(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択Ｘ線帯域を集束させる精密凹型モノクロメータを含む製品で、凹型曲率を有する研磨面を有するベースプレートと、均一な厚さを有し共通の材料、格子構造および結晶方位より構成された複数の結晶小板からなるモノクロメータとを備え、同結晶小板は結晶学的に整合した状態に配置された配列でベース部材の研磨面に凹型曲率をとり精密モノクロメータを形成するように接着された研磨側部を有する物である前記製品。
【請求項２】
更に、集束電子ビームを生成する電子銃と；
前記集束電子ビームを受取りＸ線を生成するように配置されたアノード面を有するアノードと；
集束電子ビームをアノード表面上の選択アノードスポットへ選択的に指向させることによってＸ線が選択アノードスポットから生成されるようにし、選択アノードスポットがアノード表面上のアノードスポットの配列から選択可能とした指向手段と；
前記選択アノードスポットからＸ線を受取り、所定のＸ線エネルギー帯域をサンプル表面の選択ピクセル領域上にＸ線スポットとして集束させ、光電子が選択ピクセル領域から放出され、従って前記選択ピクセル領域が選択アノードスポットに相当し、従ってアノードスポットの配列に相当するピクセル領域の配列から選択できるようになっている集束手段と；
前記選択ピクセル領域から光電子を受取り光電子を表わす信号を生成する検出手段と；
前記信号を受取り光電子と関連するサンプル情報を表示するディスプレイ手段とから成り、集束手段は凹型曲率を有する研磨面を備えたベース部材と均一な厚さを有し共通の材料、格子構造および結晶部位により構成された複数の結晶小板から成るモノクロメーター結晶配列とを備えた請求項１に記載の選択Ｘ線帯域を集束させる精密凹型モノクロメータを含む製品からなる計器。
【請求項３】
光電子が選択ピクセル領域における化学種の電子エネルギー特性を有し、前記検出手段が光電子を受取りその電子エネルギーを分析する分析手段を備え、サンプル情報が電子エネルギー、すなわち、選択ピクセル領域における化学種を表わす請求項２の計器。
【請求項４】
分析手段が光電子を所定経路内で偏向させ選択電子エネルギーにより選択的に偏向させる偏向手段と、前記経路を決定する選択された信号すなわち選択エネルギーを偏向器に付与する信号手段と、から成る請求項３の計器。
【請求項５】
モノクロメータがアノード表面およびサンプル表面と共働的に配置され、所定エネルギー帯域内でＸ線スポットをアノードスポットのＸ線画像として生じさせる請求項２の計器。
【請求項６】
モノクロメータ、アノード表面およびサンプル表面がロウランド円上に共働して位置決めされＸ線画像を形成する請求項５の計器。
【請求項７】
ディスプレイ手段が前記位置決め手段と共働してサンプル表面上のピクセル領域位置に相関するサンプル情報の写像を表示する写像手段を備える請求項２の計器。
【請求項８】
更に、サンプル表面から光電子を集め、その集められた光電子を分析手段内へ方向ずけるように配置されるレンズ手段を備え、同レンズ手段が、方向ずけ手段と共働する偏向手段を備え、中心外のピクセル領域から発せられた光電子を分析手段に入る一本の中心ビームへ偏向させる請求項２の計器。
【請求項９】
集束電子ビームを生成する電子銃と；
上記集束電子ビームを受取りＸ線を生成させるべく配置されたアノード面を有するアノードと；
集束ビームをアノード面上のアノードスポットの配列上でラスター走査することによってアノードスポットの各々から順次Ｘ線を生成させるラスター走査手段と；
アノードスポットからＸ線を受取り所定エネルギーのＸ線エネルギー帯域をＸ線スポットとしてサンプル面上に集束させる集束手段で、ラスター走査によってサンプル面上のピクセル領域の配列上でＸ線スポットの運動を行わせ、内部に化学種の電子エネルギー特性を有する各ピクセル領域から順次光電子を放出させ、ピクセル領域の配列がシノードスポットの配列に相当するようになったものと；
順次ピクセル領域から光電子を受取り電子エネルギーを分析する分析手段と；
分析手段と共働し前記電子エネルギーを表わすサンプル情報すなわちピクセル領域の配列における化学種の写像を表示する手段とから成り、集束手段は凹型曲率を有する研磨面を備えたベース部材と均一な厚さを有し共通の材料、格子構造および結晶方位により構成された複数の結晶小板から成るモノクロメータ結晶配列とを備えているサンプル表面を分析するための請求項１に記載の選択Ｘ線帯域を集束させる精密凹型モノクロメータを含む製品からなる計器。
【請求項１０】
分析手段が光電子を所定経路内で偏向させ選択電子エネルギーに従い選択的に検出する偏向手段と、前記経路、従って選択エネルギーを決定する選択電気信号を偏向器へ付与する信号手段と、を備える請求項９の計器。
【請求項１１】
偏向手段が静電偏向手段より成り、光電子を所定経路内で偏向させ検出し、選択電気信号が選択電圧より成る請求項１０の計器。
【請求項１２】
Ｘ線エネルギー帯域がサンプル表面を横切る固有のＸ線エネルギーシフトを有し、電圧手段がラスター走査手段と調整され、それに応じて選択電圧を変調しシフトを補償する請求項１１の計器。
【請求項１３】
Ｘ線エネルギー帯域がサンプル面を横切る固有のエネルギーシフトを有し、計器が更に前記シフトを補償する分析器と組合わせた手段を備えている請求項１０の計器。
【請求項１４】
サンプル表面が電気的に絶縁性で、計器が更に、サンプル表面を低レベルの電子により氾濫させ、ラスター走査中サンプル表面から光電子の損失を中和する氾濫手段を備える請求項９の計器。
【請求項１５】
計器が更にサンプル表面から直接光電子を受取りそれに対応する光電子信号を生成する検出手段と、光電子信号を受取りラスター走査手段と共働し表面の走査光電子画像を生成する処理手段と、から成る請求項９の計器。
【請求項１６】
検出手段が低エネルギー光電子を受取りそれに対応する信号を生成する請求項１５の計器。
【請求項１７】
計器が更に、サンプル表面を有するサンプルをサポートする可動段を備えている請求項９の計器。
【請求項１８】
更に、サンプル表面から光電子を集めその集められた光電子を分析手段内へ方向ずけるように配置されたレンズ手段より成り、同レンズ手段が、ラスター走査手段と共働して中心外ピクセル領域から発せられた光電子を分析手段に入る一本の中心ビームに偏向させる偏向手段より成る請求項９の計器。
【請求項１９】
更に、サンプル表面を磁気界浸レンズと分析手段との間に配置されたサンプル表面に近接して配置された磁気界浸レンズを備え、磁気界浸レンズの磁界がサンプル表面から光電子の実質的な部分を集め、同部分を分析手段へ指向させる請求項９の計器。
【請求項２０】
集束手段が凹型曲率を有しアノード表面とサンプル表面と共働して配置されるモノクロメータを備え、Ｘ線スポットを所定エネルギー帯域内でアノードスポットのＸ線画像として形成させる請求項９の計器。
【請求項２１】
モノクロメータ、アノード表面、サンプル表面が共働してロウランド円上に配置されＸ線画像を形成する請求項２０の計器。
【請求項２２】
集束電子ビームを生成する電子銃と；集束電子ビームを受取りＸ線を生成するように配置されたアノード面を有するアノードと；
上記集束ビームをアノード表面上のアノードスポットの配列上にラスター走査してＸ線を順次アノードスポットの各々から発生させるラスター走査手段と；
アノードスポットからＸ線を受取り所定エネルギーのＸ線エネルギー帯域をＸ線スポットとしてサンプル表面上に集束させる集束手段で、前記ラスター走査がサンプル表面上のピクセル領域の配列内の各ピクセル領域上で順次Ｘ線スポットを移動させることによって光電子が化学種の電子エネルギー特性を有する各ピクセル領域から発せられ、ピクセル領域の配列がアノードスポットの配列に相当するようになったものと；
光電子を受取りそれに対応する光電子信号を発生する検出手段と；
光電子信号を受取りラスター走査手段と共働してサンプル面の走査光電子画像を生成する処理手段とから成り、集束手段は凹型曲率を有する研磨面を備えたベース部材と、均一な厚さを有し共通の材料、格子構造および結晶方位により構成された複数の結晶小板から成るモノクロメータ結晶配列とを備えた請求項１に記載の選択Ｘ線帯域を集束させる精密モノクロメータを含む製品から成るサンプル表面分析用計器。
【請求項２３】
集束手段が凹型曲率を有しアノード表面とサンプル表面と共働して配置されるモノクロメータより成り、Ｘ線スポットを所定エネルギー帯域内でアノードスポットのＸ線画像として形成させる請求項２２の計器。
【請求項２４】
モノクロメータ、アノード表面およびサンプル表面がロウランド円上に共動的に配置されＸ線画像を形成する請求項２３の計器。
【請求項２５】
サンプル表面が電気的に絶縁性で、計器が更にラスター走査を周期的に停止させる中断手段と、中断中に低レベルの電子によりサンプル表面を輻射するパルス手段を備え、ラスター走査中にサンプル表面からの光電子の損失を中和する請求項２２の計器。
【請求項２６】
結晶小板が１０〜１００ミクロンの均一な厚さを有し、小板の各側部の寸法が１０〜５０mmの範囲にある請求項１〜２５何れか１項に記載の製品または計器。
【請求項２７】
小板が面に対して１００の結晶方位を有するクオーツから形成される請求項１〜２５の何れか１項に記載の製品または計器。
【請求項２８】
ベース部材が小板のそれと同一の材質により構成される請求項１〜２５の何れか１項に記載の製品または計器。
【請求項２９】
小板が単一の結晶部材のフラット面上に区画された配置区分の初期配列から生成され、上記区分が結晶部材より切断され小板を形成し、小板の研磨側が初期配列のそれと同一の配置配列でベース部材の研磨面に接着された請求項１〜２５の何れか１項に記載の製品または計器。
【請求項３０】
ベース部材上に凹型曲率を有する研磨面を形成し、単一の結晶部材のフラット面上に配列された区分の初期配列を区画し，結晶部材から区画区分を均一な厚さに切断して複数の小板を形成し、各小板の一側部を研磨し、小板の研磨側をベース部材の研磨面に接着させて凹型曲率をとらせ、小板が初期配列のそれと同一の配置配列に結晶アラインメントしてベース部材の研磨面上に配列整合した小板が精密凹型モノクロメータを形成することから成る方法によって製造された請求項１に記載の製品。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法の研磨工程を切断工程に先立って行う請求項３０に記載の製品。
【請求項３２】
更に、切断に先立つ手順の開始において、初めに単一の結晶部材のフラット面を光学的にフラットに研磨し、区画化し、結晶部材から剛性上厚い小板を切断し、厚い小板を光学的にフラットなサポート部材上に取付けて厚い小板を露出側を有する初期配列のそれと同一の配列に結晶整合させてサポート部材上に配置し、露出側に取付けられた小板を所定の厚さに薄くし、露出された薄い側をフラット面に対して平行な光学的フラットに研磨し、サポート部材から小板を除去して露出された研磨側をベース部材の研磨面に接着させる工程を含む方法によって製造された請求項３０に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的に選択Ｘ線帯域を集束させる精密凹型モノクロメータを含む製品、サンプル表面の電子ミクロ分析、そして特に、高解像Ｘ線走査光電子分光方法ならびに画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、種々の電子顕微鏡と、それに関連する表面分析器が開発されている。化学計測表面分析に対する一つのアプローチは、サンプル表面に紫外線または好ましくは殊にＸ線を照射し、発射される特性光電子を検出する化学分析用電子分光法（ＥＳＣＡ）である。
【０００３】
後者の方法はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）としても知られている。光電子は特定の狭いエネルギー帯の電子のみを検出器に通すことの可能な静電又は磁気分析器により濾過される。検出される光線の強度は、通常の場合、サンプル面上またはその近くにおける所与の化学成分の濃度を示すものである。米国特許第３，７６６，３８１号（ワトソン(Watson)）は静電半球型の分析器を含むそのような方式について記述している
【０００４】
表面分析用のもう一つの方法は集束された一次電子ビームによりサンプル表面の小さな領域に発生する二次オージェ電子を利用するものである。素子の表面写像は一次電子ビームで走査することにより行われる。円筒型静電電子分析器を利用する走査オージェ（Auger）マイクロプローブの例は、米国特許第４，０４８，４９８号（パームバーグ(Palmberg)外）に提示されている。
【０００５】
より一般的に知られている計器は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、集束された電子ビームが表面上にラスター走査されるようになっている。この表面から発せられた二次電子は、ラスター位置と相関して検出される。二次電子信号は電子的に処理されて表面の位相幾何学的な特徴のある画像を与える。ＳＥＭ自体は化学計測分析を与えるものではない。ＳＥＭのもう一つの制約は、入射電子ビームから電荷が急速に増大するために一定のインシュレータの表面を撮像することになることである。導電性コーチングその他の技法を使用して帯電を緩和するが、分析中に、表面細部が失われたり、余分な準備の時間と費用がかかったり、表面層を除去する能力が失われたりする。米国特許第５，１１８，９４１（ラーソン(Larson)）は、インシュレータサンプルが一つのＳＥＭフレームをラスターしながら撮像可能なことを開示しているが、それは解像度を犠牲にしてはじめて可能になるにすぎない。
【０００６】
また、後者の特許は、ミクロ分析器と共にＳＥＭを使用することによりサンプル表面をミクロ分析するターゲット領域をつきとめる方式について開示している。ＳＥＭ電子ビームから後方散乱した電子は分析器を通り抜けてＳＥＭ画像上に重ね合わされるもう一つの画像を生成することによって、その画像がミクロ分析用ターゲット領域を表わすようになっている。
このように、サンプル表面に衝突する電子ビームを伴う方式は、高感度計器に発展し、その場合、非常に小さな領域を分析用に選択することができるようになっている。ラスター走査を使用して表面の画像や化学的写像を提供することができる。しかしながら、同様な小領域の感変ラスター写像はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）の場合とらえがたい。
【０００７】
アノードターゲットからのＸ線は、米国特許第３，５６７，９２６号（ジークバーン(Siegbahn)）および３，６１７，７４１号（ジークバーン(Siegbahn)外）に教示されているように、凹型結晶モノクロメータによりサンプル上に集束させられる。
【０００８】
Ｘ線を集束させるための凹型モノクロメータの構成方法は、米国特許第３，７７２，５２２号（ハモンド(Hammond) 外）に開示されている。同文献では、クオーツ結晶円板を金属膜により基板の凹型球面上へろう付けしている。結晶円板は湾曲部に取付中破断する傾向があるために、例えばパーキンエルマーにより市販されているＰＨＩモデル５６００計器に使用されるモノクロメータの表面に多数の小板を接着させることができる。接着技法にはろう付け、光学的接触、エポキシ等が含まれる。上記小板は一本のクオーツ結晶棒の端から順次切断される。
【０００９】
分析領域を小さくするための第２のアプローチは、静電対物レンズについて米国特許第Ｒｅ．３３，２７５号（ワーデル(Wardell) 外）に教示されているように光電子の小領域対物レンズと共にサンプル表面にフラッドするＸ線ビームを使用することである。界浸レンズ、単極片レンズ、又はシュノーケルレンズとして種々知られている磁気レンズの一種を使用して、Ｘ線をフラッドさせた表面を直接ＸＰＳ撮像する方法が、米国特許第４，８１０，８８０号（ガーラッチ(Gerlach) ）と４，８１０，８７９号（ウオルカー(Walker)）に教示されている。
【００１０】
ＸＰＳの走査はサンプルやレンズを機械的にラスター走査することにより実施することができるが、厄介である。また、走査は対物レンズ内の電子偏向により行われ「有機イオン撮像のための広角二次イオンプローブ(A Wide-angle Secondary Ion Probe for Organic Ion Imaging)」（シー・シー・グリム(C.C. Grimm)、アール・ティー・ショート(R.T. Short)、およびピー・ジェイ・トッド(P.J. Todd) 、”Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ．Ｓｐｅｃｔｒｕｍ１９９１”、２，３６２−３７１頁）と題する論文に記述の方法でオフ軸から電子を受取ることもできる。このような光電子走査は、「ＡＸＩＳ；撮像Ｘ線光電子分光器」（アイ・ダヴリュ・ドラモンド(I.W. Drummond) 、エフ・ジェイ・ストリート(F.J.Street) 、エル・ピー・オグデン(L.P. Ogden)、ディー・ジェイ・サーマン(D.J. Surman) ）、”スキャニング １３（ＳＣＡＮＮＩＮＧ １３）”、１４９−１６３頁（１９９１年３月−４月））と題する論文に開示されている。
【００１１】
より精密なタイプのＸ線顕微鏡は、ゾーンプレートとミラー技術を利用している。このためにはシンクロトロンのような非常に強いＸ線源が必要となるので、一般的使用には実際的ではない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一つの目的は、感度を向上させるＸ線光電子分析によりサンプル表面上の選択ピクセル領域を化学計測表面分析する改良形計器を提供することである。もう一つの目的は、Ｘ線光電子分析により表面領域を横切って化学計測写像する新規な計器を提供することである。更に、もう一つの目的は、集束Ｘ線により生成された光電子からサンプル表面を高感度撮像することである。更にもう一つの目的は、そのような計器において改良された感度と精度を与えるＸ線モノクロメータを提供することである。更にもう一つの目的は、インシュレータ面の改良された化学計測分析と撮像を可能にすることである。
【００１３】
上記およびその他の目的は、集束電子ビームを生成する電子銃と、Ｘ線を生成するように集束電子ビームを受取るべく配置された表面を有するアノードと、を備えるサンプル表面分析用計器によって達成される。指向手段が集束電子ビームをアノード表面上の選択スポット上へ選択的に指向させることにより、Ｘ線がその選択アノードスポットから生成される。集束手段は、サンプル表面の選択ピクセル領域上のＸ線スポット内のＸ線の狭いエネルギー帯を集束させるＸ線を受取ることによって、光電子が選択ピクセル領域から発せられる。
【００１４】
アノードスポットは、アノード表面上のアノードスポットの配列から選択することができる。選択されたピクセル領域は、選択されたアノードスポットに対応し、従ってアノードスポットの配列に対応するピクセル領域の配列から選択可能である。
【００１５】
検出手段は、選択ピクセル領域から光電子を受取り、光電子を表わす信号を発生する。プロセッサを含むディスプレイ手段はその信号を受取り、光電子と関連するサンプル情報を表示する。
【００１６】
別の態様では、前記計器は、集束電子ビームを受取りＸ線を生成するように配置されたアノード表面により集束電子ビームを生成する電子ビーム銃を備えると同時に、集束ビームをアノード表面上のアノードスポットの配列上にラスター走査して、アノードスポットの各々から順次Ｘ線を生成させるラスター手段を備えている。集束手段は、Ｘ線を受取り、狭いＸ線エネルギー帯をＸ線スポットとしてサンプル表面上に集束させる。そのことにより、アノード上のラスター走査は、サンプル表面上のピクセル領域の配列にわたりＸ線を移動させ、こうして各ピクセル領域内の化学的種の電子エネルギー特性を有する各ピクセル領域から順次光電子が発せられる。従って、ピクセル領域の配列はアノードスポットの配列に相当する。検出器を備えた分析器はピクセル領域の配列から光電子を受取り、電子エネルギーを分析する。プロセッサは分析器と共働して電子エネルギーを表わすサンプル情報の写像、従って、ピクセル領域内の配列の化学種の写像を表示する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
好ましい実施例において、分析器は、偏向器、例えば半球分析器から成り、選択された電子エネルギーにより所定の選択的偏向用経路内で光電子を偏向させる。上記偏向器に一定の電圧（もしくはその他の信号）を付与し選択エネルギーを決定する。Ｘ線帯はサンプル表面を横切り自然のＸ線エネルギーシフトを有する。その場合には、偏向電圧はラスター手段と同調され、それに応じて偏向電圧を調節し上記シフトを補償する。
【００１８】
上記計器は、更に、又はその代わりに、サンプル表面からの直接低エネルギー光電子の検出器を備え、対応信号を発成する。プロセッサはその信号を受取り、ラスター手段と共働して表面の走査光電子画像を生成する。この撮像は、電子が直接衝突して電荷を蓄積することがないので、インシュレータの撮像に有効である。絶縁サンプルからの電子の損失は電子がサンプル表面に低エネルギーでフラッドすることによって中和することができる。
【００１９】
このような計器において選択されたＸ線帯を集束させるためには特に精密な凹型モノクロメータが有効である。ベースプレートは凹型曲率の研磨面を有する。モノクロメータ結晶装置は、均一な厚さを有する複数の結晶小板からなり、同小板は単一の結晶部材の平坦面上に輪郭を画する隣接した区画の初期配列から作られる。この区画は結晶部材から切断されて小板を形成する。小板の研磨された側は初期配列のそれと同一の位置配列内のベース部材の研磨面に接着させることによって小板が精密モノクロメータを形成することになる。
【００２０】
【実施例】
サンプル１４の表面１２を分析するための計器１０を図１に略示する。電子銃１６は適当な電子レンズ系１８を有し、電子ビーム２０をターゲットアノード２４の表面２２上に集束させる。この銃は、より高度のパワーとビーム寸法用に最適なように変形した従来形のものでよい。銃ビーム２０は、アノード表面上の選択スポット２６（図３）に集束し、同スポットは例えば約４ミクロン以下の実用的な小ささである。この結果、アノードから、特に選択アノードスポット２６からＸ線２７が生成する。
【００２１】
図２は有用な電子銃１６を示す。後部にはＬａＢ6 カソード２と、ウエンウエルト３および銃アノード４を有するカソードアセンブリ１が存在する。この中央部分は集光レンズ孔６を有する静電集光レンズ５を備えている。磁気対物レンズ７は極片８とコイル９を備えている。ビームの偏向は静電偏向器１１で行なわれる。電子銃は４〜２５０ミクロンの選択可能なビーム寸法で１〜６０ワットにわたり２０ＫＶで動作される。ターゲットアノード２４は、所望のＸ線発光エネルギー帯を提供するアルミニウムのような任意の金属から構成することができる。通常は上記エネルギー帯は実質上小エネルギー幅の線である。ターゲットアノードはアース電位又はその付近とし、電子銃のカソードはアノードに対して例えば−２０ＫＶの負電圧で動作し、所定エネルギーの所望Ｘ線帯域を含むＸ線を生成することが望ましい。上記選択エネルギー帯は１，４８６６ＫｅＶのアルミＫ−アルファラインとするのが有利である。
【００２２】
偏向板２８（図１に示す一対）は、電子銃１６からアノード表面２２上のスポット３２の配列から選択されたアノードスポット２６へ電子ビーム２０を選択的に方向ずけるか照準する。ライン８０を介してプロセッサ７６により制御される偏向板コントローラ３０からの電圧は偏向板へ付与される。偏向板はＸ，Ｙ両軸内で配列され、ビームの偏向量、従って、一定に保持可能なスポットの選択位置が設される。別の態様では、コントローラ３０はアノードのフラット面を横切って、即ち、アノード表面を横切るアノードスポット３２の配列にわたって集束電子ビーム２０をラスター走査し、Ｘ線２７を連続的なアノードスポットから順次発生させる。典型的なラスター速度は発散方向に１００Ｈｚ、非発散方向に１０ＫＨｚである。
【００２３】
ブラグ（Bragg）結晶モノクロメータ３４、有利には単結晶クオーツを配置してアノード２４からＸ線２７の一部を受取る。モノクロメータは、結晶学的な配向と凹型３５を有し、所望エネルギー帯域、例えばＫ−アルファラインのＸ線３６のビームを分析されるサンプル面１２上のＸ線スポット３８として選択集束する。Ｘ線スポットはサンプル表面上のアノードスポット２６の画像である。サンプル１４は計器内のサポート４４に対して手動又はモータにより位置決めするための対角線マイクロメータポジショナ４２を有するステップ４０上に載置される。
【００２４】
ブラグ結晶モノクロメータが好適ではあるが、その他の集束手段も適している。これらはグレージング入射ミラー、フレネルゾーンプレートおよび交互の高低密度より成る材料（例えば、タングステンとカーボン）の合成多重層デバイスを備えている。各場合において、反射体はカーブして回折Ｘ線を本明細書中に記載の方法によりサンプル上へ集束させる。
【００２５】
適当な構成は従来のロウランド（Rowland）円４６に基ずいている。その場合、アノード表面２２と、結晶３４と、サンプル表面１２は、例えば上記米国特許第３，７７２，５２２号に教示されているようにほぼ上記円上に位置する。図の面内で結晶はロウランド円の径に等しい曲率半径を有する。点集束については面外曲率半径は２Ｒｃｏｓ2Ｂである。但し、Ｒは円半径、Ｂはブラグ角である。例えば、それぞれの半径は、１００クオーツとアルミニウムＫ−アルファＸ線については５０cmと４８cmで、ロウランド円半径は２５cmである。これらは結晶格子の曲率で、表面上のすりあわせ曲率ではない。最適の点間（ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ）集束については結晶は実際には楕円形とすべきである。
【００２６】
Ｘ線３６のエネルギー帯域の集束は、サンプル表面１２の選択ピクセル領域４８上にＸ線スポットを形成する。Ｘ線スポットと符合するこのピクセル領域はアノードスポット２６のＸ線画像である。ピクセル４８はアノードスポット３２の配列に相当するピクセル領域５０の配列から選択される。従って、選択されたピクセル領域は選択されたアノードスポットに相当し、その位置は電子ビーム２０のための偏向板２８上の電圧を選択することにより決定される。こうして、ピクセル領域の位置はこれら偏向電圧を介して効果的に選択される。ラスター走査の場合、選択されたアノードスポットは連続的に変化し、それぞれアノード表面上の配列における連続的なスポットとなる。アノードスポットの配列にわたる集束ビームのラスター走査は、Ｘ線スポットがそれに応じてサンプル表面の所望表面領域をカバーするピクセル領域５０の配列上でラスター走査されるように行なわれる。
【００２７】
Ｘ線３６によって光電子５２はサンプルの選択された活性ピクセル領域４８から発せられる。電子エネルギーは一般に１０ｅＶまでの範囲の低エネルギーピーク、通常約２〜５ｅＶに、選択ピクセル領域内の化学種（即ち、化学元素および（又は）それらの電子ボンド）の高い運動エネルギーピーク又はライン特性をプラスしたものから成る。ラスター走査の場合、特性光電子は、ピクセル領域の配列を横切る化学特性の変化に応じて変化し、低エネルギー電子（通常“二次電子”として知られる）もまた位相幾何（トポグラフィー）特性と共に変化する。光電子の検出又は分析を利用して選択ピクセル領域の表面又は領域のラスター走査される配列を横切る表面に関する情報が提供される。また、オージェ電子も存在することができる。同電子は、本目的上、それらがＸ線によりひきおこされるので“光電子”の用語に含まれる。
【００２８】
サンプル表面上のピクセル領域は、分析信号を迅速に順次処理することにより重ね合せることができる。例えば、滞留時間を小さくすることによりパワーと加熱を大きくするために、電子ビームの走査速度を非常に大きくすることが望ましい。走査速度はゼロ（選択スポットに対して）と１００ｍ／秒の間、例えば１０ｍ／秒とすることができる。ピクセル毎の時間は、ほぼ１マイクロ秒とすることができる。その際、写像と撮像は数千個のフレームから構成される。
【００２９】
本発明の一例（図１）において、電子エネルギー分析器５４は光電子５２の一部を受取る。分析器は公知又は所望のタイプのものでよく、通常、磁気分析器又は静電分析器の何れかとし、それらは電子エネルギーに従って所定経路６８内の光電子を検出器７０に偏向させる。選択された制御信号、通常は電気信号（電流又は電圧）を偏向器に付与し、偏向量を設定し、従ってこの同信号は所定経路において偏向される光電子の選択エネルギーを表わす。磁気プリズムのような磁気分析器の場合、磁石コイルを流れる電流信号が適当に選択され、静電分析器において偏向電圧信号が選択される。
【００３０】
有用なタイプの静電エネルギー分析器の一つは、上記米国特許第４，０４８，４９８号に記載された円筒形式のものである。その代わりに図１に示すように分析器５４を米国特許第３，７６６，３８１号に記載されているような半球形のものも好ましい。また、上記分析手段は分析器へ入力するための静電レンズのようなレンズ系５６を備えている。このレンズは対物レンズと遅延機能とを結合し、有効ピクセル領域から発せられた光電子を集め、それらを所望運動エネルギー範囲で分析器内へ方向ずける。
【００３１】
静電レンズ５６は従来形のもの、例えばパーキンエルマーのＰＨＩオムニフォーカスＩＶ（ＴＭ）レンズとすることができる。レンズは電圧源５５から電圧を付与した数対の対角線状偏向板５９を備えている。上記電圧はプロセッサの制御の下で一次電子ビーム２０の位置決め又はラスター走査と共同同期してプロセッサ７６を介して選択、変更又は発振させ、オフ軸光電子を中心化し、大部分の電子がスリット８４に達し分析器５４に進入するようにする。
【００３２】
対物レンズ作用の代用としては、前記米国特許第４，８１０，８８０号に示すような界浸レンズ、単極片レンズ又はシュノーケルレンズとして知られるタイプの磁気レンズ５８（図４）が望ましい。
【００３３】
この対物レンズはサンプル下方に配置し、レンズの磁界がサンプル表面から発せられた光電子５２の大部分を集めるようになっている。この目的を達成するため、サンプルは界浸レンズに近接して配置し、サンプルは界浸レンズと別個の静電レンズ６０の間に配置する。この場合、レンズ５８，６０はレンズ系５６を形成する。（図１）
【００３４】
より一般的に述べると、サンプルは界浸レンズと分析器の間に配置する。磁気レンズはラスター走査されるサンプル表面の一部から発する電子を集める収集領域（破線６１により画す）を備えることができる。中心より外れた発光は上記の如く偏向板５９により中心化することができる。そのような方式によって特に優れた収集効率と感度が得られる。
【００３５】
図１に戻ると、分析器の半球６４，６６を横切ってライン６９を介して付与される電圧源からの選択電圧によって、選択エネルギーの電子が狭い軌道６８範囲内を走り、分析器を検出器７０内へ退去させる。後者は、僅かに異なる軌道内で分析器により通された小さい範囲の電子エネルギーを検出するために例えば１６本のチャネルを有する従来形のマルチチャネル検出器とすることができる。別のレンズ（図示せず）は、検出器の一定形式に対して望ましいか又は必要ならば分析器と検出器の間に配置することができる。
【００３６】
電子入力の強度に相当する検出器７０からの信号はライン７２（適当な増幅器（図示せず）を介して）上を処理装置７６の分析部分７４へ搬送される。処理装置７６はヒューレットパッカードモデル４２５ｅコンピュータの場合のように制御用電子装置とコンピュータ処理を結合する。上記処理によって電子エネルギー情報、すなわち存在していて特定のサンプルピクセル領域４８（図３）から電子を発している化学種についての情報が提供される。この情報はモニター７８上に保存表示され、そして／または画像、番号、および／またはグラフの形でプリントアウトされる。ディスプレイ手段（ここではプロセッサを含む）を電子ビーム方向ずけ手段２８，３０と共働させることによって、プロセッサからコントローラ３０へライン８０を介して選択又は走査された表面領域内の化学種の写像が実行され表示される。この写像により選択されたピクセル領域位置、又はサンプル表面上のピクセル領域のラスター走査配列に相当するサンプル表面情報が与えられる。
【００３７】
上記の如く、静電分析器はプロセッサ７６からライン８２上の入力により選ばれ、その容量性素子、即ち半球に付与される電圧を与えられることによって、通過し検出される電子のエネルギーを決定する。この電圧は基本的には直流であるが、サンプル表面内の化学種に相当する検出すべき選択光電子エネルギーラインに従って設定することができる。分析装置に対するその他の電圧は、常法により電圧供給装置から入力レンズ５６、分析スリット８４そして検出器７０へ与えられる。（入射ビームと発光Ｘ線の面内、即ち、図１の面内におけるアノード表面に対して平行な）離散方向へ電子ビームを走査することによって発光Ｘ線エネルギー、従って光電子ラインの運動エネルギーに小さなシフトがひきおこされるために、煩雑さが生ずる。更に、走査範囲は所望のエネルギー帯、例えばアルミＫ−アルファラインの幅により制限することができ、従って強度もラインの形によりシフトさせることができる。そのようなシフトを補償する手段は幾つかの方法で実施することができる。
【００３８】
その一つの方法は電子ビームの代わりにサンプルをラスター走査（発振）することである。別の方法では、電子ビームをアノード上でラスター走査し、そのデータをシフトする分光特性を捕捉するに十分な広さを持つエネルギー窓を有するエネルギー分析器（例えば、図１の球形分析器）により取得する。ソフトウエアはスペクトルを一定エネルギーにシフトさせるように設計する。更にもう一つの方法では、分析器の形を、モノクロメータの分散が前記米国特許第３，５６７，９２６号に示されているように補償されるようにする。あるいは、モノクロメータの方位を同期調節し、Ｘ線エネルギーが一定のままで、強度がＸ線ラインピークで常に最大となるようにすることができる。これらの補償技術の何れにおいても、補償を分析器のエネルギー選択特性と同調するように、分析器と一定の関連をつけることが必要である。
【００３９】
もう一つの補償方法は、プロセッサ７６の一部８６に電子ビームの走査と同期して電圧コントローラ６２から分析器６４へ至るエネルギー制御信号を変化させることである。例えば、静電分析器の場合、電圧は、その取得がエネルギーにおいて一定であるように電子ビームの走査と同期して分析器成分６４，６６，８４上で調節される。これはプロセッサ内のソフトウエア（又はファームウエア）によって実行することができる。このソフトウエアは理論的に、又はビーム２０がアノード２４上を緩慢に走査される時サンプル１４からの電子５２の選択エネルギーピークの完全な検出を維持するために必要な電圧変化を実験的に決定することにより容易に組立てることができる。このように、プロセッサ７６をプログラミングして信号供給６２をラスター走査手段２８，３０と同調させ、それに応じてライン６９上の分析器に至る電圧（又は電流）信号を変化させ、その変化を補償することができる。
【００４０】
分析器の電圧を調節して補償する簡単な方法は、ラスター電圧の一部を偏向板２８からタップすることである。この一部はライン８７を介して加えられ、分析器半球に至るライン６９上の電圧を調節する。この調節を選択して補償を行う。本発明のもう一つの実施例では、計器１０は、ピクセルから直接光電子９０、特にほぼ１０ｅＶまでの低エネルギー電子を分析器により濾過することなく受取る第２の検出器８８を備えている。その場合、この検出器は、それに対応する光電子信号を発生する。プロセッサ７６のもう一つの部分９４はライン９２を介してこれらの信号を受取り、ラスター走査手段２８，３０と共働して表面の走査光電子画像を生成する。この画像は本質的に表面の画像、即ち、モニター７８上に提示される位相幾何学的画像である。
【００４１】
ここで二次電子検出器（ＳＥＤ）として示す第２の検出器８８は、通常走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に使用される従来形のものである。適当な検出器はパーキン−エルマ−モデル０４−２０２検出器であり、その場合、適当な増幅器と（必要ならば）アナログ−デジタル変換器を備えている。その結果得られるＳＥＤ画像は、検出電子が本文中に述べたようにＸ線により生成される点を除けば、ＳＥＭ動作のそれと全く同じである。
【００４２】
ＳＥＤ画像は、エネルギー分析例により化学種について分析される種表面上の領域をつきとめる上で特に有効である。例えば、画像は、サンプルがステップ４０と共に移動する間にスクリーン上で見ることができる。画像と分析はＸ線の同じ焦点から行われるために、その領域のつきとめは実質上両者にとって同一のことである。
【００４３】
ＳＥＤによる本撮像方法は、電子ビームが直接サンプルに衝突して蓄積されることがないから酸化アルミニウムのような絶縁体にとって有効である。だが、そのためには特別の注意が必要である。光電子放出によって絶縁体表面内における電子の消尽がひきおこされ、サンプルは正電圧により帯電されそれ以上の放出が妨げられる。化学種により表面を分析写像するラスター走査の場合にこのことを解決するには計器は更にフラッドガンとして知られる電子銃９８を有する。この電子銃９８は１０ｅＶおよび１マイクロアンペアまでの低レベル電子１００でサンプル表面１２を連続的にフラッドさせ、ラスター走査時にサンプル表面からの光電子の損失を中和する。そのような電子銃はパーキン−エルマーのＰＨＩモデル０４−０９０電子銃その他である。
【００４４】
全領域を分光分析するためには、全ピクセルからラスター走査されたデータを加えて絶縁体のラスター走査領域全体の平均的スペクトル解析を得る。
【００４５】
ＳＥＤ画像について絶縁体をラスター走査する際、計器は更に、周期的に撮像を中断するためのプログラミングに際して中断手段１０２を備えなければならない。その場合、フラッドガン９８が各中断中にライン１０１を介してプロセッサ部分１０２の指示により動作し、低レベルパルス（ほぼ０．１〜１０マイクロアンペア）の電子１００によりサンプル表面１２をほぼ１マイクロアンペアで放射し、ラスター走査中に表面からの光電子の損失を中和する。
【００４６】
中断／パルス操作が必要であるのは、さもなければ低エネルギーフラッド電子の検出が画像を隠したり歪めたりするからである。上記中断／パルス操作は１００ミリ秒間隔で１０ミリ秒の持続時間とすることができる。しかしながら、フラッドガンはスペクトル取得中に連続的に作動させることができる。
【００４７】
差分充電効果は全領域分析が実行される絶縁体のラスター走査領域の辺縁で発生する。このことを可能にするために、プロセッサは分光データからピクセル領域の配列の周縁ピクセル領域１０４（図３）をブロックするためのソフトウエアのような手段１０３を備えることができる。
【００４８】
判り易くするために図１にプロセッサ７６の幾つかの機能部分を区分して示す。だが、そのような部分は実際には共通の部品と種々の部分を含む。本明細書中に述べまたは意図するコンピュータプログラムは何れも使用されるコンピュータのサプライヤーから一般に使用されている“Ｃ”のような通常の言語で容易に示される。プログラミングの一定部分はＰＲＯＭチップ内にファームウエアとし埋込むことができる。
【００４９】
サンプル上における小さな選択ピクセル領域４８（図３）、又は複数のそのような領域５０を走査モードで分析することは、精密モノクロメータ３４と組合せた非常に小さなアノードスポット２６により行われ，選択したＸ線エネルギー帯の同様に小さなスポット３８をサンプル上に集束することが有利である。上記の如く、モノクロメータ結晶は選択Ｘ線帯が作られるように結晶学的に配向され、集束のためにカーブしている。例えば、クオーツ結晶は１００面（１，０，０面、又はｙ軸面、又は“零度ｙカット”としても知られている）内に（湾曲に先立って）配向される。モノクロメータは、所望の凹型曲率を有する研磨面１０８を有するベース部材１０６上に、その曲率をとるように研磨面に接着した薄い結晶３４として取付けるのが有利である。ベースプレートは熱膨張係数にマッチする同一又は類似の材料とすべきである。ガラスはクオーツ結晶に適したベースである。
【００５０】
構成を容易にするために、モノクロメータ結晶３４は均一な厚さを有する複数の結晶小板１１０より構成するのが有利である。小板はベース部材に接着された小板の研磨面に対して共通の（同じ）材料、格子構造、および結晶配位を以て形成される。結晶小板は結晶整合したタイルのように配置された面１０８に接着させ、凹型曲率をとるようにする。接着は通常の手段によることができるが、界面に対して不完全さができるだけ少なくなるようにすべきである。
【００５１】
好ましい実施例（図５）によれば、小板１１０は単一の結晶部材１１６の平面１１４から隣接する部分の初期配列１１２を区画しその区画部分を部材から切断することによって製作される。その代わり、単一の結晶を初めに所望の厚さの小板に切断した後、小板を区画し切断することもできる。その後、小板の研磨側を初期配列１１２のそれと同一の結晶学的整合状態に配置された配列１１８（図３）で研磨面１０８に接着させる。初期の配置配列は図５と３にそれぞれａ〜ｈを書込むことにより示されている。この小板の配位により小板は共通の材料、格子構造と結晶配位により構成することができる。高精度のモノクロメータを製作するには、以下の手順が有利である。５〜１０mm厚の４０×４０mmクオーツ結晶をｙ軸に対してゼロ角に配位された大きな面により作成する。結晶は次の研磨と薄層化中には剛性の上から十分厚くすべきであるが、次の薄層化プロセスを不当に阻害するほどの厚さとすべきではない。結晶は干渉計により検査し、双晶ならば拒否される。上記の大きな面は、好ましくは６３２．８nmの波長でインチあたり１０分の１波（０．０４波／cm）内で光学上フラットにラッピングし研磨する。この研磨面は中心付近と各コーナをＸ線照射し、各点の方位が正確に同一で、平均値がｙ軸の１アーク分内にあるようにする。小板は、例えば１インチあたり１０分の１波（０．０４波／cm）の範囲内の光学的にフラットなサポート部材に接触させ、最初の結晶と同じ結晶学的整合の相対位置（回転を含め）の配置を維持するようにする。小板は５０〜１００ミクロンの最終的な所定厚にまで薄くし（好ましくは±５ミクロンの範囲内の均一度）、研磨して、面が４０×４０mm全体にわたって１インチあたり１０分の１波（０．０４波／cm）内で平行となるようにする。小板をサポート部材から除去し、最初の結晶におけると同じ相対位置（回転を含む）でベース部材の研磨面に接着する。
【００５２】
４０×４０mmの総面積において４〜１６個の範囲の数の小板が好適である。各側部の寸法は１０〜２０mmの範囲にあることが有利である。モノクロメータの感度は、近似的に（結晶領域）／（ロウランド円直径）2 の式に従えばアノードから見た時遮られる立体輻射角にほぼ比例する。立体角が大きいと感度が向上するが、エネルギーと空間解像度を共に制約する収差が導入される。ここに与えたの寸法については、立体角は０．０４ステラジアンである。このようなモノクロメータは約１０ミクロンだけモノクロメータを広くした時にのみ、アノード上の電子ビームとほぼ同一の大きさのＸ線スポットをサンプル上に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を取入れた計器の概略図である。
【図２】図１の計器で使用される電子銃の長手方向断面図である。
【図３】図１の計器におけるアノードと、サンプルと、モノクロメータの詳細斜視図である。
【図４】図１の計器の磁気レンズの代替例の正面図である。
【図５】図３のモノクロメータを形成するために使用される結晶部材の斜視図である。
【符号の説明】
１６  電子銃
２４  アノード
３０  プレート制御
５４  分析器
７０  検出器
７６  プロセッサ
７８  モニター
１０６  モノクロメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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