JPH0226183B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、帯電粒子分光学に、より詳細には
限定的ではないが電子分光学特にオージエ電子分
光学に用いる改良された二次電子分光装置に関す
る。

（従来の技術） 電子分光学に用いられる電子分光装置には、電
子源、例えば電子銃からの電子でボンバード（衝
撃）あるいは照射を受けた後に被検物質から放出
される電子が用いられる。本発明の技法は特にオ
ージエ電子分光学（Auger electron
spectroscopy）として知られる分光学を対象とし
ている。このような形式の分光技法においては、
ターゲツト試料物質は通常約10^-7Torr以下の真
空中におかれる。電子源例えば電子銃からの電子
の衝撃を受けた試料は各種の放出を示す。これら
の中にはＸ線、２次電子および電子源から反射さ
れた一次電子が含まれる。更に試料は文献により
すでに知られているように、特別の種類の二次電
子であるオージエ電子を放出する。

電子分光学の分野では円筒ミラーアナライザー
を用いる装置形態は公知である。

この装置形態においては異なる電位に保たれた
１対の同軸的に取付けた電極の間に生ずる放射電
界中に電子を投入することにより、試料物質から
放出された二次電子のエネルギーおよびエネルギ
ースペクトルが分析される。円筒形電極の間の放
射電界中に投入された二次電子は、その電界によ
り両方の電極の共通軸線の方に偏向される。それ
により所定エネルギーの電子が焦点を合わせるこ
とになる。この焦点位置に収束位置を位置させる
と所定エネルギーの電子が選択され検出される。
円筒形電極を横切つて印加された電圧をある範囲
の電圧値にわたつてスイープし、印加電圧の関数
として集束電子を検出することにより、注入され
た電子のエネルギースペクトルをプロツトして決
定することができる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の分光計はアナライザーの軸線上に収集ア
パーチヤを有するコレクタ、即ち電子を集束する
集束装置を使用している。

また磁気レンズは同じ焦点距離および口径に対
して色収差や球面収差を有することが知られてお
り、かつ高い電圧で作動させる必要があつた。

このため、磁気レンズが装置の軸上に配置され
る円筒ミラーアナライザー（CMA）を使用する
と、第６図および第７図に示すように磁気レンズ
（ML）の磁界の影響で電子（Ｅ）は軸から離れ
てらせん状の軌道を通過する。このため、アナラ
イザーの軸線の近傍を通る電子のみしか収集アパ
ーチヤ（Ｃ）に集めることができないという問題
点があつた。そのため電子経路に影響する同軸型
の磁気レンズは従来の装置形態においては使用で
きなかつた。

このような事情に鑑みて、本発明は磁気レンズ
を含む円筒ミラーアナライザーにおいて電子経路
での磁気的影響を軽減するとともに二次電子をよ
り多く確実に集束させる二次電子分光装置を提供
することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は特許請求の
範囲第１項前文に記載の磁気レンズを含む二次電
子分光装置において、 前記ハウジングがその中に一次電子ビームを包
囲する管形式のシールド手段を備えるとともに前
記検出器がこのシールド手段を包囲する電子受容
表面を備え、 前記シールド手段と検出器が各々共通軸線に関
して同軸に配置される中空シリンダであり、 さらに前記ハウジングは、開口端を有し、この
開口端と対面して環状ギヤツプを形成する端部カ
バーを備えるとともに、前記環状ギヤツプの開口
部を前記共通軸線から離れた位置に形成し、しか
も前記端部カバーとハウジングを相対的に移動し
て前記環状ギヤツプの開口幅を変化させる作動手
段を備えてなることを特徴としている。

（作 用） 上記のように構成したことから、電子源からの
照射ビームにより試料から放射される二次電子は
これを選択する複数の窓を介して一対の円筒電極
間の通路中を放物線軌道を描いて流入脱出するよ
うになつている。

しかし、これらの電子は第８図および第９図に
示すように対物磁気レンズ（ML）の影響で軸か
ら離れて軸方向へらせん状の軌道を描くように通
過する。

本発明では検出器の電子受容表面がシールド手
段を包囲するとともにシールド手段と検出器が同
軸の中空シリンダで形成されることから共通軸線
に沿つてその表面を広くとれ、これに対応して環
状ギヤツプの開口幅を広く、かつ共通軸線から離
れた位置に開口部を形成することが可能となり、
二次電子が磁気的に影響を受けてその軌道を変え
ても十分検出器にこれらの電子を受け入れること
ができる。

また、比較的低エネルギーの電子は電極間のビ
ーム偏向によりすみやかに下降しないが、これら
の二次電子も上記構成により検出器に受け入れ可
能となる。

よつて本発明の装置は二次電子をより多く確実
に集束させることができる。

（実施例） 次に図面に示した実施例を参照して本発明を一
層詳細に説明する。

第１ｂ図に示した本発明の好ましい実施例によ
るオージエ型の分光計は、１対の同軸円筒状金属
電極１１，１２を具えている。電極１１，１２は
相互に電気的に絶縁されており、作動時には外側
円筒電極１２は内側円筒電極１１に対して異なる
電位に保持され、かくして半径方向に指向する電
界が電極１１，１２の間に形成され、一対の電極
間に生ずる電界中に前記試料から発生する二次電
子の選択用窓となる環状アパーチユア２３，２４
が形成されるようになつている。内側の電極１１
は接地することが望ましい。概略的に表わしたタ
ーゲツト試料あるいは被検試料１３は、分光計の
中心軸線であつて分光計の他の構成部材がそれに
沿つて取付けられる共通軸線でもある共通軸線２
−２上に図示のように取付けられている。

同軸型アナライザーである分光計の操作時には
試料１３は電子源１４からの電子ビームによる衝
撃すなわち照射を受け、二次電子であるオージエ
電子を放出する。試料１３により放出される電子
のエネルギーは、試料１３の化学的構造と衝撃を
与える電子の性質とによつて定められる。電子源
１４に発する電子照射ビームは一つの共通の軸線
２−２により分光計を軸方向に通過して試料１３
に到達する。電子は、電子源１４から分光装置を
通り試料１３の方に移動する際に、電磁コンデン
サレンズ１６，１８および電磁対物レンズ２０を
通過する。また電子は軸線２−２を中心に電子流
を通過させるように軸方向に配設している検出器
２２の中心も通過する。軸線２−２の回りに軸方
向に配設してある分光計の他の構成部材も、図面
から明らかなように、電子流がそれらを通過でき
るように設計されている。

試料１３から放出された二次電子は、電極１
１，１２の間の破線で示した経路によつて分光計
のアナライザー部分を通過する。電子はこの実施
例では内側円筒電極１１に形成された電子の入口
側にある環状アパーチユア２３を通過する。環状
アパーチユア２３は内側円筒電極１１とは別の部
材に形成してもよい。環状アパーチユア２３は放
出された二次電子を分光計の同軸アナライザー部
分の内側円筒電極１１と外側円筒電極１２との間
の領域に進入させる役目をする。環状アパーチユ
ア２３を通過した二次電子は電極１１，１２の間
の放射電界に入り、その放射電界によつて分光計
のアナライザー部分の軸線２−２の方向に偏向さ
れる。このように偏向された電子は電極１１の電
子出口側にある環状アパーチユア２４を通過す
る。環状アパーチユア２３，２４は当該技術にお
いて周知のように金属製メツシユあるいは網によ
り覆うことが望ましい。同軸円筒アナライザー部
分（本明細書において円筒ミラーアナライザー部
分とも呼ばれている）の電子光学的設計は、所定
エネルギーの電子が放射電界の強さに依存して、
アナライザー部分について半径方向の平面（複
数）内において移動し、軸線２−２から所定の距
離だけずれた位置にある環状ギヤツプ２６のとこ
ろの焦点に到達するように行われている。この環
状ギヤツプ２６は電子を集める集束装置となる上
述した検出器２２に形成されている。環状ギヤツ
プ２６を通過した電子は検出器２２に入り、この
検出器２２は、それが電子を受取る割合に比例す
る出力信号を発生する。検出器２２は電子増倍管
３０（第２図参照）の第１ダイノード２８を備え
ている。電子増倍管３０は当該技術において周知
の標準的な方法で検出器２２に連結されている。
この実施例では帯電粒子に応答する材料例えば銅
−ベリリウム製の第１ダイノード２８（検出バン
ド）は、後述するシールド手段を包囲する検出器
の電子受容表面を形成する。この受容表面はハウ
ジング３２内の検出器２２上に設けられ、環状ギ
ヤツプ２６に入る全ての電子を衝突により受けい
れる。この種の材料は、電子の衝突に応答して付
加的な電子を放出し、帯電粒子流を増幅する。チ
ヤンネルプレート型増倍管のような他の形式の装
置をダイノード２８の代りに使用してもよい。

電磁コンデンサレンズ１６，１８および電磁対
物レンズ２０は当該技術において既知の種類のも
のとする。電磁対物レンズ２０は電磁コイル２１
および磁気シールド２５，２７，２９を具えてい
る。コイル２１により生じた磁束は磁気空〓３１
に位置され、電磁対物レンズ２０を通過する帯電
粒子流を被検試料１３に焦点を合わせる。磁気空
〓３１はモリブデンのような非磁気材料の本体か
ら成つている。電磁対物レンズ２０は試料１３を
帯電粒子流により走査するための１組の静電偏向
板３３を具えている。

電磁コンデンサレンズ１６，１８も大体におい
て電磁対物レンズ２０と同様の構成を有し、コイ
ル３５、シールド３７，３９，４１および磁気空
〓本体４３を具えている。電磁コンデンサレンズ
１６，１８は帯電粒子流を集束させる作用をす
る。電磁コンデンサレンズ１６，１８および電磁
対物レンズ２０は、ニユーヨークのペルグマンプ
レス（Pergamon Press）発行による、ピー・ガ
リベツト（Ｐ・Grivet）著「エレクトロン・オプ
テイツクス（Electron optics）」、1965年、231頁
および475頁に記載されている種類のものでよい。

上述したように、帯電粒子の検出手段である検
出器２２は軸線２−２から離れた位置にある環状
ギヤツプ２６から帯電粒子を受けいれる。そして
ダイノード２８は検出器のハウジング３２の内部
において分光装置の軸線２−２の回りに配設され
ている。またハウジング３２は上述したように放
出された二次電子を受けいれるための環状ギヤツ
プ２６を具えている。この環状ギヤツプ２６の幅
あるいは大きさは可変であり、端部カバーとなる
端部キヤツプ３６により閉止したり、またいろい
ろの大きさに開放したりできるギヤツプを有する
ようになつている。

端部キヤツプ３６は共通軸線に対して直角に配
置されシールド手段としての中空軸３８により支
持されている。この中空軸は検出器２２の一部を
構成する中空シリンダの支持体４０と共通軸線２
−２に関して同軸に配置され、この中空シリンダ
中を往復運動するように設けられている。シール
ド手段は一次電子ビームを包囲する管形式となり
中空軸３８内を一次電子が通過する、一方、ハウ
ジング３２中に配設したバネ４２は中空軸３８の
先端を押圧してこの軸３８をハウジング３２の開
放端４４から外方に押し出す。このため環状ギヤ
ツプ３６は常開でバネ圧で設定された開口幅を有
している。中空軸３８は他端側で端部カバー３６
を越えて突出し、その突出端部はアナライザーの
ほぼ中央で軸方向に配設した円筒形の支持体４６
中に受け止められて支持される。これにより電子
流から検出器２２に電子が漏れるのを防止すると
共に、開口幅が調節できるようになる。中空軸３
８および支持体４０，４６はもちろん軸線２−２
の回りに管状になつており、電子源１４から試料
１３に電子が通過できるようになつている。

中空軸３８の環状カム面４８はヨーク５２によ
り支持したカムピンあるいは軸受５０ａ，５０ｂ
に当接している。ヨーク５２は第２図と第３図に
符号５４で表わしたように分光計の内部にヒンジ
止めされている。ヨーク５２の他端５６にはピボ
ツト５４の回りにヨーク５２を回動させるための
作動部材が接触しており、カムピンあるいは軸受
５０ａ，５０ｂはそれにより軸方向に移動して中
空軸３８と端部キヤツプ３６をハウジング３２の
方向に押付けている。ヨーク５２の他端５６に接
触している作動手段は、第２図に示すように、分
光計にピボツト６２止めしたベルクランク６０に
取付けたレバーアームないし押動ロツド５５であ
る。別のレバーアームないし押動ロツド６４は、
ベルクランク６０に図示のように取付けてあり、
ネジ装置６６により作動してベルクランク６０を
回動させ、レバーアーム５５に軸方向運動を与
え、ヨーク５２をピボツト５４の回りに回動させ
て端部キヤツプ３６の位置を調節するようになつ
ている。

上記の調整装置のため環状ギヤツプ２６は閉止
位置からいろいろの開度の開放位置に調節でき
る。所望の際は、端部キヤツプ３６を固定してハ
ウジング３２を移動させても同じ効果が得られ
る。このような装置形態も本発明の範囲に包含さ
れる。

電子源１４は六ホウ化ランタンあるいはタング
ステンのような適当な材料製のフイラメント組立
体７０および陽極組立体７２を具えている。ピン
７４（第１ａ図参照）はフイラメントに連結して
あり、ソケツトに挿入されるようになつている。
そのソケツトにはフイラメントを加熱するための
電力が当該技術において周知のように供給され
る。陽極組立体７２はフイラメント組立体７０か
らの電子ビームを分光装置の軸線２−２に沿つて
加速する。６７は電子源１４の心合せを調節する
ためのマイクロメータ装置である。

本発明による分光装置の電磁対物レンズ２０に
は可変軸方向アパーチユア手段７４（第１ｂ図参
照）を具えてもよい。このアパーチユア手段７４
は、米国特許第4048489に示されたタイプのもの
が好ましい。可変軸方向アパーチユア手段７４は
回転制御機構７６を具えている。回転制御機構７
６は、当該技術において周知のように、歯車８０
の回動により歯車７８を回動させ、それにより可
動アーム８２を用いて扇形歯車８４（第４図参
照）およびそれと噛合う歯車８６に回動を伝達
し、歯車８６から回動アーム８８に回動を伝達す
るように構成されている。回動アーム８８は第１
ｂ図に示すように電磁対物レンズ２０中に延長し
て可変アパーチユア板９０と連結される。可変ア
パーチユア板９０は大きさの異なる３個のアパー
チユア９２，９４，９６（第５図参照）を具えて
おり、各々のアパーチユア９２，９４，９６は選
択的に軸線２−２上に軸方向に位置されるように
なつている。この種の制御機構は、米国カリフオ
ルニア州、マウンテン・ビユー所在、ウルテツク
社からモデルNo.Ａ−77036として市販されている。

以上説明したことから本発明による分光装置の
各構成部材の配列には多くの利点がある。例えば
分光計の偏向系統と電磁対物レンズのみをアナラ
イザーの内部に設ければよく、残りの構成部材例
えば電磁コンデンサレンズおよび電子銃は円筒ミ
ラーアナライザー部分の後方に位置させてもよ
い。円筒ミラーアナライザーの後方に電磁コンデ
ンサレンズを配設するとアナライザー内部の磁界
が減少する。又余分のスペースが得られ、分光計
中の焦点距離が一層長くなる。電子源あるいは電
子銃を分光計の後方に配設すると、交換のためフ
イラメントに近附き易くなり、それにより操作者
は明るさを増すためより高温でフイラメントを燃
焼させるべきか否かについて選択できる。こうし
た操作はより頻繁なフイラメント交換を必要とす
るが、本発明の装置形態によれば、従来技術によ
つた場合に比べてフイラメント交換がきわめて便
利に行われる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は中空シリンダでな
る検出器の二次電子受容表面が一次電子を通過さ
せるシールド手段を包囲し、しかも検出器に二次
電子を受け入れる環状ギヤツプがその共通軸線か
ら離れた位置に開口部を有するとともにその開口
幅を可変できるようにしたので、磁気的影響によ
り共通軸線からそれて偏向する二次電子も確実に
検出器に集束することが可能となり測定精度の安
定化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は本発明による磁気的
にシールドされた電磁対物レンズ、軸線からずれ
た位置に設けた可変アパーチユア、電子検出装置
その他の構成部材を具えた円筒ミラーオージエ型
の分光計の縦断面図、第２図は第１ｂ図の２−２
線に沿つて切断して分光計の両端を除くその中心
部分のみを示した断面図、第３図は第１ｂ図の３
−３線断面図、第４図は第１ｂ図の４−４線断面
図、第５図は第１ｂ図の５−５線断面図である。
第６図は従来の標準型円筒ミラーアナライザーに
おける電子の軌道を示す側面図、第７図は第６図
における装置の軸断面図、第８図は本発明に係る
環状ギヤツプを設けた円筒ミラーアナライザーに
おける電子の軌道を示す側面図、第９図は第８図
における装置の軸断面図である。 ２−２……軸線、１３……被検試料、１６，１
８……電磁コンデンサレンズ、２０……電磁対物
レンズ、２２……検出器、２４，２４……環状ア
パーチユア（窓）、２６……環状ギヤツプ、３２
……ハウジング、３６……端部カバー、３８……
中空軸（シールド手段）、５５，６４……レバー
アーム又は応動ロツド（作動手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １つの共通軸線に沿つて指向する一次電子ビ
   ームを発生する電子源と、内側円筒電極および外
   側円筒電極を備えるとともに二次電子を選択する
   複数の窓を備える円筒アナライザーと、該アナラ
   イザーの内側電極内に配置され一次電子ビームを
   試料上に指向する磁気レンズを含む電子光学手段
   と、前記共通軸線に関して同心的に配置され前記
   アナライザーによつて選択された電子を受け入れ
   る環状ギヤツプを備えたハウジングと、このハウ
   ジング内に配置されハウジングに入る二次電子を
   検出する検出器とを含み、これらの構成要素が
   各々前記共通軸線に沿つて配置されてなる二次電
   子分光装置において、 前記ハウジングがその中に一次電子ビームを包
   囲する管形式のシールド手段を備えるとともに前
   記検出器がこのシールド手段を包囲する電子受容
   表面を備え、 前記シールド手段と検出器が各々共通軸線に関
   して同軸に配置される中空シリンダであり、 さらに前記ハウジングは、開口端を有し、この
   開口端と対面して環状ギヤツプを形成する端部カ
   バーを備えるとともに、前記環状ギヤツプの開口
   部を前記共通軸線から離れた位置に形成し、しか
   も前記端部カバーとハウジングを相対的に移動し
   て前記環状ギヤツプの開口幅を変化させる作動手
   段を備えてなる分光装置。 ２ 検出器は、シールド手段の回りの環状周面を
   形成するバンドでなり、ハウジングに入る電子に
   応答する物質を含んでいることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 検出器は電子増倍管の第１ダイノードである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の装置。 ４ 端部カバーが共通軸線に対して直角に配置さ
   れる端部キヤツプとして構成されている特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ５ 作動手段はシールド効果を増加する中空軸３
   ８を含み、該中空軸３８は端部カバー３６に固定
   され軸方向に変位可能となるようにシールド手段
   に支持されている特許請求の範囲第１項または第
   ４項記載の装置。 ６ 中空軸３８はハウジング３２の端部カバー３
   ６を越えて突出し、その突出端部はアナライザー
   のほぼ中央で軸方向に配置される支持体に受け止
   められている特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７ ばね手段４２が端部カバー３６をハウジング
   ３２の開口端から離れるように付勢している特許
   請求の範囲第４項ないし第６項のいずれかに記載
   の装置。