JPH0421307B2 - - Google Patents

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、構造或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
た小立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つて
いる。この方法によるときは、一つの方向の画素
における或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、その後隣の画素にお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
本件発明者等によつて、特願昭61−271545号によ
つて提案された。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、
こゝにはその構造、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Ｏ点を中心とする球面グリツドで、その外側に
グリツド１と同心的に球面の電極２を配置し、グ
リツド１の内側で同グリツドの球面中心より離れ
た位置に試料Ｓを置き、グリツド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、この遮蔽板のグリツド
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。グリツド１と電極２との間には適当な電
圧を印加し、グリツド１の下方空間は無電界とし
てある。今試料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
た荷電粒子はグリツド１の下の空間では直線運動
を行つて試料の励起線照射点から発散するが、グ
リツド１と電極２との間の空間に入ると、Ｏ点を
焦点とする楕円軌道を画き、或る程度以上高いエ
ネルギーの荷電粒子は電極２に当つて除去され、
それより低エネルギーの荷電粒子はグリツド１の
下の空間に戻つて来る。このとき、グリツド１と
電極２との間に印加してある電圧によつて決まる
特定のエネルギーを持つ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。従つ
て開口Ａを通過した荷電粒子は全て同じエネルギ
ーを持つており、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。こゝで特定エネルギー
はグリツド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、グリツド１と
電極２とはローパスフイルタを構成しているので
はない。即ち本発明の構成では、エネルギーフイ
ルタのように或るエネルギー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つたものではなく、
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。計算器によるシミユレーシヨンにより色々な
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Ｏからの距離
ｓとグリツド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
イルターの形になつているが、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
ら遠ざけるに従つて透過率の半値幅が狭くなり、
開口部の大きさが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６図のようになつているが、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θ＝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θ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。θが
90゜〜180゜の範囲については、θ＝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、θ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
非常に悪くなつているのがわかる。実際に実験を
してみると、この付近ではＳ／Ｎが悪くなつてい
て、像の観察が困難である。第６図ｂ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
良くなつている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上述した特願昭61−271545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ツド１の外側
に、このグリツドと同心に球状電極２を配置し、
上記グリツドの内側でグリツドの縁線に近い位置
に荷電粒子放射点を設け、グリツドの球面中心と
上記粒子放射点とを含む平面上に遮蔽板３を配置
し、上記グリツ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ツドとは反対の側
において、同開口中心を中心として球状のグリツ
ドを配置し、このグリツドにより荷電粒子エネル
ギーハイパスフイルターを構成し、これらのグリ
ツ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
に平行させて上記球状電極の内側に障碍リング１
０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Ｏを中心とする球面ではなく、Ｏ点の真上
の方向が球面より低い形になつており、上記特定
エネルギーより高いエネルギーを持つた粒子の軌
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Ａ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つた粒子は障碍リング１
０に当つ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リ
ツドのハイパスフイルタの遮断エネルギーを上記
特定エネルギーのわず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くことができ、この方向
のエネルギー分解能を高め、全方向に対して一様
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。グリツド１
と電極２とはＯを共通中心とする同心球面であ
り、この実施例ではグリツ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２の半径を
グリツド半径の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程
大きくないときは電極半径はグリツド半径の２倍
より小さくてもよい。５はグリツド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の一端はグリツド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
よつてグリツド１と電極２間の電界がグリツド及
び電極２の縁で乱れるのを防いている。３は半球
形のグリツド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Ｏからグリツドの半径より稍小さい距離だ
け離れた所に試料Ｓをセツトする窓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。ｈ１，ｈ２はグリツド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
を励起する励起線例えばＸ線が試料面に入射せし
められる。１１はグリツド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、電子線何れによつて
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
器でマイクロチヤンネルプレートと、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二
次元の光電子増倍管Phで検出され、その出力が
コンピユータ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とグリツド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Ａの中心を球心とする同心
４重球状グリツドで、一番内側のグリツド８は遮
蔽板３と同電位とし、次の８１と９１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
わず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９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てある。１０は障碍リ
ングで、球状電極２の中心Ｏ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ツ
ド１と電極２との間の正常電位分布における電位
と同じ電位が与えてある。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
ネルギーより高い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Ａ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、従つて、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Ｏ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
の距離ｓに対しグリツド１の半径ａを1.5倍
（ｓ／ａ＝２／３）とし、ｒ＝1.7613a，α＝
10.92゜とした場合である。点線は障碍リング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の少しずつ異なるリングをたくさん
用いれば良い。第５図では６個の障碍リングを用
いて分解能をほぼ一様にした例を示す。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，14゜），
（1.68173a，18゜），（1.70389，22゜）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個の凹みとなつてほぼ一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つたが、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、或は全放射粒子のエ
ネルギー分布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
わたつ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……グリツド、２……球面電極、３……遮蔽
板、４……荷電粒子検出器、５……ガードリン
グ、８，８１，９，９１……ハイパスフイルタを
構成するグリツド、１０……障碍リング、１１…
…電子銃、Ｓ……試料、Ａ……開口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 球状のグリツドの外側に、このグリツドと同
   心に球状電極２を配置し、上記グリツドの内側で
   グリツドの縁線に近い位置に荷電粒子放射点を設
   け、グリツ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、上記グリツドの球面
   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
   グリツ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ツドを配置し、このグリツド
   により荷電粒子エネルギーハイパスフイルターを
   構成し、このグリツ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。