JPH0581875B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0581875B2
JPH0581875B2 JP1185843A JP18584389A JPH0581875B2 JP H0581875 B2 JPH0581875 B2 JP H0581875B2 JP 1185843 A JP1185843 A JP 1185843A JP 18584389 A JP18584389 A JP 18584389A JP H0581875 B2 JPH0581875 B2 JP H0581875B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
energy
spherical
charged particle
particle beam
analyzer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1185843A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0269692A (en
Inventor
Uashirieuitsuchi Z Uradeimiiru
Serugeeuna Yuruchaku Rarisa
Konsutanchinoitsuchi Uikutoru
Fuedoroitsuchi Birink Anatorii
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INSUCHI YADERUNOI FUIJIKI AN K
INSUCHI YADERUNOI FUIJIKI AN KAZAFUSUKOI SSR
Original Assignee
INSUCHI YADERUNOI FUIJIKI AN K
INSUCHI YADERUNOI FUIJIKI AN KAZAFUSUKOI SSR
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INSUCHI YADERUNOI FUIJIKI AN K, INSUCHI YADERUNOI FUIJIKI AN KAZAFUSUKOI SSR filed Critical INSUCHI YADERUNOI FUIJIKI AN K
Publication of JPH0269692A publication Critical patent/JPH0269692A/en
Publication of JPH0581875B2 publication Critical patent/JPH0581875B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/44Energy spectrometers, e.g. alpha-, beta-spectrometers
    • H01J49/46Static spectrometers
    • H01J49/48Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter
    • H01J49/484Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter with spherical mirrors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は荷電粒子ビームのエネルギーを分析す
る装置に関し、詳細には、荷電粒子ビームのエネ
ルギーの球状ミラー分析器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an apparatus for analyzing the energy of a charged particle beam, and in particular to a spherical mirror analyzer for the energy of a charged particle beam.

本発明は光、X線およびオージエ電子分光技
術、特にラスター分光分析を使用して固形物の表
面を調査するための新規な電子分光計の製造に最
も有利に使用することができる。
The invention can be most advantageously used in the production of a novel electron spectrometer for investigating the surfaces of solid objects using optical, X-ray and Auger electron spectroscopy techniques, in particular raster spectroscopy.

また、本発明は、例えば後方散乱イオンのエネ
ルギーを分析することによる固形物のイオン質量
分光法における荷電粒子ビームの他のエネルギー
分析に適している。
The invention is also suitable for other energy analysis of charged particle beams in solid matter ion mass spectroscopy, for example by analyzing the energy of backscattered ions.

現在のところ、固体状態物理学の開発には、そ
の調査方法の改良を必要としている。電子分光法
では、二次電子のエネルギーおよび角方向分布を
測定する際の感度および精度を高めること、およ
びエネルギー分析器が分析要素として機能する電
子分光計の使用によつて試験物のミクロ走査領域
を増大することが一般に必要である。
Currently, the development of solid-state physics requires improvements in its investigation methods. Electron spectroscopy involves increasing the sensitivity and precision in measuring the energy and angular distribution of secondary electrons, and by using an electron spectrometer in which the energy analyzer serves as the analytical element. It is generally necessary to increase the

固体状態ミクロ電子技術に関する製造方法の急
速の発展により、異なる製造段階におけるウエー
ハおよび集積回路の表面構造の敏速かつ正確な品
質管理を必要としている。使用技術のうちの1つ
は定常波の利用に基づく回折X線光電子分光法で
ある。このような方法において、使用する単色X
線の強さ、要するに突出光電子の密度は非常に小
さいので、分析時間を数10時間から数分まで短縮
するために新規な広孔のエネルギー分析器の製造
を必要としている。
The rapid development of manufacturing methods for solid-state microelectronic technology requires rapid and accurate quality control of wafer and integrated circuit surface structures at different manufacturing stages. One of the techniques used is diffractive X-ray photoelectron spectroscopy, which is based on the use of standing waves. In such a method, the single color X used
The line strength, and hence the density of the ejected photoelectrons, is so small that it requires the fabrication of new wide-hole energy analyzers to reduce the analysis time from tens of hours to a few minutes.

〔従来技術〕[Prior art]

在来の静電球状ミラーエネルギー分析器は電位
差のある2つの球状電極を備えている。荷電粒子
ビームはミラーの反射界に入り、そこから出て内
側球状電極に貫通する。
Conventional electrostatic spherical mirror energy analyzers include two spherical electrodes with a potential difference. The charged particle beam enters the reflective field of the mirror, exits from there and penetrates the inner spherical electrode.

点源および像が内側球状電極における直径方向
に反対の箇所に見られる静電球状ミラー回路
(Nucl.Instrum.Meth.、1966年、42巻の71〜76頁
のH.Z.Sar−El著の「分析器としての球状キヤパ
シタ上のモア」を参照せよ)が知られている。こ
のような回路構成は荷電粒子ビームの正確な空間
集束を特徴とする電子−光系のまれな例である。
上記の出版論文には、以下の事が示されている。
すなわち、粒子のエネルギーと、静電球状ミラー
の遅延電圧Vが qV/E=2(1−R1/R2) ……(1) (上記式中、qは粒子の電荷であり、R1、R2
内側および外側球状電極の半径である) として関係ずけられている場合、点源は球状収差
なしに直径方向反対の箇所で反射される。
Electrostatic spherical mirror circuit in which the point source and image are seen at diametrically opposite locations on the inner spherical electrode (HZ Sar-El, Analyzer, Nucl. Instrument. Meth., 1966, Vol. 42, pp. 71-76) A mower on a spherical capacitor (see "Mower on a spherical capacitor") is known. Such a circuit configuration is a rare example of an electro-optical system characterized by precise spatial focusing of a charged particle beam.
The above published paper shows the following:
That is, the energy of the particle and the delay voltage V of the electrostatic bulb mirror are qV/E=2(1-R 1 /R 2 )...(1) (In the above formula, q is the charge of the particle and R 1 , R 2 are the radii of the inner and outer spherical electrodes), the point source is reflected at diametrically opposite locations without spherical aberration.

この公知回路はそこにおける線形分散が分析さ
れる荷電粒子ビームの勾配に依存し、軸方向のビ
ーム行路が無分散を特徴とするため、満足すべき
ものではなかつた。かくして、上記回路は高エネ
ルギー解像力を有するエネルギー分析器に使用す
るには適していない。
This known circuit is unsatisfactory because the linear dispersion therein depends on the gradient of the charged particle beam being analyzed and the axial beam path is characterized by no dispersion. Thus, the above circuit is not suitable for use in energy analyzers with high energy resolution.

また、2πまでの立体角で放出される光電子の
エネルギーおよび角分布を測定するためのデイス
クプレー型分析器(Rev.Sci.Instrum.、1988年、
59巻、第4版、545頁のヒロチダイモン著の「荷
電粒子のエネルギー及び角分散の新規なデイスプ
レー型分析器」を参照)が知られている。この公
知な分析器はSar−Elによる上記出版論文に述べ
られている静電球状ミラーの正確な角集束を行う
ことができる。
Also, a disk plate analyzer (Rev.Sci.Instrum., 1988,
59, 4th edition, p. 545, ``A Novel Display Type Analyzer for the Energy and Angular Dispersion of Charged Particles'' by Hirochi Daimon) is known. This known analyzer is capable of performing precise angular focusing of electrostatic bulb mirrors as described in the above-mentioned published article by Sar-El.

このような分析器では、分散は荷電粒子行路の
勾配に大いに依存しており、そのエネルギー解像
力を実質的に制限してしまうという欠点がある。
しかも、分析器の良好な電子−光特性を得るの
に、試験中の荷電粒子ビームを通す内球窓が厳し
い要件を満たさなければならない。在来の微細メ
ツシユの窓を使用すると、分析器の解像力を悪く
するメツシユに及ぼす回折作用およびレンズ作用
により、広く発散する荷電粒子ビームが集束しな
くなる。
Such analyzers have the disadvantage that the dispersion is highly dependent on the slope of the charged particle path, effectively limiting their energy resolution.
Moreover, to obtain good electro-optical properties of the analyzer, the inner sphere window through which the charged particle beam under test passes must meet stringent requirements. The use of conventional fine mesh windows defocuses widely divergent charged particle beams due to diffraction and lensing effects on the mesh that degrade the resolution of the analyzer.

また、荷電粒子ビームのエネルギーのケプラト
ロン型分析器が知られており(Nucl.Instrum.
Meth.、1960年、6巻、157頁のR.H.リツチイー、
J.S.シエカ、R.D.バークノフ著の「高伝達粒子分
光計としての球状キヤパシタ」を参照)、この分
析器は本質的に、2つの同心の球状電極間に設定
された界により形成される静電ミラーである。荷
電粒子源はデイスクとして成形され、内側球状電
極の表面に配置されている。この源から出る荷電
粒子ビームは静電球状界により反射され、検出ダ
イヤフラムのスリツトに集束されて回路像を形成
する。この像は公知のエネルギー分析器を特徴づ
ける分散のため、粒子のエネルギーに依存してい
る。しかも、このケプラトン型分析器は非常に大
きな受入れ角度を有している。
In addition, a Keplatron-type analyzer for the energy of charged particle beams is known (Nucl.Instrum.
Meth., 1960, vol. 6, p. 157 R.H. Richie,
The analyzer is essentially an electrostatic mirror formed by a field set up between two concentric spherical electrodes (see ``Spherical Capacitors as High-Transmission Particle Spectrometers'' by JS Sieca and RD Berknov). be. The charged particle source is shaped as a disk and placed on the surface of the inner spherical electrode. A charged particle beam emanating from this source is reflected by an electrostatic bulb field and focused onto a slit in a detection diaphragm to form an image of the circuit. This image is dependent on the energy of the particles due to the dispersion that characterizes known energy analyzers. Furthermore, this Keplaton type analyzer has a very large acceptance angle.

しかしながら、上記の分析器は、下記の要因:
(1)その解像力をかなり制限する不適当な集束(ビ
ームの初めの散角度についての第1近似としての
み行なわれる)、および(2)ミラー界に設置された
円形スリツトダイヤフラムを検出手段として使用
する必要があり、作用界をゆがめたり、荷電粒子
の検出を悪化したりする欠点により、一般に満足
すべきものではなかつた。
However, the above analyzer is not suitable for the following factors:
(1) inadequate focusing which considerably limits its resolution (which is done only as a first approximation to the initial divergence angle of the beam); and (2) the use of a circular slit diaphragm placed in the mirror field as a detection means. This has generally been unsatisfactory due to the disadvantages of distorting the working field and impairing the detection of charged particles.

これらの公知装置すべての望ましくない特徴は
源の表面上のミクロ走査領域が小さいことにより
分析速度が遅く、これば穴が試験物の所定領域か
らのみ逃げる荷電粒子を通す検出器の前方に設置
された検出ダイヤフラムを使用することに基因し
ている。ダイヤフラムの穴を大きくすると、バツ
クグラウンドを増大し、分析器の解像力を悪くし
てしまう。
An undesirable feature of all these known devices is that the analysis speed is slow due to the small micro-scanning area on the surface of the source, which means that the hole is placed in front of the detector which allows the charged particles to escape only from a defined area of the test object. This is due to the use of a detection diaphragm. Enlarging the diaphragm hole increases the background and degrades the resolution of the analyzer.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明は定分散および広幅孔の条件下の正確な
角集束および試験中の表面のより大きい走査領域
を確保する荷電粒子ビームのエネルギーの球状ミ
ラー分析器を提供することにある。
The present invention consists in providing a spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam that ensures accurate angular focusing and a larger scanning area of the surface under test under conditions of constant dispersion and wide aperture.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明によれば、上記目的は、荷電粒子ビーム
源と、減速電子源に接続された2つの同心の球状
電極とを備え、内側の電極が荷電粒子のビームを
通すようになつている窓を有しており、また検出
手段を備えている荷電粒子ビームのエネルギーの
球状ミラー分析器において、荷電粒子ビーム源お
よび検出手段は球状電極の中心に対して中心対称
に配置された球体のセグメントとして成形されて
おり、これらのセグメントのうちの少なくとも1
つが内側球状電極の表面に配置されていることを
特徴とする球状ミラー分析器によつて達成され
る。
According to the invention, said object comprises a charged particle beam source and two concentric spherical electrodes connected to a decelerated electron source, the inner electrode defining a window adapted to pass the beam of charged particles. In a spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam, the charged particle beam source and the detection means are shaped as segments of a sphere arranged centrosymmetrically about the center of the spherical electrode. and at least one of these segments
This is achieved by means of a spherical mirror analyzer, characterized in that the spherical mirror is located on the surface of an inner spherical electrode.

本発明によれば、分散がビーム行路の勾配に無
関係である、すなわち、行路の同一分散性として
知られている状態である荷電粒子ビームの理想的
な角集束を得ることである。しかも、エネルギー
スペクトルの任意の領域における無秩序に成形さ
れたセグメントを表わす源の像は収差がなく、内
側球状電極の直径方向に反対の部分またはその幾
何学的延長部に1対1の大きさで写され、像の確
実性を与えるという利点がある。
According to the invention, it is to obtain an ideal angular focusing of a charged particle beam whose dispersion is independent of the slope of the beam path, a condition known as path equidispersity. Moreover, the image of the source representing a randomly shaped segment in any region of the energy spectrum is aberration-free and has a one-to-one magnitude on the diametrically opposite portion of the inner spherical electrode or its geometric extension. This has the advantage of providing certainty of the image.

かくして、このエネルギー分析器は源の収差の
ない像またはより大きな部分を与える条件で非常
に大きい受入れ角度で解像力を可成り増大するこ
とができる。
This energy analyzer can thus significantly increase the resolving power at very large acceptance angles, provided that it provides an aberration-free image of the source or a larger section.

本発明の一実施例では、検出手段は内側球状電
極のセグメント穴を表わす検出ダイヤフラムと、
上記穴の背後に配置され、ミクロチヤンネル板を
形成した検出器とを備えている。この分析器は、
一般的には、内球の幾何学的延長部に配置された
球状セグメントである試験物の表面から出る荷電
粒子のエネルギーを分析し、この際、あらゆる行
路が同一分散性であり、源像は無収差である。従
つて、高い解像力が本質的に不変である場合、源
の作用領域および試験中の荷電粒子ビームを囲む
立体角を数倍増大させることができる。源に対し
て中心対称に配置された検出ダイヤフラムが内球
のセグメント穴を表わし、表面が内球と整合した
ミクロチヤンネル板を受入れる場合、高い解像力
が本質的に不変である一次ビーム走査モードで、
試験物のより大きい領域がミクロ走査される。
In one embodiment of the invention, the detection means comprises a detection diaphragm representing a segment hole of the inner spherical electrode;
a detector located behind the hole and forming a microchannel plate. This analyzer is
Generally, the energy of charged particles emanating from the surface of a test object, which is a spherical segment placed in the geometric extension of the inner sphere, is analyzed, with all paths being equidispersive and the source image being It has no aberrations. Therefore, if the high resolving power remains essentially unchanged, the working area of the source and the solid angle surrounding the charged particle beam under test can be increased several times. In the primary beam scanning mode, where the high resolving power is essentially unchanged, if the detection diaphragm arranged centrosymmetrically with respect to the source represents a segment hole in the inner sphere and receives a microchannel plate whose surface is aligned with the inner sphere,
A larger area of the test object is microscanned.

本発明の他の実施例では、検出手段は同様にダ
イヤフラム穴と整合され、位置感知性検出器を備
えている。例えば、励磁をX線管から得る場合、
幅狭い集束ビームで試験物の表面を走査していけ
ないときに、上記位置感知検出器の使用が必要で
ある。この場合、X線は源のセグメント部分の全
領域に入射される。ミクロチヤンネル板を備えた
位置感知検出器は像の確実性のため、試験物の所
定箇所における求める量(要素)の位置について
の情報を与え、試験中の表面のミクロ走査分析を
行う際に速度を高めるという特徴がある。
In other embodiments of the invention, the detection means is also aligned with the diaphragm hole and comprises a position sensitive detector. For example, if the excitation is obtained from an X-ray tube,
The use of such position sensitive detectors is necessary when it is not possible to scan the surface of the specimen with a narrow focused beam. In this case, the X-rays are incident on the entire area of the source segment. A position-sensitive detector with a microchannel plate provides information about the position of the desired quantity (element) at a given point on the test object for image reliability and speed when performing a microscanning analysis of the surface under test. It has the characteristic of increasing

荷電粒子ビームのエネルギーの球状ミラー分析
器の両実施例では、内側電極の表面の窓は源およ
び像の球状セグメントの中心を通る対称軸線上に
集束する子午線平面に配置された複数の長さ方向
スロツトよりなる。このような窓系は遅延界への
入口(又はこれからの出口)に及ぼす子午線平面
における荷電粒子ビームの回折作用を本質的に防
ぎ、これはビームの角集束を大幅に向上させ、か
つ球状ミラーエネルギー分析器の解像力を増大す
る利点となる。
In both embodiments of the spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam, the window on the surface of the inner electrode has multiple longitudinal directions arranged in a meridional plane that focuses on the axis of symmetry passing through the center of the spherical segment of the source and image. Consists of slots. Such a window system essentially prevents the diffraction effect of the charged particle beam in the meridional plane on the entrance to (or exit from) the retardation field, which greatly improves the angular focusing of the beam and reduces the spherical mirror energy. This has the advantage of increasing the resolution of the analyzer.

〔実施例〕 荷電粒子ビームのエネルギー用の球状ミラー分
析器(第1図)は2つの球状の同心電極、すなわ
ち、半径R1を有しかつ粒子を通過さけるように
位置した窓部2を備えている内側電極1と、半径
R2を有しかつ対応する源(図示せず)からの減
速用電圧を受ける外側電極3と、荷電粒子ビーム
4と、タイヤフラム5′および検出器6より構成
される検出手段5と、励磁用放射線発生器7(電
子ガンまたはX−線またはイオンユニツト)とを
備えている。中心を点Aとした球状セグメントを
表わす荷電粒子ビーム源4は第1図に示すよう
に、電極1の内球の表面またはその幾何学的延長
部に配置されている。中心Bを有する内側球状電
極1のセグメント穴を表わすダイヤフラム5′は
源4に対して中心対称をなして配置されている。
荷電粒子検出器6はダイヤフラム5′の背後に設
置されている。
EXAMPLE A spherical mirror analyzer for the energy of a charged particle beam (FIG. 1) comprises two spherical concentric electrodes, namely a window 2 having a radius R 1 and positioned so as to avoid passing through the particles. inner electrode 1 with radius
an outer electrode 3 having a voltage R 2 and receiving a deceleration voltage from a corresponding source (not shown), a charged particle beam 4, a detection means 5 consisting of a tire flam 5' and a detector 6; radiation generator 7 (electron gun, X-ray or ion unit). A charged particle beam source 4 representing a spherical segment with its center at point A is arranged on the surface of the inner sphere of the electrode 1 or on its geometrical extension, as shown in FIG. A diaphragm 5' representing a segment hole of the inner spherical electrode 1 with a center B is arranged centrosymmetrically with respect to the source 4.
A charged particle detector 6 is installed behind the diaphragm 5'.

この球状ミラーエネルギー分析器は、源4をこ
の分析器の内側球状電極1の箇所Bに設置し、検
出用ダイヤフラム5′を内側電極1の球面の幾何
学的延長部に源4の直径方向反対側に配置した逆
の回路を使用してもよい。後者の場合、検出器6
はまた内側球状電極1を越えて配置される。この
ような回路構成では、エネルギー分析器のパラメ
ータは本質的に変わらない。一般に、源4および
検出用ダイヤフラム5′の穴は無秩序に成形され
た球状セグメント、詳細には、丸いまたは四角形
の球状セグメントすなわち狭幅ストリツプであ
る。
This spherical mirror energy analyzer has a source 4 installed at location B of the inner spherical electrode 1 of the analyzer, and a detection diaphragm 5' placed diametrically opposite the source 4 on a geometrical extension of the spherical surface of the inner electrode 1. A reverse circuit placed on the side may also be used. In the latter case, detector 6
is also arranged beyond the inner spherical electrode 1. With such a circuit configuration, the parameters of the energy analyzer remain essentially unchanged. Generally, the holes in the source 4 and detection diaphragm 5' are randomly shaped spherical segments, particularly round or square spherical segments or narrow strips.

作動中、このエネルギー分析器は理想の集束を
伴う球状ミラーの2つの特性、すなわち、ビーム
行路のエネルギー同一分散性および像の確実性を
使用する。例示上、理想の角集束を伴う静電球状
ミラーを通る電子−光関係を特徴づける荷電粒子
ビームの通過を考えてみる。第2図は静電球状ミ
ラーからの内部反射における荷電粒子ビームの行
路を示している。点源および像が点A、Bのとこ
ろで対称軸線上に配置されていると想定する。図
面について説明すると、座標X1、X2、αおよび
α1は内側球状電極1の表面上の入口および出口点
の位置および内側球状電極1における対称軸線に
対する行路勾配を示している。エネルギーおよび
運転量の保存法則によれば、下記式が得られる。
In operation, this energy analyzer uses two properties of a spherical mirror with ideal focusing: energy equidispersity of the beam path and image certainty. For purposes of illustration, consider the passage of a charged particle beam characterizing an electron-optical relationship through an electrostatic spherical mirror with ideal angular focusing. FIG. 2 shows the path of a charged particle beam upon internal reflection from an electrostatic bulb mirror. Assume that the point source and image are located on the axis of symmetry at points A, B. Referring to the drawings, the coordinates X 1 , X 2 , α and α 1 indicate the position of the entry and exit points on the surface of the inner spherical electrode 1 and the path gradient in the inner spherical electrode 1 with respect to the axis of symmetry. According to the law of conservation of energy and operating quantity, the following formula can be obtained.

X1−α=α1−X2 ……(2) sinX/2=sin2(X1−α)/2√ω ……(3) 上記式中、 ω=S2−(2S−1)sin2(X1−α)=qV/2E
・1/1−R1/R2……(4) 但し、Sは静電球状ミラーの反射パラメータであ
り、qおよびEは粒子の電荷および運動エネルギ
ー、Vはミラーの電極1,3間の反射電位であ
る。
X 1 −α=α 1 −X 2 ...(2) sinX/2=sin 2 (X 1 −α)/2√ω ...(3) In the above formula, ω=S 2 −(2S−1) sin 2 (X 1 − α) = qV/2E
・1/1-R 1 /R 2 ...(4) However, S is the reflection parameter of the electrostatic spherical mirror, q and E are the charge and kinetic energy of the particle, and V is the distance between the mirror's electrodes 1 and 3. It is a reflected potential.

再び第2図を参照すると、源からの距離および
球中心への像は夫々 11=sin(X1−α)/sinα ……(5) 12=sin(X1−α)/sinα1 ……(6) である。
Referring again to Figure 2, the distance from the source and the image to the center of the sphere are respectively 1 1 = sin (X 1 - α)/sin α ... (5) 1 2 = sin (X 1 - α) / sin α 1 ...(6).

線値は内側球状電極1の半径の分数で表わされ
る。理想の角集束の場合、S=1である。式(3)か
ら下記式(7)が得られる。
The linear value is expressed as a fraction of the radius of the inner spherical electrode 1. For ideal angular focusing, S=1. The following formula (7) is obtained from formula (3).

X=2(X1−α) ……(7) 式(7)を式(2)に置換えると、式(5)、(6)を参照して
α=α1および11=12=1が得られる。S=1で
は、球状領域を越える無秩序行路の両枝路は対称
軸線に対して同じ角度αで傾斜され、源Aおよび
像Bは球中心のまわりに対称である。理想の角集
束を特徴とする条件のために球状ミラーのエネル
ギー分散を行うことを考えてみる。この場合、エ
ネルギー分散Dはビームエネルギーが変化すると
きのエネルギー分析器における像移動を特徴づけ
る。従つて、下記式が得られる。
X = 2 (X 1 - α) ... (7) When formula (7) is replaced by formula (2), α = α 1 and 1 1 = 1 2 with reference to formulas (5) and (6) =1 is obtained. For S=1, both branches of the disordered path across the spherical region are tilted at the same angle α to the axis of symmetry, and source A and image B are symmetric about the spherical center. Consider the energy dispersion of a spherical mirror for conditions characterized by ideal angular focusing. In this case, the energy dispersion D characterizes the image movement in the energy analyzer as the beam energy changes. Therefore, the following formula is obtained.

Δ1=D(ΔE/E) ……(8) この場合、対称軸線に沿つた分散はエネルギー
に対して式(6)を微分したものである。すなわち、 D=212cosα/√1−12sin2α ……(9) 式(9)から、1<1の場合、分散は大いに行路勾
配角度αに依存している。しかしながら、1が増
大すると、関数D(α)は本質的に段階関数とな
る。1→1の場合、D(α)曲線は高さの2倍の
段階になる。従つて、源4およびその像が内側球
状電極1の表面に存在する場合、理想の角集束
(すなわち、S=1)では、球状ミラーのエネル
ギー分散は最大になり、(内側球状電極1の半径
の2倍に等しい)、源4から粒子が逃げる角度
(球状ミラーの行路の同一分散性として知られる
特性)とは無関係である。理想の角集束では、増
分因数は1に等しいものである。従つて、内側球
状電極1の表面またはその幾何学的延長部に配置
された無秩序形状の球状セグメントを表わす源4
の像は電極1の直径方向反対の部分に1対1の大
きさで中心対称に写される(像の確実性)。
Δ1=D(ΔE/E)...(8) In this case, the dispersion along the axis of symmetry is the differentiation of equation (6) with respect to energy. That is, D=21 2 cosα/√1−1 2 sin 2 α (9) From equation (9), when 1<1, the dispersion largely depends on the path gradient angle α. However, as 1 increases, the function D(α) essentially becomes a step function. In the case of 1→1, the D(α) curve becomes twice the height. Therefore, if the source 4 and its image are present at the surface of the inner spherical electrode 1, then for ideal angular focusing (i.e. S=1), the energy dispersion of the spherical mirror is at a maximum and (radius of the inner spherical electrode 1 ), which is independent of the angle at which the particles escape from the source 4 (a property known as the homodispersity of the path of a spherical mirror). For ideal angular focusing, the increment factor is equal to one. Thus, a source 4 representing randomly shaped spherical segments arranged on the surface of the inner spherical electrode 1 or a geometric extension thereof
The image is centrally symmetrically projected on the diametrically opposite portion of the electrode 1 with a one-to-one size (image certainty).

第3図は本発明による球状ミラーにおける像の
確実性の特性を示している。図面を参照すると、
エネルギーが球状ミラーの理想の角集束の場合の
整合エネルギーに相当する荷電粒子の空間ビーム
の集中が起る。その結果、中心対称点a′、b′、
c′に点源a、b、cの像が形成され、これらの像
は収差がない。この場合、ab=a′b′およびbc=
d′c′である。
FIG. 3 shows the image reliability characteristics of a spherical mirror according to the invention. Referring to the drawing,
A concentration of a spatial beam of charged particles occurs whose energy corresponds to the matching energy for the ideal angular focusing of the spherical mirror. As a result, the central symmetry points a′, b′,
Images of point sources a, b, and c are formed at c', and these images are free of aberrations. In this case ab=a′b′ and bc=
d′c′.

本発明の課題をなす荷電粒子ビームのエネルギ
ーの球状ミラー分析器は次のように作用する。遅
延電位Vが電極1,3間に印加される。発生器7
から一次ビームによつて励磁された源4は対称軸
線に対して異なる角度αで荷電粒子を放出し、こ
れらの粒子は窓2を通して静電球状場へ導びかれ
る。条件(1)を満足する場合、源4から出る荷電粒
子すべてが上記静電場で反射され、勾配αにかか
わらず、ダイヤフラム5′のセグメント穴に入り、
そこで検出器6により検出される。第1図は源4
の表面が放出した複数の荷電粒子ビームのうちの
たつた1つのビームを示している。このビームは
ミラーから反射され、検出手段5の窓の中心対称
点に理想的に集束される。遅延電位Vの所定値で
は、式(1)に対応する運動エネルギーEを有する粒
子が検出ダイヤフラム5′の穴に集束される。勾
配αにかかわらず、すべての行路について2R1
なる線形エネルギー分散のため、他のエネルギー
値を有する粒子はダイヤフラム5′の穴には集束
されず、分散され、その少量がダイヤフラム5′
の穴に入る。遅延電位Vを変化させることによつ
て、分析された荷電粒子ビームにおける全運動エ
ネルギースペクトルを夫々の部分に記録すること
ができる。
The spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam, which is the object of the present invention, operates as follows. A delayed potential V is applied between electrodes 1 and 3. Generator 7
A source 4, excited by a primary beam from , emits charged particles at different angles α to the axis of symmetry, and these particles are guided through the window 2 into the electrostatic spherical field. If condition (1) is satisfied, all the charged particles emitted from the source 4 are reflected by the electrostatic field and enter the segment hole of the diaphragm 5', regardless of the gradient α,
There, it is detected by the detector 6. Figure 1 is source 4
shows only one of several charged particle beams emitted by the surface of the . This beam is reflected from the mirror and ideally focused on the central symmetry point of the window of the detection means 5. For a given value of the retardation potential V, particles with a kinetic energy E corresponding to equation (1) are focused into the hole in the detection diaphragm 5'. Due to the linear energy dispersion, which is 2R 1 for all paths, regardless of the gradient α, particles with other energy values are not focused into the holes in the diaphragm 5', but are dispersed, and a small amount of them enter the diaphragm 5'.
enter the hole. By varying the delay potential V, the total kinetic energy spectrum in the analyzed charged particle beam can be recorded in each part.

第4図に示す回路を参照して本エネルギー分析
器の作用を例として説明する。検出器6は外面が
内側球状電極1の表面と整合されるようにダイヤ
フラム5′の穴に嵌合された球状セグメントを表
わすミクロチヤンネル板である。図示の実施例で
は、理想の集束を特徴とするミラーにおけるビー
ム行路の同一分散性および像の確実性のような特
性を使用している。
The operation of the present energy analyzer will be explained by way of example with reference to the circuit shown in FIG. The detector 6 is a microchannel plate representing a spherical segment fitted into a hole in the diaphragm 5' so that its outer surface is aligned with the surface of the inner spherical electrode 1. The illustrated embodiment uses properties such as beam path codispersity and image certainty in mirrors that are characterized by ideal focusing.

本エネルギー分析器の作用は本質的に次の如く
である。
The operation of the energy analyzer is essentially as follows.

1 走査モード。第4図に示すように、発生器7
からの薄いビーム(電子、イオン又は光子)を
表わす励磁ミクロプローブが源4の全セグメン
ト表面を一線ずつ走査する。例えば求めるべき
化学元素の原子の或るオージエ遷移に相応する
設定運動エネルギーを有する電子の理想的角集
束のために調整された球状ミラーに二次電子が
達する。この球状ミラーを特徴づける像確実性
の移動の特性により、設定運動エネルギーを有
する二次電子の集束ビームはミクロプローブが
セグメント4の表面上を移動するのと同期して
ミクロチヤンネル板6の表面を走査する。中心
対称像は源4の走査領域を再現する。各時点
で、ミクロチヤンネル板6に局部的にのみ、す
なわち、断定時に二次電子ビームが集束する部
分に記録を行う。ミクロチヤンネル板6から出
力される信号を増幅し、これを使用して、セグ
メント4の表面上のミクロプローブの移動と同
期してビーム走査を行うビデオ信号処理構造で
電子ビームの強さを調整する。このビデオ信号
処理構造のスクリーンに形成された像はセグメ
ントの走査領域全体にわたる設定エネルギーを
有する二次電子源の分布を示す。
1 Scanning mode. As shown in FIG.
An excitation microprobe representing a thin beam (electrons, ions or photons) from the source 4 scans the entire segment surface of the source 4 line by line. The secondary electrons reach a spherical mirror which is adjusted for ideal angular focusing of the electrons with a set kinetic energy that corresponds, for example, to a certain Augier transition of the atoms of the chemical element to be sought. Due to the characteristic of image-reliable movement that characterizes this spherical mirror, a focused beam of secondary electrons with a set kinetic energy moves over the surface of the microchannel plate 6 in synchronization with the movement of the microprobe over the surface of the segment 4. scan. The centrosymmetric image reproduces the scanning area of the source 4. At each point in time, recording is performed only locally on the microchannel plate 6, ie in the area where the secondary electron beam is focused at the time of determination. The signal output from the microchannel plate 6 is amplified and used to adjust the intensity of the electron beam with a video signal processing structure that performs beam scanning in synchronization with the movement of the microprobe on the surface of the segment 4. . The image formed on the screen of this video signal processing structure shows the distribution of the secondary electron sources with a set energy over the scanning area of the segment.

2 静止モード。発生器7は二次電子を励磁する
広い放射線ビーム(電子、イオン、光子)を放
出する。このビームはセグメント4を一様に照
明するために使用するものである。設定運動エ
ネルギー(例えば、或るオージエ遷移のエネル
ギー、または励磁用量子と内部原子レベルの結
合用エネルギーとの示差エネルギー)を有する
二次電子の理想的集束に球状ミラーを調整す
る。セグメント4の異なる部分から逃げる二次
電子ビームを位置感知検出器の表面に集束さ
せ、かくしてセグメント4の露出領域の中心対
称像を形成する。他のエネルギー値を有する未
集束二次電子により発生される背景信号および
真正信号を記録手段の増幅器/コレクタ装置に
入力し、背景を抑制し、セグメント4の露出領
域における設定エネルギーを有する二次電子の
源の分布を特徴づける位置データを得る。
2 Stationary mode. The generator 7 emits a wide beam of radiation (electrons, ions, photons) that excites secondary electrons. This beam is used to uniformly illuminate segment 4. The spherical mirror is tuned for ideal focusing of secondary electrons with a set kinetic energy (eg, the energy of a certain Augier transition, or the differential energy between the excitation quantum and the binding energy at the internal atomic level). The secondary electron beams escaping from different parts of the segment 4 are focused onto the surface of a position sensitive detector, thus forming a centrosymmetric image of the exposed area of the segment 4. The background signal generated by unfocused secondary electrons with other energy values and the true signal are input into the amplifier/collector device of the recording means to suppress the background and the secondary electrons with a set energy in the exposed area of segment 4 Obtain location data characterizing the distribution of sources.

両モードとも、球状ミラーを特徴づける像確実
性の特性のため、露出すべき領域は本エネルギー
分析器では限定されない。この領域は公知の電子
スペクトロメータにおける走査領域を広さ2倍程
度、越える内側球状電極1の表面のかなりの部分
をなしてもよい。内側球状電極1の直径が源4の
大きさに対して十分大きいとき、上記源4のデイ
スク形であり、検出器6の表面は平らであつても
よい。この場合、集束性および分散値は本質的に
影響されない。
In both modes, the area to be exposed is not limited by the present energy analyzer due to the image certainty properties that characterize the spherical mirror. This region may constitute a considerable portion of the surface of the inner spherical electrode 1, which exceeds the scanning region of a known electronic spectrometer by about twice as wide. When the diameter of the inner spherical electrode 1 is sufficiently large relative to the size of the source 4, the source 4 may be disk-shaped and the surface of the detector 6 may be flat. In this case, convergence and dispersion values are essentially unaffected.

第5図は球状ミラーエネルギー分析器の別の実
施例を概略的に示しており、この実施例では、内
側球状電極1の孔窓2は対称軸線上に収束する子
午線平面に配列された複数の長さ方向のスロツト
よりなる。
FIG. 5 schematically shows another embodiment of a spherical mirror energy analyzer, in which the aperture window 2 of the inner spherical electrode 1 has a plurality of holes arranged in a meridional plane converging on the axis of symmetry. Consists of longitudinal slots.

また、このエネルギー分析器は界の作用領域を
保護すべき電位にある円形導体の系を備えてい
る。この図示のエネルギー分析器は上記と同様に
作動する。別々のスロツトの縁界は極の角度に関
係のない2次元界である。従つて、孔窓2を通る
経路では、ビーム行路は子午線平面で屈折され
ず、広く発散するビームの集束はゆがめられな
い。これらのスロツトは内側球状電極1の表面で
の界乱が最小であるのに十分狭くなつているべき
である。スロツト間の隙間は孔窓の透明性が悪く
ならないように小さくなつているべきである。
This energy analyzer also comprises a system of circular conductors at a potential to protect the area of action of the field. The illustrated energy analyzer operates in the same manner as described above. The edges of the separate slots are two-dimensional planes that are independent of the angle of the poles. Thus, on the path through the aperture window 2, the beam path is not refracted in the meridian plane and the convergence of the widely divergent beam is not distorted. These slots should be narrow enough that disturbances at the surface of the inner spherical electrode 1 are minimal. The gap between the slots should be small so that the transparency of the aperture window is not compromised.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は光、X線およびオージエ電子分光分析
技術、特にラスタ分光分析を使用して固形物の表
面を調査するための新規な電子分光計の製造に使
用することができる。
The present invention can be used in the production of a new electron spectrometer for investigating the surfaces of solid objects using optical, X-ray and Auger electron spectroscopy techniques, in particular raster spectroscopy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による荷電粒子ビームのエネル
ギー用の球状ミラー分析器の概略図;第2図は本
発明による静電球状ミラーからの内部反射におけ
る荷電粒子ビーム行路を示す図;第3図は本発明
による球状ミラーにおける像確実性の特性を示す
図;第4図は本発明による荷電粒子ビームのエネ
ルギー用の球状ミラー分析器の実施例の図;第5
図は本発明による球状ミラーエネルギー分析器の
別の実施例の概略図である。 1……内側電極、2……窓、3……外側電極、
4……荷電粒子ビーム源、5……検出手段、5′
……ダイヤフラム、6……検出器、7……励磁放
射線発生器、R1……内側電極1の半径、R2……
外側電極3の半径。
FIG. 1 is a schematic diagram of a spherical mirror analyzer for the energy of a charged particle beam according to the invention; FIG. 2 is a diagram showing the charged particle beam path upon internal reflection from a static spherical mirror according to the invention; FIG. Figure 4 shows the characteristics of the image certainty in a spherical mirror according to the invention; Figure 4 is an illustration of an embodiment of the spherical mirror analyzer for the energy of a charged particle beam according to the invention; Figure 5
The figure is a schematic diagram of another embodiment of a spherical mirror energy analyzer according to the invention. 1...Inner electrode, 2...Window, 3...Outer electrode,
4...Charged particle beam source, 5...Detection means, 5'
... diaphragm, 6 ... detector, 7 ... excitation radiation generator, R 1 ... radius of inner electrode 1, R 2 ...
Radius of outer electrode 3.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 荷電粒子ビーム源4と、減速電圧源に接続さ
れた2つの同心の球状電極1,3とを備え、内側
の電極1が荷電粒子のビームを通すようになつて
いる窓を有しており、また検出手段5を備えてい
る荷電粒子ビームのエネルギーの球状ミラー分析
器において、荷電粒子ビーム源4および検出手段
5は球状電極の中心に対して中心対称に配置され
た球体のセグメントとして成形されており、これ
らのセグメントのうちの少なくとも1つが内側球
状電極1の表面に配置されていることを特徴とす
る荷電粒子ビームのエネルギーの球状ミラー分析
器。 2 検出手段5には、内側球状電極1のセグメン
ト穴を表わす検出ダイヤフラム5′と、ミクロチ
ヤンネル板よりなる検出器6が形成されているこ
とを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビームの
エネルギーの球状ミラー分析器。 3 検出手段5は本質的に位置感知検出器である
ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム
のエネルギーの球状ミラー分析器。 4 内側電極1の表面上の窓2は対称軸線上に収
束する子午線平面に配列された複数の長さ方向ス
ロツトよりなることを特徴とする請求項1、2又
は3記載の荷電粒子ビームのエネルギーの球状ミ
ラー分析器。
[Claims] 1. Comprising a charged particle beam source 4 and two concentric spherical electrodes 1, 3 connected to a deceleration voltage source, the inner electrode 1 passing the charged particle beam. In a spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam, which has a window and is also equipped with a detection means 5, the charged particle beam source 4 and the detection means 5 are arranged centrosymmetrically with respect to the center of the spherical electrode. A spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam, characterized in that it is shaped as spherical segments and that at least one of these segments is arranged on the surface of an inner spherical electrode 1. 2. The energy of the charged particle beam according to claim 1, characterized in that the detection means 5 is formed with a detection diaphragm 5' representing a segment hole of the inner spherical electrode 1 and a detector 6 consisting of a microchannel plate. spherical mirror analyzer. 3. A spherical mirror analyzer of the energy of a charged particle beam according to claim 1, characterized in that the detection means 5 are essentially position-sensitive detectors. 4. Energy of a charged particle beam according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the window 2 on the surface of the inner electrode 1 consists of a plurality of longitudinal slots arranged in a meridional plane converging on the axis of symmetry. spherical mirror analyzer.
JP1185843A 1988-07-18 1989-07-18 Spherical mirror analyzer of energy of charged particle beam Granted JPH0269692A (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4463270 1988-07-18
SU4463270 1988-07-18
SU4478794 1988-09-05
SU4478794 1988-09-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0269692A JPH0269692A (en) 1990-03-08
JPH0581875B2 true JPH0581875B2 (en) 1993-11-16

Family

ID=26666180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1185843A Granted JPH0269692A (en) 1988-07-18 1989-07-18 Spherical mirror analyzer of energy of charged particle beam

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JPH0269692A (en)
DE (1) DE3913043C2 (en)
FR (1) FR2634286B1 (en)
GB (1) GB2221082B (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5032723A (en) * 1989-03-24 1991-07-16 Tosoh Corporation Charged particle energy analyzer
GB2244369A (en) * 1990-05-22 1991-11-27 Kratos Analytical Ltd Charged particle energy analysers
US5962850A (en) * 1998-03-04 1999-10-05 Southwest Research Institute Large aperture particle detector with integrated antenna
CN109142409B (en) * 2018-10-15 2023-10-27 中国科学院高能物理研究所 Device and method for measuring secondary electron characteristic parameters of materials in high and low temperature environments

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8322017D0 (en) * 1983-08-16 1983-09-21 Vg Instr Ltd Charged particle energy spectrometer

Also Published As

Publication number Publication date
GB8908504D0 (en) 1989-06-01
GB2221082B (en) 1992-09-23
FR2634286A1 (en) 1990-01-19
FR2634286B1 (en) 1993-10-01
GB2221082A (en) 1990-01-24
DE3913043C2 (en) 1994-11-24
DE3913043A1 (en) 1990-01-25
JPH0269692A (en) 1990-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5055679A (en) Surface analysis method and apparatus
US5444242A (en) Scanning and high resolution electron spectroscopy and imaging
Leckey Recent developments in electron energy analysers
CN104040681B (en) Analyser arrangement for particle spectrometer
US20100163725A1 (en) Charged particle analyser and method
US5650616A (en) Apparatus and method for analyzing surface
US20130126727A1 (en) Time-of-Flight Electron Energy Analyzer
JPH0828196B2 (en) Electronic detector
Johnson et al. Inverse photoemission
Graczyk et al. Scanning electron diffraction attachment with electron energy filtering
JPS59501384A (en) Electron beam device and electron collector therefor
US5591971A (en) Shielding device for improving measurement accuracy and speed in scanning electron microscopy
US4358680A (en) Charged particle spectrometers
JPH0135304B2 (en)
JPH0581875B2 (en)
JP2588833B2 (en) Analytical electron microscope
JPH08148116A (en) Microscopic laser time-of-flight mass spectrometer
JP2764505B2 (en) Electron spectroscopy method and electron spectrometer using the same
US6060707A (en) Apparatus and method for analyzing microscopic area
JP2947440B2 (en) Simultaneous measurement of electron energy loss
Van Boeyen et al. Multidetection (e, 2e) electron spectrometer
US4742223A (en) High resolution particle spectrometer
JP3353488B2 (en) Ion scattering spectrometer
EP0295653B1 (en) High luminosity spherical analyzer for charged particles
JPH07153410A (en) Charged particle beam device