JPH02201857A - 球面型荷電粒子アナライザ - 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） 本発明は試料から放出される荷電粒子の運動のエネルギ
ーおよび方向分布を測定することにより、試料の組成、
構造酸は電子状態等を調査する装置に関し、特に試料か
ら放射される荷電粒子のエネルギー分布或は注目するエ
ネルギーの粒子の試料面から放出される方向分布を２次
元的に測定するのに適した装置に関する。

（従来の技術） 従来、試料から放出される荷電粒子のエネルギーを分析
するには、ある適宜の方向の小さな立体角内に放出され
る粒子についてエネルギーを測定して、その方向に放出
される粒子エネルギー゛分布を調べる方法が一般に用い
られており、放出粒子のエネルギーの角度分布を調べる
場合は、上記した小室角内の粒子のエネルギー分析装置
を、試料の粒子放射点を中心とする球面上で１次元的或
は２次元的に移動させ、上記球面を多くの画素域に区分
して各画素毎に測定すると云う方法をとっている。この
方法によるときは、一つの方向の画素における成る値の
エネルギー粒子の放射強度を統計的なゆらぎが平均化さ
れるだけの時間をかけて測定し、その後隅の画素に１５
ける測定に移るので広い立体角内に放射される粒子のエ
ネルギーの方向分布測定には大変な時間を要していた。

このため、試料から放出される荷電粒子のエネルギー分
析を行う装置で、簡単な構造で大きな立体角内に放出さ
れる荷電粒子のエネルギーの方向分布が一度に測定でき
る荷電粒子アナライザーが本件発明者等によって、特願
昭６１−２７１５４５号によって提案された。今上記提
案の荷電粒子アナライザの詳細については上記出願の明
細書に譲り、こ＼にはその構造１作用を本願発明の一実
施例を示す第１図を借りて簡単に説明する。この図で１
は０点を中心とする球面グリッドで、その外側にグリッ
ド１と同心的に球面の電極２を配置し、グリッド１の内
側で同グリッドの球面中心より離れた位置に試料Ｓを置
き、グリッド１の中心に関して試料Ｓの励起線照射点と
対称の位置に開口Ａを有する遮蔽板３を配置し、この遮
蔽板のグリッド１等と反対側の空間に開口Ａに対向させ
て荷電粒子に対する２次元的な検出手段４を配置したも
のである。グリッド１と電極２との間には適当な電圧を
印加し、グリッド１の下方空間は無電界としである。全
試料Ｓに適当な方法で励起線を照射すると、試料から荷
電粒子が放出される。放出された荷電粒子はグリッド１
の下の空間では直線運動を行って試料の励起線照射点か
ら発散するが、グリッド１と電極２との間の空間に入る
と、０点を焦点とする楕円軌道を画き、成る程度以上高
いエネルギーの荷電粒子は電極２に当って除去され、そ
れより低エネルギーの荷電粒子はグリッド１の下の空間
に戻って来る。このとき、グリッド１と電極２との間に
印加しである電圧によって決まる特定のエネルギーを持
った荷電粒子は試料からの放射方向と平行の方向で開口
Ａを通過する。従って開口Ａを通過した荷電粒子は全て
同じエネルギーを持っており、その方向分布はその粒子
の試料面から放出されたときの方向分布と一致している
。そこで２次元的な検出手段４の出力映像は試料から放
出される特定エネルギーの荷電粒子の方向分布を示すこ
とになる。こ＼で特定エネルギーはグリッド１と電極２
との間に印加する電圧により選択される。

上述した装置によるときは、試料面の被励起点から放射
される荷電粒子のうち特定エネルギーの粒子の方向分布
が一度に測定できる。

上述した所から明らかなように、グリッド１と電極２と
はローパスフィルタを構成しているのではない。即ち本
発明の構成では、エネルギーフィルタのように成るエネ
ルギーＥｃを境にしてそれより高いエネルギーの粒子は
全て電極２に入射し、Ｅｃより低いエネルギーの粒子だ
けが反射してくるというような機能を持ったものではな
く、ある特定エネルギーの粒子だけが、開口Ａに集まり
これを通過するが、その他のエネルギーの粒子は遮蔽板
３上に分散して開口Ａを通過できないという機能でエネ
ルギーの選別が行われるのである。

エネルギー分解能は、試料上の電子が出る位置と開口部
の位置およびそれらの大きさに依存する。計算器による
シミュレーションにより色々なエネルギーの粒子の開口
Ａ透過率を上記特定エネルギーＥｏに対するエネルギー
のずれ（ΔＥ／ＥＯ）の関数として求めた結果を第６図
に示す。図中の数字は、試料Ｓおよび開口Ａの中心０か
らの距離ｓとグリッド１の半径ａとの比の１０倍（１０
×ｓ／ａ）である。Ｓ　／　ａが小さいときにはローパ
スフィルターの形になっているが、ｓ／ａが０．５を越
えると対称な形になる。試料及び開口部を中心から遠ざ
けるに従って透過率の半値幅が狭くなり、開口部の大き
さ力（ａの１％でＳ　／　ａ　＝０．９のときに分解能
が１％程度になり、通常の分光器と同程度となる。

この分光器の欠点としては、分解能が荷電粒子の試料面
からの出射角に対して一様でないことが挙げられる。即
ち、全出射角を合わせた透過率は第５図のようになって
いるが、個々の出射角ではそれよりも良い所も悪い所も
あり、特にα＝９０゜付近で最も悪くなる。この様子を
図示したのが第４図点線である。

第４図において、横軸は出射角αであり、縦軸は、分析
したいエネルギー（Ｅｏ）からのずれを％で表わしてい
る。図中の線は、エネルギーＥＯの粒子の透過率を１と
した時に、透過率が１／２になる粒子のエネルギーを表
わしている。αが９０°〜１８０°の範囲については、
α＝９０°に対してほぼ対称なので０〜９０”の範囲の
み示した。図中の破線が上述提案によるものであり、α
が９０°付近で、高エネルギー側も低エネルギー側も分
解能が非常に悪くなっているのがわかる。実際に実験を
してみると、この付近ではＳ／Ｎが悪くなっていて、像
の観察が困難である。第６図すにおいて左右の裾がなか
なか０にならないのもこの付近の影響である。

第４図で矢印Ａより低角では、粒子軌跡が外球に衝突し
てしまうので高エネルギー側の分解能が良くなっている
。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上述した特願昭５１−２７１５４５号により提
案された荷電粒子アナライザの改良に関し、同提案装置
における荷電粒子の試料面からの放射方向によるエネル
ギー分解能の不同を解消し、全方向について高エネルギ
ー分解能を得られるようにしようとするものである。

（課題を解決するための手段） 第１図に示すように球状のグリッド１の外側に、このグ
リッドと同心に球状電極２を配置し、上記グリッドの内
側でグリッドの縁線に近い位置に荷電粒子放射点を設け
、グリッドの球面中心と上記粒子放射点とを含む平面上
に遮蔽板３を配置し、上記グリッドの球面中心に関して
、上記粒子放射点と対称の位置において上記遮蔽板に開
口Ａを設け、この遮蔽板の上記グリッドとは反対の側に
おいて、同開口中心を中心として球状のグリッドを配置
し、このグリッドにより荷電粒子エネルギーハイパスフ
ィルターを構成し、これらのグリッドの外側に荷電粒子
検出手段４を配置すると共に、上記球状電極の球中心を
通り試料面の粒子放射点と上記開口中心とを結ぶ直線に
垂直な赤道面に平行に上記球状電極の内側に障碍リング
１０を突設した。

（作用） 第１図に示す上述荷電粒子アナライザで、試料の粒子放
射点から放出され開口Ａに集中される特定エネルギーの
粒子の軌道の包絡面は球状電極２の中心０を中心とする
球面ではなく、０点の真上の方向が球面より低い形にな
っており、上記特定エネルギーより高いエネルギーを持
った粒子の軌道はこの包絡面より上に出ている。今試料
面から垂直上方に放出され、開口へを遮蔽板に対して垂
直に下方に通過する粒子を考えると、第４図に点線で示
すようにこの方向の粒子に対してエネルギー分解能が最
も低いのであるが、所定エネルギーより高いエネルギー
を持った粒子は障碍リング１０に当って軌道が遮られる
ので、開口Ａを通過できない。また開口Ａの下側に配置
された球状グ」ラドのバイパスフィルタの遮断エネルギ
ーを上記特定エネルギーのわづか下に設定しておけば、
上記障碍リングでは除去できない特定エネルギー以下の
エネルギー粒子を除（ことができ、この方向のエネルギ
ー分解能を高め、全方向に対して−様なエネルギー分解
能とすることができる。

（実施例） 第１図に本発明の一実施例を示す。グリッド１と電極２
とは０を共通中心とする同心球面であり、この実施例で
はグリッドの半径に対して電極の半径は２倍である。原
理的に、は電極２０半径をグリッド半径の２倍にしてお
けば試料から立体角２πステラジアン（半球面全体）の
範囲を一度に測定することができる。要求される立体角
がさ稈大きくないときは電極半径はグリッド半径の２倍
より小さくてもよい。５はグリッド１と電極２の夫々の
縁の間に設けられた同心円状のガードリングで、抵抗６
に図のように接続されており、抵抗６の一端はグリッド
１に接続されると共に接地されており、他端は電極２に
接続されると共に電源７の負極側に接続されており、ガ
ードリング５によってグリッド１と電極２間の電界がグ
リッド及び電極２の縁で乱れるのを防いでいる。３は半
球形のグリッド１の底面に位置する遮蔽板で導体で作ら
れており、これも接地されている。上の構成で電源７の
出力電圧を変えることで検出される荷電粒子のエネルギ
ー走査が行われる。遮蔽板３には中心０からグリッドの
半径より稍小さい距離だけ離れた所に試料Ｓをセットす
る窓Ｗが設けられて、Ｏを中心にしてＷと対称の位置に
開口Ａが穿たれている。ｈＬ、ｈ２はグリッド１及び球
面電極２に穿たれた小孔で、この小孔を通して試料Ｓを
励起する励起［ＩＪえばＸＩが試料面に入射せしめられ
る。１１はグリッド１と遮蔽板３との間の空間に配置さ
れ試料Ｓに電子ビームを照射するための電子銃で、試料
はＸ線、電子線筒れによっても励起することができる。

４は遮蔽板３の下方で開口Ａに対向して配置された２次
元的な粒子検出器でマイクロチャンネルプレートと、蛍
光板とを重ねたものであり、蛍光板から発せられる光は
複数の光電子増倍管Ｐｈで検出され、その出力がコンピ
ュータＣｐで演算処理されて蛍光板上の発光点の位置が
算出される□。この位置を２次元的に記録することによ
り、試料から放出される荷電粒子中電極２とグリッド１
間に印加された電圧により定まる特性エネルギーの粒子
の方向分布が表現される。８．８１，９．９１は開口Ａ
と検出器４との間において、開口への中心を球心とする
同心４１球状グリッドで、一番内側のグリッド８は遮蔽
板３と同電位とし、次の８１と９は検出しようとするエ
ネルギーの粒子に対する阻止電圧よりわづか低い電圧を
かけて、検出しようとするエネルギーより低エネルギー
の粒子を阻止し、最外側の９１には加速電圧を印加して
、検出器４に入射する粒子を加速するようにしである。

１０は障碍リングで、球状電極２の中心０点を通り、図
の紙面に垂直な赤道面に配置されたリング状の板であり
、電極２とは絶縁され、内周縁におけるグリッド１と電
極２との間の正常電位分布における電位と同じ電位が与
えである。このため、障碍リングが電極２を貫通してい
る付近の電界は乱れているが、電極２内電界の全体的な
乱れはなく、荷電粒子軌道はこのリング１０　がないと
きと変らず、試料面から垂直に放射された荷電粒子中、
特定エネルギーより高エネルギーの粒子がこのリングに
より阻止される。

第１図に示すような軌道を画いて開口へに集中する荷電
粒子の軌道の形は特定エネルギーをどのように設定して
も同じであり、従って、障碍リング１０の内径は固定し
ておいてよく、電極２に印加する電圧に比例させて印加
電圧を変化させればよい。

第２図は障碍リング１０のより効果的な形を示し、電極
２の中心０に対して２αの角を張る球帯形としたもので
ある。第４図はこの形の障碍リングを用いたときの粒子
の放射方向によるエネルギー分解能を示したもので、中
心Ｏから開口Ａまでの距ｆｉｓに対しグリッド１の半径
ａを１．５倍（ｓ／ａ＝２／３）とし、ｒ＝１．７６１
３ａ。

α＝１０．９２’とした場合である。点線は障碍Ｊング
１０がないときの分解能を示す。この例の場合、８０°
　（垂直より１０”傾いた方向）付近に分解能の極大点
が現われて、分解能の一様性に少し問題がある。この分
解能極大は障碍リング１０の縁の部分の効果である。

このような問題を解決するためには、第３図のように半
径ｒの少しずつ異するリングをた（さん用いれば良い。

第５図では６個の障碍リングを用いて分解能をほぼ−様
にした例を示す。ここでは±０．５％の分解能を得るた
めにｓ／ａ＝０．７９とし、（ｒ、α）の値として（１
，６２２２ａ、２°）、（１，６３０２６，６°）、（
１゜６４３８６．１０”　）、（１，６６２５５ａ、１
４°＞、（１，６８１，７３ａ、１８°）、（１゜７０
３８９．２２°）を用いた。これにより、第４図の大き
な凹みはなくなり、小さな６個の凹みとなってほぼ−様
な分解能が得られることがわかる。

上述説明は試料から放射される特定エネルギーの荷電粒
子の方向分布測定について行ったが、本発明装置が試料
から特定方向に放出される荷電粒子のエネルギー分布の
測定、或は全放射粒子の工ネルギー分４１測定等にも用
い得るものであることは云うまでもない。

（発明の効果） 本発明によれば、簡単な構造で、全ての方向にわたって
エネルギー分解能が一様で、かつ良好な荷電粒子エネル
ギー分析装置が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例装置の要部縦断側面図、第２
図は障碍リングの他の一例の断面図、第３図は障碍リン
グの更に他の一例の断面図、第４図は第２図の障碍リン
グを用いた場合の放射方向とエネルギー分解能との関係
のグラフ、第５図は第３図の障碍リングを用いた場合の
放射方向とエネルギー分解能との関係グラフ、第６図は
全体のエネルギー分解能のグラフである。 １・・・グリッド、２・・・球面電極、３・・・遮蔽板
、４・・・荷電粒子検出器、５・・・ガードリング、８
，８１．９，９Ｉ・・・バイパスフィルタを構成するグ
リッド、１０・・・障碍リング、】１・・・電子銃、Ｓ
・・・試料、Ａ・・・開口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 球状のグリッドの外側に、このグリッドと同心に球状電
   極２を配置し、上記グリッドの内側でグリッドの縁線に
   近い位置に荷電粒子放射点を設け、グリッドの球面中心
   と上記粒子放射点とを含む平面上に遮蔽板を配置し、上
   記グリッドの球面中心に関して、上記粒子放射点と対称
   の位置において上記遮蔽板に開口を設け、この遮蔽板の
   上記グリッドとは反対の側において、同開口中心を中心
   として球状のグリッドを配置し、このグリッドにより荷
   電粒子エネルギーハイパスフィルターを構成し、このグ
   リッドの外側に荷電粒子検出手段を配置すると共に、上
   記球状電極の球中心を通り試料面の粒子放射点と上記開
   口中心とを結ぶ直線に垂直な赤道面に平行させて上記球
   状電極の内側に障碍リングを突設したことを特徴とする
   球面型荷電粒子アナライザ。