズを用いることにより導入される効率の損失分
は多数のエネルギーを同時に測定することによって補償
することができる。補助レンズを用いることの他の利点
は、二次及び反射電子が色収差のために分析器に達しな
くなると云う点にある。このために、陽極リングからの
信号の信号対雑音比が高くなる。

本発明の他の例では、第１管状部分の内部にそれと同軸
の第２の電気絶縁管状部分を設け、該第２管状部分の外
側にそれと同軸の螺旋状電気抵抗層を設け、前記第２管
状部分の内側に導電層を設けて、前記第２管状部分内の
空所をほぼ無電界状態とする。補助電子レンズによって
収束させることのある励起電子ビームを発生する電子銃
を管状部分に対して同軸的に配置して、試料上の電子ビ
ームスポットの大きさをできるだけ小さくするように試
料を走査し易くする。励起電子ビームは分析器のｙ軸の
まわりの無電界空所を経て試料に入射する。エネルギー
に応じた分散は、無電界空所を囲む分析器部分の空所内
における均質の一様な電界内にて起こる。第２のガラス
製の管状部分の内側に導電層の代わりに螺旋抵抗層を設
ける場合には、補助電子レンズによる代わりに第２管状
部分の収束作用の影響下にて励起電子ビームを収束させ
ることができる。

〔実施例〕

実施例について図面を参照して説明するに、第１図に示
すエネルギー分析器はガラス製の管状部分４によって形
成される分析器段２を具えている。

管状部分４の内側には螺旋状の抵抗層６を設けである。

この抵抗層６は電圧源８によって発生される電圧に対す
る分析器として作用する。このようにして管状部分４内
に均質の一様な電界Ｅを発生させ、この電界内にて電子
を減速させる。試料１０（この試料は分析器段２の外側
に配置する図示してはない電子銃によって照射される）
から出る電子は入口孔１２を経て３０°の入射角度θで
分析器段２に入る。入射角θの広がりは、例えば０．０
５ラジアンに相当する。エネルギーの等しい電子は分析
器段２を経る放射物線状通路１４を走行した後に細かな
メッシュガーセ１５で覆った出口孔１６を経て分析器段
２から出て、無電界空所に達し、その後これらの電子は
焦平面１８に収束する。焦平面１８は円錐の包絡面の一
部と一致し、この焦平面はＸ方向に対してほぼ１１°の
角度βを囲む。第１焦点はＸ軸上の３ＪＴｐ　（ここに
Ｐは試料１０と分析器段２との間の距離）に相当する高
さの所に位置付けられる。管状部分４の両端は導体２０
で閉成し、又この管状部分４はｙ軸に対して回転対称と
する。

第２図は分析器段２を示し、この分析器段では検出手段
及び増強手段を焦平面１８に位置させない。

Ｘｕが焦平面１８の第１焦点と一致し、しかも７ｍｍの
試料距離に対して３．６ｃｍに相当するレベルｘｕの所
に幅が２．９ｍｍの出口孔１６を設ける。この出口孔１
６から出る電子は平坦な管状チャネルプレート２２に入
射し、このチャネルプレート内にて電子流が増強される
。この増強電子流は陽極２４によって検出される。陽極
２４は相対的に電気的に絶縁した多数の導電性の陽極リ
ング２６によって形成する。

陽極リングの一定幅は最低許容エネルギー分解能によっ
て決定される。０．０５ラジアンの入射角の変動及び７
ｍｍの試料距離に対して、０．２％の分解能を得るのに
１７個の陽極リングを用いることがてきる。５６μｍの
リンク幅（陽極リングと２つの陽極リンク間の絶縁体と
をたした幅）を有する５１個の陽極リンクを用いること
によって３つの異なる分解能を得ることができる。０２
％のエネルギー分解能を得るには２つ置きの陽極リンク
を用い、０４％の分解能を得るには３４個の陽極リング
を用いるように陽極リングを対を成して電気的に相互接
続し、又０６％の分解能を得るには全ての陽極リングを
検出用に用い、３つづつのリングを電気的に相互接続す
る。

第３Ａ図は環状陽極４０を示し、これは互いに電気的に
絶縁した多数の導電性陽極リンク４２で構成する。半径
方向に延在する絶縁トラック４４によって陽極４０を楔
状の陽極面４８に細分割し、これらの楔状陽極面を陽極
セグメント４６に分ける。陽極４０の中央には孔５０を
あけ、試料１０から出る電子はこの孔を経てエネルギー
分析器２に入ることができる。点状の試料の場合には、
同じエネルギーの電子が同じ陽極リング上に（増強され
た形態で）入射する。試料の寸法は有限であるため、陽
極セグメン）Ａ−Ｅに細分割された表面部分に対しては
第３Ｂ図示するようなエネルギーザブ−スペクトルＮ　
（Ｅ）が測定されるのに対し、陽極セグメントΔ′〜Ｅ
′に細分割された表面部分に対しては第３Ｃ図に示すよ
うなエネルギーサブ−スペクトルＮ　（Ｅ′）が測定さ
れる。陽極セグメントＡとＢ’　、ＢとＣ′、ＣとＤ′
、ＤとＥ′の信号を加算しくエネルギーサブースペクト
ルＮ（Ｅ′）ヲソフトさせて、エネルギーサブ−スペク
トルＮ（Ｅ）に加える）、且つこれを対応するエネルギ
の他の陽極セグメントの信号に加えることによって、点
状試料のエネルギースペクトルに最も近似する総エネル
ギースペクトルが得られる。

第４図は電気的に互いに絶縁した陽極素子６２のマトリ
ックスによって形成される陽極６０を示ず。

表面Ｐ、　Ｑ、　Ｒ，Ｓ及びＴと、Ｐ′、　Ｑ′、　　
Ｒ′Ｓ′及びＴ′上にそれぞれ位置する陽極素子からの
信号を加算することによって第３Ｂ及び第３Ｃ図に示す
ようなエネルギーザブ−スペクトルＮ（Ｅ）及びＮ　（
Ｅ’　）が得られる。スペクトルＮ（Ｅ′）をソフトさ
せると共に、表面Ｐにおける陽極素子と表面Ｑ′におけ
る陽極素子、表面ＱとＲ′上の陽極素子等からの信号を
加算することによりスペクトルＮ　（Ｅ）とＮ　（Ｅ’
　）を加算する。高感度で、分解能の低いスペクトルは
表面り及びＭ上に位置する陽極素子からの信号と、対応
するエネルギーに関連する陽極素子からの信号を加算す
るく例えば表面りとＭ′上の陽極素子からの信号を加算
する）ことによって測定することができる。

第５図は試料１０と分析器段２との間に配置される補助
電子レンズ３０を具えているエネルギー分析器を概略的
に示したものである。試料の大きさが１００　μｍであ
ると、相対的なエネルギー分解能は０．５％となり、２
００　μｍの大きさだと１％の分解能となると云うよう
になる。縮小補助電子レンズ３０を用いることによって
も有限寸法の試料に対する適切な分解能のエネルギース
ペクトルを測定することができる。試料とレンズとの間
の自由作動距離Ｙｗは補助レンズ３０がない場合の自由
作動距離よりも大きくなる。この結果、試料を動かさな
くても試料の表面を処理、例えばきれいにすることがで
きる。

第６図は第２のガラス製管状部分３２を分析器２内に位
置させたエネルギー分析器を示す。管状部分３２の外側
には酸化ルテニウムの抵抗層３４を螺旋状に設ける。管
状部分３２の内側には導電層３６を設けて、管状部分３
２の内側の空所を無電界状態にする。ｙ軸上には電子ビ
ーム３９を発生する電子銃３８を配置し、電子ビーム３
９を電子レンズ４０によって収束させて試料１０上に入
射させる。試料１０によって放出された電子はエネルギ
ーに応じて分析器段４１と４１′　とに分かれる。

【図面の簡単な説明】

第１図はエネルギー分析器を具えている装置を示す概略
図； 第２図は焦平面の外側に配置した検出器を有するエネル
ギー分析器を具えている装置を示す概略図； 第３Ａ図は陽極セグメントを有する環状陽極を示す平面
図 第３Ｂ及び第３Ｃ図は互いにシフトされている２つのエ
ネルギースペクトル特性をそれぞれ示す図； 第４図は陽極素子マ）　ＩＪフックス構成する陽極を示
す説明図 第５図は補助電子レンズの位置を示す説明図；第６図は
本発明によるエネルギー分析器の好適例を示す断面図で
ある。 ２・・・分析器段　　　　　４・・・管状部分６・・・
抵抗層　　　　　　訃・・電圧源１０・・・試料　　　
　　　　１２・・・電子入口孔１４・・電子通路　　　
　　１５・・・メツシュガーゼ１６・・・電子出口孔 ２０・・・導体 ２４・・・陽極 ３０・・・補助電子レンズ ３４・・・抵抗層 ３８・・・電子銃 ４０・・・環状陽極 ４２・・・陽極リング ４６・・・陽極セグメント ５０・・・孔 ６２・・・陽極素子 １８・・・焦平面 ２２・・・チャネルプレート ２６・・・導電性陽極リング ３２・・・第２管状部分 ３６・・・導電層 ４０′　・・・電子レンズ ４１．４１’　・・・分析器段 ４４・・・絶縁トラック ４８・・楔状陽極表面 ６０・・・陽極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、均質の一様な電界を発生させることができ、且つ入
   口孔及び出口孔を具えている分析器空所と、前記出口孔
   から出る電子を検出する検出器とを具えている低エネル
   ギー電子用のエネルギー分析器において、前記分析器空
   所を対称軸線に対して回転対称の電気絶縁管状部分によ
   って包囲し、該分析器空所の内側に前記管状部分と同軸
   の螺旋状電気抵抗層を設け、前記管状部分の両端を導体
   によって閉成したことを特徴とするエネルギー分析器。 ２、前記電気絶縁管状部分をガラス製とし、前記電気抵
   抗層を酸化ルテニウム製としたことを特徴とする請求項
   １に記載のエネルギー分析器。 ３、前記出口孔を前記管状部分と同軸の環状スリットで
   形成し、該出口孔に細かなメッシュガーゼを設け、前記
   検出器の検出入射面を、頂点が前記対称軸線上に位置す
   る真直ぐな円錐の包絡面の一部と一致する焦平面に位置
   させて、エネルギーが等しい電子に対する二次収束が前
   記焦平面にて起こるようにしたことを特徴とする請求項
   １又は２に記載のエネルギー分析器。 ４、前記検出器がチャネルプレートを具えていることを
   特徴とする請求項３に記載のエネルギー分析器。 ５、前記検出器が、前記検出入射面に位置させた第２の
   細かなメッシュガーゼを具え、該メッシュガーゼの電位
   を前記出口孔の個所における電位に等しくし、前記検出
   器と共働する増強手段を設け、該増強手段が前記管状部
   分と同軸の平坦な環状チャネルプレートを含み、該チャ
   ネルプレートの電位を前記第２の細かなメッシュガーゼ
   の電位よりも高くし、前記エネルギー分析器に前記増強
   手段と共働する陽極も設けたことを特徴とする請求項３
   に記載のエネルギー分析器。 ６、前記陽極を前記管状部分と同軸で、しかも互いに電
   気的に絶縁した多数の金属リングを具えている電気絶縁
   基板で形成したことを特徴とする請求項５に記載のエネ
   ルギー分析器。 ７、前記出口孔を前記管状部分と同軸の環状スリットに
   より形成し、前記検出器が前記出口孔に対向して配置し
   た環状の平坦なチャネルプレートを具え、該チャネルプ
   レートを前記出口孔と同軸とし、前記エネルギー分析器
   に陽極を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載
   のエネルギー分析器。 ８、前記陽極を、互いに電気的に絶縁した多数の陽極リ
   ングで構成し、これらの陽極リングを２つづつ導電接続
   したことを特徴とする請求項７に記載のエネルギー分析
   器。 ９、前記陽極リングを、互いに電気的に絶縁したセグメ
   ントで形成したことを特徴とする請求項６又は８に記載
   のエネルギー分析器。 １０、前記陽極を、互いに電気的に絶縁した陽極素子の
   マトリックスで構成したことを特徴とする請求項５又は
   ７に記載のエネルギー分析器。 １１、前記分析器が前記入口孔と共働する縮小補助電子
   レンズを具えていることを特徴とする請求項１〜１０の
   いずれかに記載のエネルギー分析器。 １２、前記補助電子レンズを回転対称のガラス製管状部
   分で構成し、該管状部分の内側にそれと同軸で、しかも
   酸化ルテニウム製の螺旋状電気抵抗層を設けたことを特
   徴とする請求項１１に記載のエネルギー分析器。 １３、前記管状部分の内部にそれと同軸の第２の電気絶
   縁管状部分を設け、該第２管状部分の外側にそれと同軸
   の螺旋状電気抵抗層を設け、前記第２管状部分の内側に
   導電層を設けて、前記第２管状部分内の空所をほぼ無電
   界状態としたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれ
   かに記載のエネルギー分析器。 １４、前記管状部分の内側にそれと同軸の第２の電気絶
   縁管状部分を設け、該第２管状部分の外側及び内側に該
   管状部分と同軸で、しかも酸化ルテニウム製の螺旋状の
   電気抵抗層を設け、該第２管状部分に電子収束効果を持
   たせたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記
   載のエネルギー分析器。 １５、請求項１〜１４のいずれかに記載のエネルギー分
   析器を具えていることを特徴とする低エネルギー電子用
   のスペクトロメータ。 １６、請求項９〜１０に記載のエネルギー分析器を具え
   ていると共に陽極部から出る信号を同時に検出して、同
   じエネルギーに相当する信号を加算することによってエ
   ネルギースペクトルを求める装置も具えていることを特
   徴とする低エネルギー電子用のスペクトロメータ。