JPH10208682A

JPH10208682A - 粒子線結像装置、粒子線結像装置に設けられるスペクトロメータ、粒子線結像方法及び粒子線結像装置の使用方法

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Publication number: JPH10208682A
Application number: JP10016432A
Authority: JP
Inventors: Philippe Dr Staib; フィリッペ・シュタイプ
Original assignee: STAIB INSTR GmbH
Current assignee: STAIB INSTR GmbH
Priority date: 1997-01-15
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2018-01-13
Also published as: JP3898826B2; EP0854495A1; EP0854495B1; DE19701192A1; DE59710691D1; DE19701192C2; US6198095B1

Abstract

(57)【要約】【課題】高いエネルギー分解能及び角度分解能を有
し、特定のエネルギ分布と角度分布を有する粒子線の結
像装置、その方法、この装置を用いた方法及びこの装置
に用いたスペクトロメータを開示する。【解決手段】エネルギ分布及び角度分布を有する荷電
粒子の結像装置及び方法において、該結像装置に、通過
する粒子線（１０９）の粒子線路をその間隔が粒子の角
度分布に対応する平行粒子線路にする変向手段（１１
０，１１１，１１２）を設け、この偏向手段に該粒子線
路が指向される平坦な半透濾過電極（１１３，１１４）
を設け、該濾過電極に所定の減加速電界を形成する電位
差を掛けて該粒子流に該濾過電極を通過させしめ、該粒
子の特定のエネルギ分解能及び角度分解能を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特定のエネルギ分
布と角度分布を有する荷電粒子を含む粒子線を検出器手
段に結像する装置と方法、エネルギ分解及び角度分解を
行うスペクトロメータ及びこの装置の使用方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】物質を照射すると、相互作用によって相
互作用領域から粒子の放射が行われる。放射される粒子
の空間分布（又は角度分布）及びエネルギ分布に基づい
て、相互作用の際の物理的又は化学的過程について、又
は、関与する粒子の種類若しくは相互作用領域の範囲の
特徴についての推論が行われる。これらに対応して、多
数の分析方法が、例えば、電子回折実験または分光実験
を使用して開発された。

【０００３】公知の分析方法の問題は、粒子線（例え
ば、電子、イオン又はイオン群、原子又は原子群）の角
度分布とエネルギ分布とが同時に検出されることであ
る。

【０００４】電子回折実験（例えば、ＲＨＥＥＤ（Ｒｅ
ｆｌｅｃｔｅｄＨｉｇｈＥｎｅｒｇｙＥｌｅｃｔ
ｒｏｎＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）の場合に対象になる
ことに、例えば、弾性散乱と非弾性散乱とに分離するた
めに、例えば、エネルギ濾過とリンクして回折像を撮る
ことがある。弾性散乱をモデル化することによって微細
構造分解能を改善出来る。さらに、角度分解されるオー
ジェ(Auger) 電子スペクトル技術も対象になる。

【０００５】電子回折の際、同時に位置分析とエネルギ
分析とを行う公知のシステムは、２つのグループに分け
られる。第１の構造形式は、蛍光板への従来の結像装置
に回折像部分の走査とエネルギ分析を可能にするラスタ
走査機構を組み合わせることによって作動する。ラスタ
走査機構は、回折像に対する変向装置も、また、回折像
内で可動のセンサ要素（いわゆるチャネルトロン）も含
むことができる。しかし、このようなシステムは複雑な
構造を有し、かつ準同時的な位置分析とエネルギ分析と
しか出来ないから、不利である。ラスタ走査機構の操作
は時間がかかるから、リアルタイム分析は、例えば、固
体表面変化の場合、限定的にしか可能でない。

【０００６】第２の構造形式の場合、回折像はエネルギ
濾過のために設けられた球体格子を通して観察される。
このようなシステムは、例えば、日本国の応用物理（３
５巻、１９９６年、３５５頁以下）において、Ｙ．ホリ
オがＲＨＥＥＤ実験について記述しており、これを以下
に図９を参照して説明する。

【０００７】図６は、公知のＲＨＥＥＤ装置において観
察板６４の前で３つの球面格子又は球形格子６１，６
２，６３を使用することを示す。球体格子は、非弾性的
に散乱する電子を遮蔽する（吸引する）エネルギ格子と
して形成されている。格子６１と６２との間に減加速電
位Ｖ_r をかける。格子６３は像面６４への結像を修正す
るために役立つ。格子は、試料が格子球面の中心点にあ
るように、距離ｒ₁ 、ｒ₂ 及びｒ₃ で示すように同心的
に配列される。

【０００８】球面格子でのエネルギ濾過は以下の欠点を
有する。

【０００９】この構造は、結像される試料範囲（ここか
ら回折像が出る）が球面格子の中心にあることを必要と
する。したがって、実際に使用可能な像部分及び構造寸
法の双方又は一方を実現するために、試料と検光子（入
射窓）との間の作業間隔（Ａｒｂｅｉｔｓａｂｓｔａｎ
ｄが、（例えば、約２０−３０ｍｍのように）小さいこ
とが必要である。作業間隔は格子半径によって決定さ
れ、その大きさは不変（可変でない）である。

【００１０】作業間隔が小さいと、例えば、コーティン
グ設備において使用される時に、まず、場所の問題（場
所不足の問題）が生じ、次に、球面格子に受け入れがた
い汚染を生じる。この汚染は、作業間隔が小さいため
に、球面格子の領域内に分離すべき物質の分圧を生じさ
せ、格子及び絶縁体上に堆積する可能性があるために生
じる。

【００１１】さらに、実際に興味のあるΔ／Ｅ＜１０^-2
のエネルギ分解能を得る場合、球面格子検光子は最小の
格子孔の大きさに制限される。作業間隔は電界自由空間
として固定的に設けられるものであるから、減加速（エ
ネルギ選択）は、球面格子の範囲内でのみ、短い区間で
生じ得る。減加速電圧を十分に球面格子にかけなければ
ならない。しかし、十分なエネルギ分解能を得るため
に、格子孔は（４０μｍ以下の寸法オーダのように）非
常に小さくなければならない。これは格子の透過率にと
って不利である。

【００１２】さらに、球面格子検光子は、粒子流を平坦
な像面（観察板）に歪みがなく投射するために、少なく
とも３枚の格子を必要とする。これは更に透過率損失を
生じ、そのために全減加速装置の透過率が３０％になっ
てしまう。これは分析感度にとって不利である。

【００１３】場所不足のほかに、コーティング設備（例
えば、ＭＢＥチャンバ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｅａｍ
ｅｐｉｔａｘｙｃｈａｍｂｅｒ））にしばしば存在
する問題は、チャンバに付加フランジが設けられている
ためにしばしば適切な検光子位置が得られないことであ
る。球面格子検光子を、試料に対して相対的に正確に心
合わせすることは可能であるが、限定されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高い
エネルギ分解能と高い感度を得るために試料から検出器
までの作業間隔を大きくした、粒子線の角度及びエネル
ギ分解像を表示するための改良された装置と方法を提供
することである。さらに、本発明の課題は、本発明に相
応して設けられるスペクトロメータと、それの操作と使
用の方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】これらの課題は、請求項
１、１０及び１２の要旨の特徴を有する装置、スペクト
ロメータ及び方法によって解決される。従属請求項から
は好ましい実施形態が得られる。

【００１６】即ち、請求項１の発明は、減加速電界を形
成する電位差が生じるように荷電され得、粒子線が選択
されたエネルギに応じて通過できるように形成された半
透濾過濾過電極を有する、所定のエネルギ分布と角度分
布を有し荷電粒子を含む粒子線を検出器手段に結像する
ための粒子線結像装置において、前記粒子線を平行に
して、前記半透濾過電極に指向され相互間隔が粒子線の
角度分布に対応する実質的に平行な粒子路を通過させる
変向手段を設けたことを特徴とする粒子線結像装置であ
る。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、変向手段が少なくとも１個の減加速レンズがある変
向範囲を含むことを特徴とする。

【００１８】請求項３の発明は、請求項２において、多
数の減加速レンズを有し、該減加速レンズに粒子線の伝
搬方向に向けて増加する減加速電位を掛けることを特徴
とする。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れかの１において、濾過電極が実質的に平坦な格子電極
であり、該格子電極は、平行な粒子路を有する粒子線を
該格子電極の平面に実質的に指向するように配置されて
いることを特徴とする。

【００２０】請求項５の発明は、請求項１乃至４のいず
れかの１において、濾過電極が第１及び第２濾過電極を
含み、該両濾過電極間にエネルギしきい値を決定する大
きさの濾過減加速電位を掛けることを特徴とする。

【００２１】請求項６の発明は、請求項１乃至５のいず
れかの１において、検出器手段が、光学像が形成される
像スクリーンと、該光学像を検出するセンサ手段とを含
むことを特徴とする。

【００２２】請求項７の発明は、請求項６において、検
出器手段が、像記録装置と、積分像光度に対応する信号
を検出するためのセンサとを含むことを特徴とする。

【００２３】請求項８の発明は、請求項１乃至７のい
ずれかの１において、減加速レンズの減加速電位及び濾
過減加速電位が、電子、イオン、イオン群、又は、帯電
原子若しくは分子群を表示するように調節されることを
特徴とする。

【００２４】請求項９の発明は、請求項１乃至８のいず
れかの１に記載の粒子線結像装置に設けられるスペクト
ロメータである。

【００２５】請求項１０の発明は、粒子線を部分透過性
の濾過電極を通過するように形成し、粒子を選択された
エネルギに応じて通過させるために形成された半透濾過
電極を有する、特定のエネルギ分布と角度分布とを有し
荷電粒子を含む粒子線を検出器手段に結像するための粒
子線結像方法において、変向手段によって前記粒子線を
平行にして実質的に平行な粒子路を通過させ、該粒子路
の相互間隔を粒子の角度分布に対応させると共に、該粒
子路を濾過電極に指向させることを特徴とする粒子線結
像方法である。

【００２６】請求項１１の発明は、請求項１０におい
て、像変位手段及び変向手段を、前もって決定された粒
子線の部分を濾過電極に当てるように制御することを特
徴とする。

【００２７】請求項１２の発明は、請求項１乃至９のい
ずれかの１において、真空コーティング設備内で、エネ
ルギ損失スペクトル若しくはオージェ電子スペクトルを
とるためのＲＨＥＥＤ試験、質量スペクトル分析又は表
面ホログラフィー測定のために固体表面を記録すること
を特徴とする。

【００２８】所定のエネルギ分布及び角度分布を荷電さ
れた粒子線を検出手段に結像する装置において、試料か
ら射出される粒子線（又は粒子流束）をまず変向手段
（Ａｂｌｅｎｋｍｉｔｔｅｌ）によって実質的に平行な
直線粒子路に形成し、ついで半透過電極を有するエネル
ギ選択装置にこれらの粒子路を指向させるという概念が
本発明の基礎になっている。この電極装置は、電子回折
を行う場合、非弾性散乱を濾過する対抗電界（Ｇｅｇｅ
ｎｆｅｌｄ）の検光子を形成する。粒子路を平行に配設
することによって本来の粒子線の角度分布についての情
報が完全に表示されることになる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明に基づいて設けられた変向
手段は、試料と検出器手段の間の作業間隔を従来の球面
格子検光子に比して著しく大きくさせるものである。こ
の変向手段は、同時に、感度と分解能の利点と関連して
特徴を発揮するもので、このことについては以下に詳細
に説明する。

【００３０】該変向手段は、複数の電磁レンズ又は他の
適当な電極より成り、発散状態で入射して来た粒子線を
平行にしてエネルギ選択電極装置に指向される平行粒子
線路を通過させ、この電極装置に粒子線の通過中に減加
速して選択通過を行わせる電界を形成させる。この変向
手段は、また、減加速レンズとも呼ぶことにする。

【００３１】即ち、減加速レンズは、放射方向に上昇す
る減加速電位がかけられる少なくとも２個の電界形成要
素（電極）を有する。この減加速レンズは、特に、３個
の電界形成要素を備える。放射方向に３番目の要素を用
いると、周縁放射はより良好に検出できる（周縁放射修
正が出来る）。尤も、これより多数の要素を備えること
もできる。

【００３２】減加速レンズの要素にかけられる電位は、
静電学の知識（例えば、円筒レンズに電界を分布させる
ための知識）を有する専門家によって、具体的な構造形
式と必要な正確さに基づいて計算され、または適当な数
値シミュレーションによって求められる。例えば、ＲＨ
ＥＥＤ実験の際の普通の分析に使用すると、平行化後に
残留する粒子路の発散量は０．５°より小さくなる。

【００３３】本発明に基づいて粒子線が減加速レンズの
電界を通過することは、二重の機能を満たす。第一に、
平行粒子路での回折像（いわゆる平行回折像）が形成さ
れることである。第二に、粒子が減加速されることであ
る。減加速は、好ましくは、粒子がエネルギ選択電極装
置に到着した時に、できるだけ小さいエネルギを有する
程度の大きさにされる。そうして、エネルギ分解能を改
善するために、エネルギ選択電極装置の位置での電界強
度をできるだけ小さくしなければならない。例えば、電
子回折実験を最初約１５ｋｅＶの電子放射で行う場合、
減加速は９０％を目標とする。これはエネルギ分解能を
約１０倍改良することになる。この特性は電子及びイオ
ン又は他の荷電粒子に対して同じである。

【００３４】十分なエネルギ分解能を得るために、格子
孔の大きさは減加速によって最良な大きさにされる。他
方、低エネルギ電極の回折の場合には、減加速をより小
さくすることができる。

【００３５】半透過的な、好ましくは格子状の二つの電
極（いわゆる濾過電極）は、通常、エネルギしきい値以
下のエネルギを持つ粒子が粒子流から取り出され又は分
離され（吸引され）、より高いエネルギを有する粒子だ
けを検出器手段へ通すように減加速電界を形成するため
の電位差（濾過減加速電位）がかけられる。本発明に基
づいて粒子線を平行線に変化させることによって、半透
過電極に実質的に平坦な形状を与え、この平行線が実質
的に垂直に半透過電極に当たるように上記電極を平行線
内に配列することができる。

【００３６】得られる感度は濾過電極の構造形態とそれ
の駆動パラメータ、特に減加速電界の大きさと格子孔の
大きさに依存する。格子要素の近くでは電位に依存して
透過性に影響し、かつエネルギ選択性を乱す電界ひずみ
が生じるので、基本的に大きな格子孔（３００μｍ以
下）が好ましい。

【００３７】濾過電界の通過後、検出器要素への結像が
行われる。検出器要素は、入射してくる粒子流を位置に
依存して捕捉するように設けられた平坦な粒子捕集器に
よって構成される。この粒子捕集器は、好ましくは蛍光
板であって、光検出器、例えば、フォトダイオード装
置、ＣＣＤカメラ、又は、いわゆるチャンネル板に接続
される。しかし、この代りに、イオン放射試験の場合に
適した電子増幅装置が接続されたアノード・マトリック
ス（チャンネルトロン）を備えることも出来る。粒子線
は、濾過電極から検出器要素までの間隔中に加速でき
る。また、電界無しの空間も可能である。検出器要素
は、（例えば、チャンネル板として）、間隔なしで最後
の濾過電極と一体的に結合することも可能である。

【００３８】減加速レンズ、濾過電極及び検出器要素は
これらを一緒に保持するのが好ましい。外部ハウジング
の大きさは構成要素の構造形状に任意に合わせることが
出来るが、標準フランジ（直径１００ｍｍ又は１５０ｍ
ｍ）に合わせることが好ましい。その構造は回転対称に
なっていることが望ましいが、濾過電極は角付きに形成
することもできる。

【００３９】本発明に基づくスペクトロメータは上述の
対抗電界検光子を備えたものあり、それは、感度と動的
特性が角度分布とエネルギ分布のそれぞれの検出に適し
た２個の測定チャンネルで操作されるにようになってい
ることが好ましい。

【００４０】本発明に基づく測定方法は、固体表面での
成長過程中に、粒子線横断面（例えば、回折像）の表示
をエネルギ選択観察で、好ましくは、リアルタイム試験
として行うこと、位置分析されるエネルギ損失スペクト
ルないしはオージェ電子スペクトルを記録すること、又
は、視界の変化を伴う従来の回折実験（例えば、ＲＨＥ
ＥＤ）を実施することを含む。

【００４１】本発明に基づく装置とそれを分光測定方法
に使用する方法は、以下の利点を有する。

【００４２】作業間隔が大きいために濾過電極と検出器
要素を試料から十分離して配置できるから、測定装置の
他の構成要素について場所の問題をなくすることが出来
る。平行放射を行うことによって、検出器上への結像が
簡単になる。したがって、表示修正形の濾過電極は使用
しなくて済み、これに対応する透過率の減少が回避され
る。

【００４３】試料への検出器の間隔及び作業間隔は、変
向手段の電位を適当に調整することによって自由に選択
できる。本発明に基づくシステムは、電位の変更によっ
て簡単に異なる試料位置に合わせることができる。

【００４４】特に、ＭＢＥ装置で原位置測定（ｉｎｓ
ｉｔ−Ｍｅｓｓｕｎｇｅｎ）を行う場合、すべての検光
子要素は気化器（Ｖｅｒｄａｍｐｆｅｒ）の妨げにな
る分圧が生じないチャンバ外側に配置され得る。したが
って、よごれが発生しないので、高い信頼性が得られ
る。同時に、検光子をＭＢＥチャンバ内で最良の位置に
設置できない場合は、変向手段によって角度修正（不正
方向の調整）が可能である。

【００４５】始めに、作業間隔が大きい場合、角度分析
は、試料から射出される一次粒子線についても、１５°
−２０°の範囲内で行うことができる。

【００４６】変向手段によって実際に検出される視野の
選択が可能になる。減加速レンズの電圧を簡単に変える
ことによってズーム効果が得られる。

【００４７】平行放射を減加速することによって、濾過
電極に、より大きい格子孔を使用できる。それによって
減加速装置全体の透過率は約８０％まで上昇するから、
感度はより大きくなる。さらに、より大きい格子孔を有
する濾過電極は、良好に製造及び操作ができ、そして高
信頼性を持つという特徴がある。

【００４８】本発明に基づく装置は、１０^-4の範囲内の
すぐれたエネルギ分解能を有することができる。それ
で、１５ｋｅＶの一次放射内で、なお２ｅＶの特性幅を
持つエネルギ分布の分析が行われる。エネルギ分解能は
変向手段の電位からの影響を受け易い。また、エネルギ
分解能はエネルギ選択電極装置内での電界強さに比例す
る。高い電界強さはエネルギ幅をより大きくし、乃至
は、分解能の値をより小さくする。

【００４９】例えば、蛍光板をＣＣＤカメラ又はチャン
ネル板に組み合せたものとしての検出器（Ｄｅｔｅｋｔ
ｏｒ）を用いると、最小の電子流での駆動が可能にな
る。

【００５０】本発明の実施は任意の荷電粒子の分析に関
するが、電子回折検査に限定されるものでない。

【００５１】

【実施例】以下に説明する本発明の実施例は、本発明に
よる装置を例示的にコンパクトな構造のもので示すが、
本発明はコンパクトな構造のものに限定されない。むし
ろ、試料が、例えば、試料温度のために、又はよごれを
避けるために、検出器からできるだけ離されなければな
らない場合、軸方向により長い構造のものにすることも
可能である。

【００５２】図１は、所定のエネルギ分布と角度分布を
有する電子線を結像するための、本発明に基づくる検光
装置（Ａｎａｌｙｓａｔｏｒａｕｆｂａｕ）１００を示
す。端部に保持手段１０２，１０３を有する円筒状ハウ
ジング１０１は、変向範囲１０４と、濾過範囲１０５
と、検出器範囲（Ｄｅｔｅｃｔｏｒｂｅｒｅｉｃｈ）１
０６とを含む。変向範囲１０４内の変向手段は、減加速
レンズ１１０，１１１及び１１２によって形成される。
濾過範囲１０５は、実施的に平坦な格子状電極網を形成
する濾過電極１１３及び１１４を含む。検出器範囲１０
６内の検出器要素は、適当なセンサ手段（図示せず）と
協働する蛍光板１１５である。センサ手段は、ＣＣＤカ
メラ、フォトダイオード及び電子増幅装置の全部又は一
部を含む（図２，３参照）。個々の部品の電力供給線と
保持具は図示されていない。蛍光板１１５は帯電を避け
るために導電性になっている。より小さい電流で非常に
敏感な測定を行う場合は、蛍光板はチャンネル板電子増
幅装置に換えることが出来る。その時、蛍光板はチャン
ネル板の後方に設置される。

【００５３】操作状態では、電子線１０８は入射孔１０
７を通してハウジング（検光装置）１００内に入射す
る。電子線１０８は、例えば、試料表面での散乱後に発
散粒子路を形成する電子束（電子流）である。図におい
て、粒子線路は、１°間隔の電子線によって示されてい
る。入射孔１０７が形成する絞りで、散乱された電子束
の一部分を捕捉する。捕捉された電子線は電子流とな
り、散乱電子の角度分布がこれらの電子線が交差する平
面、例えば、入射孔１０７の平面に生じることになる。
また、電子は減加速レンズ１１０，１１１及び１１２か
ら発生する電界の影響を受けて矢印Ａの方向に移動し、
それによって、電子束（電子線１０９）が形成され、実
質的に平行な直線粒子路に形成される。また、電子線１
０９については、本来の角度分布に相応する電子流の分
布が運動方向Ａに直角な平面に生じる。

【００５４】電子線１０９は減加速レンズ１１２と同じ
電位を有する第１濾過電極１１３に当たる。第１濾過電
極１１３の格子孔は約３００μｍの大きさを有するが、
これより小さくてもよい。格子孔を通過した電子は、濾
過減加速電位に抗して、好ましくは、第１濾過電極１１
３と同じ幾何学的特性を有する第２濾過電極１１４へ走
行する。

【００５５】電子は十分に高いエネルギが与えられて減
加速度電位に抗して第２濾過電極１１４の格子孔を通過
し、蛍光板１１５に当たる。蛍光板１１５と第２濾過電
極１１４との間に加速電位が形成される。

【００５６】例えば、減加速度レンズ１１０，１１１，
及び１１２の電位に対して、それぞれ、−１０．３ｋ
Ｖ、−１７．４ｋＶ、及び−１７．５ｋＶ（ハウジング
接地）が対応する。減加速度レンズ１１２は周縁放射の
修正を行うために設けられている。これらの電位の大き
さを調節することによって、入射孔１０７を通過して第
１濾過電極１１３に当たる電子線の部分がどの程度のサ
イズになるか、即ち、検出器要素の視野がどの程度の大
きさになるかを決定できる。視野に入らない放射部分を
記録する側面捕集電極を備えることができる。

【００５７】第２濾過電極１１４の電位は、例えば、−
２０ｋＶであるが、多くの場合、調節手段（図示せず）
で可変とし、特定のエネルギ選択ができるようにしてい
る。蛍光板１１５は約１９ｋＶの電位を持ち得る。

【００５８】エネルギしきい値は第２濾過電極１１４の
電位によって決定される。エネルギしきい値以下のエネ
ルギを有する電子は、減加速電位を通り抜けることが出
来ない。電子がこれより高い電位を有する場合は、その
電位は、蛍光板に対して加速電位になる。この特性があ
るために、減加速電位は高い通過特性を有する濾過電位
になる。

【００５９】図２は、本発明によるスペクトロメータ２
００（制御装置等がない測定部分である）の実施例を示
し、これの円筒ハウジング２０１内に図１に基づく検光
子装置（Ａｎａｌｙｓａｔｏｒａｕｆｂａｕ）を内蔵し
ている。

【００６０】試料２２０に一次電子線（一次粒流）２２
１が軽く触れるように当てられる。発散粒子線路を持つ
回折された電子線２０８は入射孔２０７を通して検光子
装置内に入り、変向手段（図示せず）によって平行粒子
線路を持つ電子線（光線）２０９に変換され、濾過電極
（図示せず）によって濾過されて蛍光板又は像増幅器に
結像され、ビデオカメラ２３０で撮影される。

【００６１】ハウジング２０１は保持手段２０２及び２
０３で外側金属遮蔽体２４０を保持する。保持手段２０
２は、例えば、真空室を形成するようなフランジになっ
ている。ハウジング２０１の側面に電力供給線及び制御
配線用のフランジ２４１が設けられている。

【００６２】試料２２０と入射孔２０７の間の作業間隔
ｄは可変であって、５０ｍｍ乃至１００ｍｍにすること
ができる。

【００６３】図３は、ＲＨＥＥＤ電子線源３５０、本発
明に基づくスペクトロメータ３００、制御要素３６０及
びデータ処理ユニット３７０を設けたＲＨＥＥＤ装置を
示す。電子線源３５０は、試料３２０を照射するために
設けられている。散乱した電子束は、実質的に図２に基
づく構造のものに対応するスペクトロメータ３００によ
って検出される。

【００６４】図３に基づく実施例の場合、検光子は２つ
の測定チャンネルで同時に操作される。濾過装置を通過
した蛍光板３１５上の回折像は、ビームスプリッタ３３
１を含む光学系によって検出される。ビームスプリッタ
３３１を用いると、一方では、二次元検出器、例えば、
ＣＣＤカメラ３３０で像検出を、他方では、応答の早い
動的センサ３３２、例えば、フォトダイオード又はフォ
トマルチプライヤで、回折像の積分光線密度（ｉｎｔｅ
ｒａｌｅｎＬｅｕｃｈｔｄｉｃｈｔｅｄｅｓＢｅ
ｕｇｕｎｓｂｉｌｄｅｓ）に対応する信号の検出が可能
になる。このことは、像が比較的低スピードのカメラで
検出可能であるという利点を持つ。

【００６５】光学系（レンズなど）の詳細は説明しな
い。

【００６６】また、高い動的範囲を持つ迅速な積分測定
を行うことによって、信号−騒音比が低いこととエネル
ギ損失スペクトルを直接記録することとを特徴とするロ
ックイン測定が可能になる。濾過格子減加速電位を変え
ることによって、通過した電子のエネルギに応じて時間
経過内に変化する電子流の検出が可能になる。減加速格
子装置を濾過段階に用いることは電子流の通過量を多く
することを意味するから、電子流の導関数をとることに
よってエネルギ損失スペクトルが直接に記録され得る。

【００６７】ＲＨＥＥＤ装置の制御要素３６０及びデー
タ処理ユニット３７０を図３のブロック図に基づいて説
明する。制御要素３６０は、電子線源３５０の電力供給
ユニット３６１、電子線源３５０用の変向ユニット３６
２、スペクトロメータ制御ユニット３６３、ロックイン
システム３６４及び電流増幅器３６５を含む。好ましく
は、コンピュータ制御装置の形のデータ処理装置３７０
は、電力供給ユニット３６１用の制御信号供給回路３７
１、照射パラメータのプリセット回路３７２、スペクト
ロメータ制御信号供給回路３７３、データロックイン記
録回路３７４、ＭＢＥ装置（図示せず）を用いた成長過
程制御回路（ＳｔｅｕｒｕｎｇｖｏｎＷａｃｈｓｔｕ
ｍｓｖｏｒｇａｅｎｇｅｎ）３７５及び像処理・表示
回路３７６を含む。データロックイン記録回路３７４は
迅速な１６ビットデータの記録を行う。

【００６８】減加速信号の電圧の変化による上述のズー
ム効果は、レンズの対称性によって軸方向に生じる。本
発明によるシステムは、像が撮像される試料の断面部分
を、軸方向の外方へも変更（像変位）できるように、図
４に３枚の断面図で説明する像変位手段を追加的に備え
る。図４は、図１による検光装置１００に実質的に相当
し外部ハウジング４９０を有する検光装置４００を示
す。

【００６９】少なくとも１つの別の変向ユニットの形の
像変位手段４８０を、試料４２０と入射孔４０２との間
に配置する。２度の変向による像変位で平行化が可能で
あるから、２つの変向ユニット４８０ａ，４８０ｂを備
えることが望ましい。磁界によって像誤差をより小さく
出来るから、変向ユニットを、これが磁気的に電子線へ
影響を及ぼすように調整する。磁気コイルを使用する場
合、これは、真空中で適切に用いられるように適切に選
択された材料で形成されなければならない。しかし、電
気変向ユニット（静電変向板）も可能である。変向ユニ
ット（像変位手段）４８０と入射孔４０２との間に、付
加的に、電子線制限絞り４１６を備える。

【００７０】図４中（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それ
ぞれ、像変位のない場合（（ａ）−図１に対応）、下方
に像変位ある場合（ｂ）及び上方へ像変位ある場合
（ｃ）を示す。

【００７１】像変位手段４８０と変向手段４０４を適当
に選択して制御することによって、観察される試料の像
部分をズーム効果と組み合せて有利に選択することが出
来る。

【００７２】本発明に基づく検光子装置の重要な利点
が、図５の（ａ）及び（ｂ）から明らかである。図５の
（ａ）は、１２ｋｅＶの電子線の強さ−エネルギ関数の
一次導関数を示す。強さ分布幅の半値（転換点の間隔の
半分）は、２．５ｅＶであり、これは約２×１０^-4のエ
ネルギ分解能に相当する。図５の（ｂ）に説明する、銀
の試料のエネルギ損失スペクトルは、４ｅＶと２３ｅＶ
の場合に、別々の最大値を示す。最大値の位置は物質に
固有であるから、本発明に基づくスペクトロメータを使
用して、高精度の化学分析を材料表面で行うことが出来
る。

【００７３】本発明に基づいて、回折像またはエネルギ
損失スペクトルの記録前に、まず、視野の対象になる範
囲を選んでから選択された分析を行うように、従来の分
析方法が角度分解能とエネルギ分解能によって修正され
る。本発明の好ましい使用方法としては、真空コーティ
ング設備、例えば、ＭＢＥチャンバ内のコーティングま
たは吸着などをリアルタイム観察で行うことがある。

【００７４】さらに、この発明は、弾性および非弾性散
乱を分離し又はキクチ・ラインを除去するためのエネル
ギ濾過式ＲＨＥＥＤ装置、イオンスペクトロメータ及び
質量スペクトロメータ、任意の角度分解能用エネルギ検
光子並びに電子分光ホログラフィーに使用可能である。
この発明の重要な用途は、イオン散乱分光技術（イオン
スキャッタリング・スペクトロスコピー（ＩＳＳ））に
用いることである。その際、逆散乱イオンのエネルギ分
布を、できるだけ小さい特定の角度に対して測定するよ
うにする。この発明によってエネルギと角度測定を同時
に行うことが可能である。表面ホログラフィーの際は、
拡散的散乱電子の角度分布を測定する。分布構造を数値
処理後に解析し、吸着物または微細構造によって表面上
に生じる高ホログラフィー効果を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく装置の実施形態の断面図であ
る。

【図２】本発明に基づく分光計の実施形態の１部を切断
して示す図である。

【図３】本発明による分光計を有するＲＨＥＥＤ装置の
一例である。

【図４】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の他の実
施形態で、それぞれ像変位を説明するものである。

【図５】（ａ）は本発明に基づくスペクトロメータのエ
ネルギ分解能を示すグラフ、（ｂ）は本発明に基づくス
ペクトロメータで測定されたエネルギ損失スペクトルを
示すグラフである。

【図６】従来の技術によるＲＨＥＥＤ装置の球体格子の
断面図である。

【符号の説明】

１００検光装置１０１円筒ハウジング１０２，１０３保持手段１０４変向範囲１０５濾過範囲１０６検出器範囲１０７入射孔１０８，１０９電子線１１０，１１１，１１２減加速レンズ１１３，１１４濾過電極１１５蛍光板２００スペクトロメータ２０１円筒ハウジング２０２，２０３保持手段２０７入射孔２０８，２０９電子線２２０試料２２１一次電子線２３０ビデオカメラ２４０外側金属遮蔽２４1 フランジ３００分光計３１５蛍光板３２０試料３３０ＣＣＤカメラ３３１ビームスプリッタ３３２動的センサ３５０電子線源３６０制御要素３６１電流供給ユニット３６２変向ユニット３６３分光計制御ユニット３６４ロックインシステム３６５電流増幅器３７０データ処理装置３７１制御信号準備回路３７２照射パラメータプリセット回路３７３スペクトロメータ制御信号供給回路３７４データロックイン記録回路３７５成長過程制御回路３７６像処理・表示回路４００検光子装置４０２入射孔４０４変向手段４１６絞り４２０試料４８０変向ユニット４８０ａ，４８０ｂ偏向ユニット４９０外部ハウジング

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｊ 49/44 Ｈ０１Ｊ 49/44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減加速電界を形成する電位差が生じるよ
うに荷電され得、粒子線が選択されたエネルギに応じて
通過できるように形成された半透濾過濾過電極を有す
る、所定のエネルギ分布と角度分布を有し荷電粒子を含
む粒子線を検出器手段に結像するための粒子線結像装置
において、前記粒子線を平行にして、前記半透濾過電極に指向され
相互間隔が粒子線の角度分布に対応する実質的に平行な
粒子路を通過させる変向手段を設けたことを特徴とする
粒子線結像装置。
【請求項２】変向手段が少なくとも１個の減加速レン
ズがある変向範囲を含むことを特徴とする請求項１に記
載の粒子線結像装置。
【請求項３】更に他の減加速レンズを有し、前記１個
の減加速加速レンズ及び前記他の減加速レンズに粒子線
の伝搬方向に向けて増加する減加速電位を掛けることを
特徴とする請求項２項に記載の粒子線結像装置。
【請求項４】濾過電極が実質的に平坦な格子電極であ
り、該格子電極は、平行な粒子路を有する粒子線を該格
子電極の平面に実質的に指向するように配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの１に記載
の粒子線結像装置。
【請求項５】濾過電極が第１及び第２濾過電極を含
み、該両濾過電極間にエネルギしきい値を決定する大き
さの濾過減加速電位を掛けることを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかの１に記載の粒子線結像装置。
【請求項６】検出器手段が、光学像が形成される像ス
クリーンと、該光学像を検出するセンサ手段とを含むこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの１に記載の
粒子線結像装置。
【請求項７】検出器手段が、像記録装置と、積分像光
度に対応する信号を検出するためのセンサとを含むこと
を特徴とする請求項６に記載の粒子線結像装置。
【請求項８】減加速レンズの減加速電位及び濾過減加
速電位が、電子、イオン、イオン群、又は、帯電原子若
しくは分子群を表示するように調節されることを特徴と
する請求項１乃至７のいずれかの１に記載の粒子線結像
装置。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかの１に記載の
粒子線結像装置に設けられるスペクトロメータ。
【請求項１０】粒子線を部分透過性の濾過電極を通過
するように形成し、粒子を選択されたエネルギに応じて
通過させるために形成された半透濾過電極を有する、特
定のエネルギ分布と角度分布とを有し荷電粒子を含む粒
子線を検出器手段に結像するための粒子線結像方法にお
いて、変向手段によって前記粒子線を平行にして実質的に平行
な粒子路を通過させ、該粒子路の相互間隔を粒子の角度
分布に対応させると共に、該粒子路を濾過電極に指向さ
せることを特徴とする粒子線結像方法。
【請求項１１】像変位手段及び変向手段を、予め決定
された粒子線の部分を濾過電極に当てるように制御する
ことを特徴とする請求項１０に記載の粒子線結像方法。
【請求項１２】真空コーティング設備内で、エネルギ
損失スペクトル若しくはオージェ電子スペクトルをとる
ためのＲＨＥＥＤ試験、質量スペクトル分析又は表面ホ
ログラフィー測定のために固体表面を記録することを特
徴とする請求項１乃至９のいずれかの１に記載の粒子線
結像装置の使用方法。