(57)【要約】【課題】  本発明の解決しようとする課題は、インプットレンズからの漏洩電場が一次電子線の軌道を偏向させるのを防止しすることである。かつ、インプットレンズと試料との間に二次電子線の進路を妨害するメッシュが存在せず、試料の微小領域の分析を高感度で行うことである。【解決手段】  一次ビームを試料に照射する一次ビーム照射手段と、前記試料より発生する二次荷電粒子を捕集するインプットレンズと、前記インプットレンズで捕集した前記二次荷電粒子を分光する分光手段と、前記インプットレンズが前記一次ビームへ与える影響を補正する一次ビーム補正手段と、を備える表面分析装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次ビームを試料に照射する一次ビーム照射手段と、
前記試料より発生する二次荷電粒子を捕集するインプットレンズと、
前記インプットレンズで捕集した前記二次荷電粒子を分光する分光手段と、
前記インプットレンズが前記一次ビームへ与える影響を補正する一次ビーム補正手段と、を備える表面分析装置。
【請求項２】
前記一次ビーム補正手段が前記一次ビーム照射手段と前記インプットレンズの間に配置された補正電極である、請求項１に記載した表面分析装置であって、
前記インプットレンズからの漏洩電場強度に応じた電圧を前記補正電極に印加する補正電極制御手段を備えた表面分析装置。
【請求項３】
前記一次ビーム補正手段が前記一次ビームに沿って配置された前記一次ビームを偏向させる一次ビーム偏向手段である、請求項１に記載した表面分析装置であって、
前記インプットレンズからの漏洩電場強度に応じた電圧を前記一次ビーム偏向手段に印加する補正電極制御手段と、を備えた表面分析装置。
【請求項４】
前記一次ビームが電子線であり、
前記分光手段が半球面型アナライザである請求項１乃至３のいずれかに記載した表面分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一次ビームを試料に照射して試料表面を分析するオージェマイクロプローブ等の試料表面分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オージェマイクロプローブは、物質の表面に細く絞った一次電子線を照射し、試料表面の極薄層から放出されたオージェ電子を円筒鏡型アナライザや静電半球型アナライザでエネルギー測定することにより、試料表面の微小領域の極薄層にどんな元素がどのような状態で分布しているかを分析する装置である。つまり、試料表面に電子線を照射して走査して微小領域のオージェ電子のエネルギースペクトルを測定し、エネルギースペクトルに現れるピークの位置から所定元素の量を演算することにより、試料表面の所定元素の量が分かり、電子線の照射位置を順次ずらして測定を行い各位置での元素の量を色に対応させてマッピング表示するとオージェ像を得ることができる。
【０００３】
図４は従来技術におけるオージェマイクロプローブである。試料２から放出されたオージェ電子１１は、インプットレンズ１０に入射して、静電半球型アナライザ１６に導かれる。
【０００４】
図５はインプットレンズ付近の模式図である。インプットレンズ１０の内部には静電レンズ作用を持たせるための強い電場が存在する。その電場は、わずかではあるがインプットレンズにおけるオージェ電子１１の入り口から試料２側に漏洩する。この漏洩電場２２の作用によって、一次電子線がわずかに偏向を受ける。漏洩電場２２の強さは、分析しようとするオージェ電子１１のエネルギーによってインプットレンズの強度を変えるので、漏洩電場の強度も変化するため、一次電子線６の偏向量もそれに応じて変化する。
【０００５】
この偏向は、わずかな量であっても、ナノメートルオーダーの微小領域の分析を行おうとする場合には、分析点が１点に定まらず、分析しようとしているオージェ電子のエネルギーと共に移動してしまうという問題を発生させる。
【０００６】
この問題を解決するために、インプットレンズの入り口と試料面との間にメッシュを設置して電場シールドを行い、漏洩電場２２をカットしていた。図６は、メッシュ２７を備えたインプットレンズ及び試料付近の模式図である。
【０００７】
しかしながら、メッシュ２７を設置することによって、試料２表面からインプットレンズ１０に入射するオージェ電子１１の量が、メッシュ２７のない場合に比べて小さくなる。通常、透過率の最大限界は９０％程度であるので、この場合、入射するオージェ電子１１の量は１０％低下する。
【０００８】
一方、メッシュの透過率が大きくなると電場のシールド効果も弱まるため、通常は、最大透過率のメッシュを１枚設置しただけでは、一次電子線の偏向量を十分に小さくするだけ漏洩電場をシールドすることは困難である。そこで、最大透過率のメッシュを複数枚設置したり、透過率の低いメッシュを１枚設置したりしていた。
【０００９】
この場合、透過率が悪くなる分だけ捕集できるオージェ電子の量が減少するため、分析の感度を損なうという問題が生じることになる。
【００１０】
なお、従来技術としては、短時間で効率的に試料上の目的部位の分析を行えるようにした表面分析装置がある（例えば、特許文献１）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１３３４２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の解決しようとする問題点は、インプットレンズからの漏洩電場が一次電子線の軌道を偏向させる点である。また、漏洩電場を防止するためインプットレンズ入り口にメッシュを設置した場合、分析感度を損なう点である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、一次ビームを試料に照射する一次ビーム照射手段と、前記試料より発生する二次荷電粒子を捕集するインプットレンズと、前記インプットレンズで捕集した前記二次荷電粒子を分光する分光手段と、前記インプットレンズが前記一次ビームへ与える影響を補正する一次ビーム補正手段と、を備える表面分析装置である。
【００１４】
請求項２の発明は、前記一次ビーム補正手段が前記一次ビーム照射手段と前記インプットレンズの間に配置された補正電極である、請求項１に記載した表面分析装置であって、前記インプットレンズからの漏洩電場強度に応じた電圧を前記補正電極に印加する補正電極制御手段を備えた表面分析装置である。
【００１５】
請求項３の発明は、前記一次ビーム補正手段が前記一次ビームに沿って配置された前記一次ビームを偏向させる一次ビーム偏向手段である、請求項１に記載した表面分析装置であって、前記インプットレンズからの漏洩電場強度に応じた電圧を前記一次ビーム偏向手段に印加する補正電極制御手段と、を備えた表面分析装置である。
【００１６】
請求項４の発明は、前記一次ビームが電子線であり、前記分光手段が半球面型アナライザである請求項１乃至３のいずれかに記載した表面分光装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による一次ビーム補正手段を用いることで、分析点のシフトを防ぐことができ、また、インプットレンズ入り口のメッシュが必要なくなるので電子分光系の感度を損なうことない表面分析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に示す発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の構成を図１を用いて説明する。図１は、オージェマイクロプローブの概略図である。気密に保持された分析室１には、ゴニオメータ５、電子線照射装置８、インプットレンズ１０及び真空ポンプ７等が図示しない真空継ぎ手を介して設置されている。
【００２０】
ゴニオメータ５には試料ステージ４が設置されている。試料ステージ４上面には試料２が交換自在に置載されている。ゴニオメータ５を分析室１外より操作することにより、試料ステージ４をＸＹＺ方向に位置調整することができる。また、試料ステージ４は傾斜自在である。ゴニオメータ５はモータにより駆動されてもよく、人力により歯車等を介して駆動されても良い。
【００２１】
電子照射装置８には、電子銃等の電子線発生源２０が設置されており、電子線発生源２０と試料２の間には静電レンズ等の電子レンズ１８及び一次電子線６の軸合わせ、又は、走査をする偏向コイル１９が設置されている。一次電子の軌道とインプットレンズ１０の電子入口２８（電場漏洩箇所）との間付近には、両者を仕切るように１個の板状の補正電極３が配置されている。補正電極３は補正電極電源２４と電気的に接続されている。補正電極電源２４はインプットレンズ系電源２５にリンクしている。
【００２２】
インプットレンズ１０には、試料２より発生したオージェ電子、２次電子等１１を補足して収束・減速する静電レンズであるインプットレンズ電極１７が複数段設置されており、各インプットレンズ電極１７はインプットレンズ系電源２５に電気的に接続されている。インプットレンズ１０の出力側には静電半球型アナライザ１６が設置されており、静電半球型アナライザ１６の出力側には検出器１４が設置されている。静電半球型アナライザ１６は電圧を印加することにより通過する電子を選別し、通過した電子は検出器１４により検出される。
【００２３】
照射制御装置９、電子分光系電源１２及び電子分光系電源２５はバス１５を介してコンピュータ１３と接続され、制御される。
【００２４】
以上、図１における構成の各部について説明したが、次に動作について説明する。図１において、電子線発生源２０より放出された１次電子線６は電子レンズ１８を通って細く絞られ試料２表面上に照射される。この時に偏向コイル１９を用いて試料２面上の任意の位置に１次電子線６を照射することができ、更に、走査することもできる。１次電子線６が照射された試料２表面からは、オージェ電子１１、２次電子等が飛び出す。試料２面から飛び出して来たオージェ電子１１はインプットレンズ１０に入射し、インプットレンズ電極１７によりエネルギー分解能を調整するために収束及び速度を減速される。インプットレンズ電極１７に印加される電圧は分析する電子の種類（エネルギー）によって調整される。インプットレンズ１０を通過したオージェ電子１１は静電半球型アナライザ１６に入射する。静電半球型アナライザ１６に印加する電圧を決めると、その電圧に対応したエネルギー範囲のオージェ電子１１が静電半球型アナライザ１６を通り抜けてエネルギーに応じて展開され、その展開結像面に沿って配置された検出器１４によって検出される。
【００２５】
ところで、図１の構成では前述したメッシュがインプットレンズ１０の電子入口２８に存在しないため、インプットレンズ１０の電子入口２８から試料に向けて漏洩電場が漏れ出すことは避けられない。特に、インプットレンズ１０の電子入口２８に一番近いインプットレンズ電極１７から発生する電場の影響が大きい。
【００２６】
補正電極３には、漏洩電場によって一次電子線６が偏向される方向とは逆向きに一次線が偏向される補正電場を作り出すための電圧が補正電圧電源２４により印加される。補正電極３に印加される電圧は正又は負の場合がある。
【００２７】
一方、補正電圧電源２４はインプットレンズ系電源２５にリンクされており、その電圧はインプットレンズ電極１７に印加される電圧に連動して（例えば比例関係を持って）変化するように補正電極電源２４によって制御される。このため、分析しようとするオージェ電子のエネルギーに対応してインプットレンズ電極に印加される電圧を変化させた場合であっても、漏洩電場の強度変化に連動して補正電場の強度も変化し、その結果、分析点のシフトを防止することができる。
【００２８】
また、試料ステージ４を傾斜させた場合、試料２の傾斜角度が違うと、それによって漏洩電場の分布が変化し、一次電子線６の軌道への影響度合いが異なる結果となるため、上記比例係数を試料傾斜角度の情報に基づいて変化させる。
【００２９】
図３は、補正電極３及びインプットレンズ電極１７に印加する電圧を制御する図示しない制御部の回路図である。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、補正電極３の位置は、上方に設置してもよい。この場合、一次電子線６は予めインプットレンズ１０で偏向される方向と逆向きの偏向を補正電極３によって受けてから、インプットレンズ１０の漏洩電場で偏向され、結果として試料面での一次線照射位置が変化しないようになる。また、補正電極３は２個又はそれ以上でもよく、電子照射装置内に設置されてもよい。
【実施例２】
【００３１】
図２は他の実施例おける表面観察装置の断面図である。図２において、実施例１と同一の構成要素には同一番号を付し、説明を省略する。図２の特徴は、偏向器１９が偏向系電源２６に接続され、偏向系電源２６とインプットレンズ電極１７の第１電極に電圧を印加するインプットレンズ系電極電源２５とリンクさせた点である。電子照射装置８には通常、ビームの軸合わせ又は走査のための偏向器１９が設置されている。そこで、インプットレンズ電極１７の第１電極の印加電圧に比例した電圧を偏向器１９に印加される走査信号に重畳し、インプットレンズ１０からの漏洩電場と逆向きの偏向を偏向器１９によって生じさせる。つまり、試料への電子照射点のシフトを偏向器により逆向きのシフトを発生させることにより打ち消すことができる。これにより分析位置のシフトをキャンセルさせることができる。
【００３２】
分析する場合は、電子分光を行う電子のエネルギーに応じてインプットレンズ１０の電極にかける電圧は変化するから、第１電極１７の電圧と偏向作用が常に比例するようにコンピュータ１３を用いて制御しなければならない。一般に、偏向作用は偏向器のコイルによる電場又は電極による電場によって作られる。偏向器１９が電界型偏向器の場合はコイル電流、静電型偏向器の場合は電極にかける電圧を、インプットレンズ電極１７に印加する電圧に比例するように制御すればよい。偏向器１９の電流あるいは電圧と、インプットレンズ電極１７の電圧の比率は、分析位置のシフトが無くなるようあらかじめ実験等により決定しておき、コンピュータにプログラムしておく必要がある。
【００３３】
なお、偏向器１９は本来の電子照射系の軸合わせと、シフト補正を同時に行わなければならないので、シフト補正のための偏向作用と軸合わせのための偏向作用が重畳されるように、各々が独立に制御される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１における表面分析装置の概略図である。
【図２】本発明の実施例２における表面分析装置の概略図である。
【図３】実施例１における補正電極に接続される制御部の回路図である。
【図４】従来技術における表面分析装置の概略図である。
【図５】従来技術におけるインプットレンズ及び試料付近の模式図である。
【図６】従来技術におけるメッシュを備えたインプットレンズ及び試料付近の模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  分析室
２  試料
３  補正電極
４  試料ステージ
５  ゴニオメータ
６  １次電子線
７  真空ポンプ
８  電子照射装置
９  照射制御装置
１０  インプットレンズ
１１  オージェ電子
１２  電子分光系電源
１３  コンピュータ
１４  検出器
１５  バス
１６  静電半球型アナライザ
１７  インプットレンズ電極
１８  照射系電子レンズ
１９  偏向器
２０  電子線発生源
２１  試料面
２２  漏洩電場
２３  観察用モニタ
２４  補正電極電源
２５  インプットレンズ系電源
２６  偏向系電源
２７  メッシュ
２８  電子入口
【図１】
2005181175.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005181175.tif 000005
【図４】
2005181175.tif 000006
【図５】
2005181175.tif 000007
【図６】
2005181175.tif 000008