(57)【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、
少なくとも１個の減加速レンズを有し、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、前記半透濾過電極に到達する前に減速す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】
更に他の減加速レンズを有し、前記少なくとも１個の減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、荷電粒子を減速するための電位を掛ける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】
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又は２に記載の粒子線結像装置。
【請求項４】
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３のいずれかの１に記載の粒子線結像装置。
【請求項５】
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、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５に記載の粒子線結像装置。
【請求項７】
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、帯電原子若しくは帯電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６のいずれかの１に記載の粒子線結像装置。
【請求項８】
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に設けられるスペクトロメータ。
【請求項９】
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、前記半透濾過電極に到達する前に減速することを特徴とする粒子線結像方法。
【請求項１０】
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９に記載の粒子線結像方法。
【請求項１１】
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８のいずれかの１に記載の粒子線結像装置に使用方法。
【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（Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ  Ｈｉｇｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）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（３５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６１，６２，６３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Ｖr 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（Ａｒｂｅｉｔｓａｂｓｔａｎｄ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（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ  ｅｐｉｔａｘｙ  ｃｈａｍｂｅｒ））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、少なくとも１個の減加速レンズを有し、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、前記半透濾過電極に到達する前に減速す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。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１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、荷電粒子を減速するための電位を掛けることを特徴とする。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１又は２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５の発明は、請求項１乃至４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６の発明は、請求項５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７の発明は、請求項１乃至６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、荷電原子若しくは荷電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８の発明は、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に設けられるスペクトロメータである。
【００２５】
請求項９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、前記半透濾過電極に到達する前に減速することを特徴とする粒子線結像方法である。
【００２６】
請求項１０の発明は、請求項９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１１の発明は、請求項１乃至８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（Ｇｅｇｅｎｆｅｌｄ）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、ＲＨＥＥＤ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１５０ｍｍ）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、ＲＨＥＥＤ）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（ｉｎ  ｓｉｔ−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（Ｄｅｔｅｋｔｏｒ）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）１０６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１０６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１０７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１０９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１１３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、−１０．３ｋＶ、−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２００（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）２２１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２０３で外側金属遮蔽体２４０を保持する。保持手段２０２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３３１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（ｉｎｔｅｒａｌｅｎ  Ｌｅｕｃｈｔｄｉｃｈｔｅ  ｄｅｓ  Ｂｅｕｇｕｎｓｂｉｌｄｅｓ）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３６２、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３７１、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（Ｓｔｅｕｒｕｎｇ  ｖｏｎＷａｃｈｓｔｕｍｓｖｏｒｇａｅｎｇｅｎ） 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
３３０            ＣＣＤ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
【図１】
0003898826.tif 000002
【図２】
0003898826.tif 000003
【図３】
0003898826.tif 000004
【図４】
0003898826.tif 000005
【図５】
0003898826.tif 000006
【図６】
0003898826.tif 000007