JPH0789148B2 - 電子計数装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光エネルギーの照射で試料から放出される電
子の数を計数する電子計数装置に関する。

（従来技術） 従来、例えば半導体等の試料表面に形成された酸化膜等
の膜厚を大気開放状態で計測する方法として、試料表面
に光を照射し、光の照射により試料上の薄膜を通って外
部に放出される電子を電子検出部に導入し、導入電子に
より引き起こされる気体放電現象を利用して放出電子の
数を計数し、この放出電子数に基づいて膜厚を計測する
方法が知られている（特願昭59−118818号等）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の電子計数装置にあって
は、電子検出部内に配置した陽極リングに高電圧を印加
して試料から放出された電子により気体放電を引き起こ
し、この気体放電による陽極電圧のパルス変化から電子
数を計数するようにしているが、陽極電圧を変えたとき
の第１格子電圧及び第２格子電圧の決め方がはっきりし
ておらず、最適状態で効率良く放出電子を計数すること
が困難であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、陽極電圧を変えても常に格子電圧を最適状態に設
定して効率良く且つ安定した計数動作ができるようにし
た電子計数装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明にあっては、異なる複数
の第１格子電圧G1＝V1a,V1b,V1c,・・・毎に第２格子電
圧G2を可変して電子計数値、例えば電子計数率Ｎのピー
ク値が得られる第２格子電圧G2＝V2a,V2b,V2c・・・を
検出する格子電圧検出手段と、この格子電圧手段で検出
した複数の第２格子電圧G2＝V2a,V2b,V2c・・・の中か
ら最大計数率Nmaxを与える第２格子電圧及びこれに対応
した第１格子電圧を選択して最適値として設定する設定
手段とを設けるようにしたものである。

（作用） このような本発明の構成によれば、陽極電圧を変えた場
合にも、そのときの陽極電圧において電子計数の効率が
最大となる第１格子電圧及び第２格子電圧の最適値を正
確に設定することができ、例えば陽極電圧に対する最適
格子電圧を予め求めてメモリ等に記憶しておくことで、
陽極電圧が決まれば一義的に最適格子電圧をメモリから
読出して設定することができ、効率が良く且つ安定した
動作を補償することができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示した説明図である。

まず構成を説明すると、１は電子検出部であり、下部に
検出窓２を開口した金属製のケース３を有し、ケース３
はアースされている。ケース３内には陽極リング４が配
置され、陽極リング４には高圧電源23より陽極電圧Vaと
して、例えばVa＝3.4KVの高電圧が印加されており、ま
た高圧電源23からの陽極電圧Vaは必要に応じて、例えば
Va＝3.0KV〜4.0KVの範囲で可変することができる。

陽極リング４の検出窓２側には第１格子電極５と第２格
子電極６とが順次配置される。

第１格子電極５には第１パルス発生器20の出力が接続さ
れ、第１パルス発生器20は第１格子電極５に第１格子電
圧G1として、例えばG1＝100Vを印加している。また、第
２格子電極６には第２パルス発生器22の出力が接続さ
れ、第２パルス発生器22は第２格子電圧G2として例えば
G2＝80Vを印加している。

第１パルス発生器20及び第２パルス発生器22には陽極リ
ング４の電圧変化をコンデンサＣを介して取り出す増幅
器18の出力が接続される。

陽極リング４の印加電圧は、検出窓２より電子を導入し
たときに生ずる気体放電により第２図（ａ）に示すよう
にパルス的に立ち下がり、増幅器18より陽極電圧の立ち
下がり変化が第１パルス発生器20に与えられると、第１
パルス発生器20は、第２図（ｂ）に示すように、それま
での第１格子電圧G1を気体放電を阻止するため、所定電
圧分ΔＶでけアップしたクエンチング電圧Vqとなる矩形
波パルスをクエンチング時間Teに亘って出力する。ここ
で、クエンチング電圧Vqを与える電圧ΔＶとしては、例
えばΔＶ＝300Vに設定されており、従って、電圧パルス
を受けると第１格子電極５の電圧G1は、それまでの100V
から300Vアップした400Vに変化する。

一方、第２パルス発生器22は増幅器18より電圧パルスを
受けると、第２図（ｃ）に示すように、それまでの第２
格子電圧G2を−30Vにクエンチング時間Teに亘って変化
させる矩形パルスを発生する。例えば、第２格子電圧G2
＝80Vであったとすると、110V下げた矩形波パルスを発
生するようになる。

この第１パルス発生器20及び第２パルス発生器22による
クエンチング時間Teに亘る矩形波パルスの作用は、試料
10から放出された電子が陽極リングに近づくと、陽極リ
ング４の近傍の高電界によって電子が加速されて気体放
電現象を引き起こすようになるが、第１パルス発生器20
でクエンチング時間Teに亘ってクエンチング電圧Vqにア
ップすることで陽極リング４と第１格子電極５との電位
差を例えばΔＶ＝300V分だけ下げ、これによって気体放
電により生じた光や陽イオンによる二次電子が放電電圧
に達することができないようにし、なだれ的な放電を阻
止する。

一方、第２パルス発生器22のクエンチング時間Teに亘り
−30Vに下げる矩形波パルスの出力は、増幅作用を伴う
気体放電により発生した陽イオンを第２格子電極６で補
足して中和し、これによって陽イオンが試料10に到達し
て光電子の放出作用に影響を及ぼすことを防ぐと同時
に、外部からの電子の導入を遮断する。

更に、電子検出部１の側方には光源装置９が配置され、
光源装置９より試料台８にセットした試料10に対し斜め
上方より所定波長の単波長光を照射するようにしてい
る。光源装置９は重水素ランプ等の光源11と、光源11か
らの波長の単波長化するモノクロメータ12を備え、更に
モノクロメータ１の前後に光強度を調整するためのスリ
ット13,14を備えている。

更に、電子検出部１の増幅器18より出力される電圧パル
スに基づいて電子数を計数する計測回路として計数手段
24が設けられ、計数手段24は例えば単位時間当りの電子
計数率（cps）を出力する。計数手段24の出力は演算手
段26に与えられており、演算手段26は計数手段24から得
られる電子計数率Ｎに基づいて第１格子電極５及び第２
格子電極６の格子電源を最適値に設定する演算制御処理
を行なう。更に、この実施例にあっては、演算手段26は
高圧電源23の電圧を可変して陽極リング４に印加する陽
極電圧を最適値に設定する機能も合わせて有する。演算
手段26に続いては表示手段28が設けられ、表示手段28に
は計数手段24で得られた電子計数率Ｎをそのまま表示す
るか、若しくは演算手段26に設けられた試料10の表面に
形成された酸化膜等の膜厚Ｔを演算する演算手段の演算
結果に基づく膜厚Ｔを表示するようになる。また波長を
可変し、仕事関数を表示するようにしてもよい。

ここで、演算手段26による第１格子電極５及び第２格子
電極６の電極電圧を最適値に設定する演算制御処理は次
のようになる。

（Ａ）高圧電源23により陽極リング４に設定する陽極電
圧Vaを適宜の値に設定した状態で図示のように試料台８
に基準となる試料10をセットし、この状態で第１パルス
発生器20による第１格子電圧G1をG1＝V1a,V1b,V1c,・・
・というように、例えばG1＝80〜120Vの範囲で段階的に
可変し、各第１格子電圧V1a,V1b,V1c,・・・のそれぞれ
に第１格子電圧を固定した状態で第２格子電圧G2を例え
ばG2＝40〜110Vの範囲で可変する。

（Ｂ）第２格子電圧G2を例えばG2＝40〜110Vの範囲で可
変したときの計数率Ｎのピーク値が得られる第２格子電
圧V2a,V2b,V2c,・・・を検出する。

（Ｃ）前記（Ｂ）で得られた計数率のピーク値を与える
第２格子電圧V2a,V2b,V2c,・・・の中から最大計数率Nm
axを与える第２格子電圧及びこれに対応した第１格子電
圧を選択する。

（Ｄ）前記（Ｃ）で求めた第１格子電圧及び第２格子電
圧を最適格子電圧として第１及び第２パルス発生器20,2
2に設定する。

次に、第３図のフローチャートを参照して第１図の実施
例の作用を説明する。

まず第３図のブロック30から36までの処理にあっては、
演算手段26により高圧電源23を制御して陽極リング４に
印加する最適陽極電圧Vaの設定処理が行なわれる。

この最適陽極電圧の設定処理は、第１図に示すように、
試料台８に適宜の基準となる試料10をセットした状態で
光源装置９より所定波長の単色波長光を照射して電子を
放出させ、試料10から放出された電子を電子検出部１に
導入して計数手段24により計数率を測定する。

即ち、初期状態にあって演算手段26は高圧電源23による
陽極電圧Vaを、電圧可変範囲3.0〜4.0KVの最低値Va＝3.
0KVに設定しており、この初期状態からブロック30に示
すように陽極電圧Vaを上昇させる。ブロック30における
陽極電圧の上昇に対し次の判別ブロック32において計数
手段24から得られる電子計数率Ｎをバックグラウンドノ
イズで定まる闘値Noと比較しており、電子計数率Ｎが闘
値No以上となることを判別すると、このときの陽極電圧
を放電開始電圧Vsとして検出し、次のブロック34に進
む。ブロック34においては放電開始電圧Vsに予め定まっ
ているプラトー電圧幅Pwの半分の電圧を加え合わせた電
圧を最適陽極電圧Vaoとして演算し、次のブロック36で
最適陽極電圧Vaoとなるように高圧電源23を制御する。

ここで、陽極電圧Vaを変化させたときの計数率Ｎは第４
図に示す特性となり、陽極電圧Vaを増加させていくと、
ある電圧でバックグラウンドノイズで定まる闘値Noを越
える計数率が得られ、この闘値Noを越える電圧を放電開
始電圧Vsとして検出している。更に、陽極電圧を増加さ
せると陽極電圧の変化に対し、ある範囲内では計数率Ｎ
が略一定値におさまっており、この陽極電圧の変化に対
し計数率Ｎが一定値におさまっている範囲をプラトー電
圧幅Pwと定義する。更に、プラトー電圧幅Pwを越えて陽
極電圧を増加させると計数率Ｎが急激に増加して計数不
能状態となる。

この第４図に示す計数率が略一定となる陽極電圧の範囲
を与えるプラトー電圧幅Pwは、第２図（ｂ）に示したク
エンチング電圧Vqを与える第１格子電圧G1の変化分ΔＶ
に等しい電圧幅として与えられる。従って、第３図のフ
ローチャートにおけるブロック34で求める最適陽極電圧
Vaoとしては、４図に示した特性曲線におけるプラトー
幅Pwの中心の電圧を最適陽極電圧Vaoとして設定するこ
ととなる。

再び第３図を参照するに、ブロック36までの処理により
最適陽極電圧Vaoに設定が終了したならば、次のブロッ
ク38において第１格子電圧G1を初期電圧Vaに設定する。
例えば、第１格子電圧G1はG1＝80〜120Vの範囲で可変す
ることから、V1a＝80Vに設定される。

このように第１格子電圧G1をG1＝V1aと初期電圧に設定
した状態で、次のブロック40において第２格子電圧G2を
例えば40〜110Vの範囲で可変する。そして、次のブロッ
ク42においてブロック40における第２格子電圧G2を可変
したときの計数率Ｎを監視しており、計数率Ｎが最大と
なる第２格子電圧G2としてG2＝V2aを検出する。続い
て、判別ブロック44において、第１格子電圧を最終設定
が終了したか否かチェックし、最終設定が終了していな
ければブロック46に戻り、それまでの第１格子電圧G1に
所定電圧ΔV1を加えて新たな第１格子電圧の設定を行な
い、同様にしてブロック40,42の処理を繰り返す。

第５図は第３図のフローチャートにおけるブロック40〜
46の処理で得られた第２格子電圧G2に対する計数率Ｎの
関係を示した特性グラフである。

この第５図の特性グラフは、第１格子電圧G1をV1a,V1b,
V1c,・・・V1gと７段階に可変し、各第１格子電圧にお
いて第２格子電圧G2を可変したときの計数率Ｎの関係を
示しており、この特性グラフから明らかなように、第１
格子電圧G1を一定としたときの第２格子電圧G2の可変で
得られる計数率Ｎのピーク値Na,Nb,・・・Neを与える第
２格子電圧G2がG2＝V2a,V2b,・・・V2gとして検出する
ことができる。

再び第３図を参照するに、判別ブロック44で第１格子電
圧G1の最終設定が判別されたならば、次のブロック48に
進み、例えば第５図に示したように、第２格子電圧V2a,
V2b,・・・V2gの中から最大計数率Nmaxを与える第２格
子電圧G2、例えばV2eを検出する。続いてブロック50に
おいてブロック48で検出された第２格子電圧G2＝V2eとV
2eに対応した第１グリッド電圧G1＝V1eを最適格子電圧
として第１パルス発生器20及び第２パルス発生器22に設
定する。

以上の処理により最適格子電圧の設定処理を終了する
が、更に第３図のフローチャートにあっては、ブロック
52において電子検出部１をバックグラウンド計数モード
として電子計数率を求める。このバックグラウンド計数
モードは、第６図の信号波形図に示すように、第２パル
ス発生器22により第２格子電極６に印加する電圧を−30
Vに固定して外部からの電子の導入を遮断した状態であ
り、そのため電子検出部１の内部でノイズ的に発生する
電子のみを計数するモードとなる。

ブロック52でバックグラウンド計数モードとすることに
よるバックグラウンドノイズを与える計数率を計数した
ならば、次の判別ブロック54において、バックグラウン
ドノイズの闘値Noと比較し、計数率Ｎが闘値Noより小さ
ければ格子電圧の最適設定処理が正常に行なわれたもの
として設定処理を終了する。一方、バックグラウンド計
数モードにおける計数率Ｎが闘値Noより大きいときに
は、ブロック56に進んで警報を出し、電子検出部１自体
の調整を促す。

以上説明したような最適格子電圧の設定処理が終了した
ならば、試料台８に測定試料をセットして試料の仕事関
数、若しくは試料表面に形成された膜圧を計測するため
の計測処理を行なうようになる。

尚、上記の実施例にあっては、装置を使用する際に演算
手段26による演算制御のもとに、第３図に示したフロー
チャートに従ってそのときの陽極電圧の設定状態で最適
格子電圧の設定処理をリアルタイムで行なう場合を例に
とるものであったが、実際の装置にあっては陽極電圧を
可変し、各陽極電圧毎に第３図に示した最適格子電圧の
設定処理により対応する第１格子電圧及び第２格子電圧
を求め、その結果を陽極電圧をアドレスとしたメモリに
予め記憶しておき、陽極電圧の設定でメモリから対応す
る最適格子電圧を読出して第１パルス発生器20及び第２
パルス発生器22に設定するようにしてもよい。

また、上記の実施例は陽極電圧の可変により放電開始電
圧を検出してプラトー電圧幅の1/2の電圧を加えること
で最適陽極電圧を設定する場合を例にとるものであった
が、本発明はこれに限定されず、手動若しくは適宜の方
法により陽極電圧を設定した状態で全く同様にして最適
格子電圧の設定処理を行なうようにしてもよい。

（発明の効果） 第１格子電極に印加する異なる複数の第１格子電圧G1毎
に第２格子電極に印加する第２格子電圧G2を可変して電
子計数値のピーク値が得られる第２格子電圧G2を検出す
る格子電圧検出手段と、格子電圧検出手段で得られた複
数の第２格子電圧G2の中から最大計数値を与える第２格
子電圧G2及び第２格子電圧G2に対応する第１格子電圧G1
を選択して最適値として設定する設定手段を設けるよう
にしたため、計測条件の変化、例えば気圧や温度の変化
若しくは試料と電子検出部との距離の変動に伴って陽極
電圧を変えた場合にも、そのときの陽極電圧に対し計数
率が最大となる最適格子電圧の設定状態を得ることがで
き、計測条件の変化に対し電子計数を効率よく且つ安定
して行なうことができ、装置の信頼性を大幅に向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した説明図、第２図は電
子検出部における陽極電圧、第１及び第２格子電極電圧
の変化を示した信号波形図、第３図は本発明による最適
格子電圧の設定処理を示したフローチャート、第４図は
陽極電圧に対する電子計数率の関係を示したグラフ図、
第５図は第１格子電圧G1をパラメータとした第２格子電
圧G2に対する計数率Ｎの関係を示した特性グラフ図、第
６図はバックグラウンド計数モードの電極電圧を示した
信号波形図である。 1:電子検出部 2:検出窓 3:ケース 4:陽極リング 5:第１格子電極 6:第２格子電極 8:試料台 9:光源装置 10:試料 11:光源 12:モノクロメータ 13,14:スリット 18:増幅器 20:第１パルス発生器 22:第２パルス発生器 23:高圧電源 24:計数手段 26:演算手段 28:表示手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−86079（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方に検出窓を備えたケース内に高電圧が
   印加された陽極リングを配置すると共に該陽極リングの
   検出窓側に第１格子電極及び第２格子電極を順次配置し
   た電子検出部を有し、前記第１格子電極及び第２格子電
   極に、光を照射した試料から放出される電子を前記検出
   窓から電子検出部内に導入するよう、所定のプラス電圧
   となる第１格子電圧G1及び該第１格子電圧G1より低い所
   定のプラス電圧となる第２格子電圧G2をそれぞれ印加
   し、導入された電子により生ずる気体放電に基づいて電
   子の数を計数する電子計数装置に於いて、 前記第１格子電極に印加する異なる複数の第１格子電圧
   G1毎に前記第２格子電極に印加する第２格子電圧G2を可
   変して電子計数値のピーク値が得られる第２格子電圧G2
   を検出する格子電圧検出手段と、該格子電圧検出手段で
   得られた複数の第２格子電圧G2の中から最大計数値を与
   える第２格子電圧G2及び該第２格子電圧G2に対応する第
   １格子電圧G1を選択して最適値として設定する設定手段
   を設けたことを特徴とする電子計数装置。