(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料のイオン化を行なうセルと、円筒形の電子補集レンズと、円錐形の偏向電極及び回転式の位置敏感型電子増倍板でなり、前記円筒形の電子補集レンズは間隔が保持されて配置されるアインツェルレンズで構成され、前記円錐形の偏向電極は２枚の外側及び内側の円錐状偏向電極で構成され、内側の円錐状偏向電極には電子が通り抜けられるように入口スリット及び出口スリットが設けられ、該入口スリットが前記電子補集レンズの電子出射口に対向して配置され、該出口スリットが前記回転式の位置敏感型電子増倍板の電子導入路に対向して配置され、前記円錐状偏向電極の入口スリット及び出口スリット付近には夫々２個の扇型の第１の補正電極が配置され、該偏向電極の角度方向両末端側には夫々２個の第２の補正電極が配置されていることを特徴とする高分解能電子エネルギー分析器。
【請求項２】
試料のイオン化を行なうセルと、間隔が保持されて配置されるアインツェルレンズで構成される円筒形の電子補集レンズと、偏向電極が２枚の外側及び内側の円錐状偏向電極で構成され、内側の円錐状偏向電極には電子が通り抜けられるように入口スリット及び出口スリットが設けられ、該入口スリットが前記電子補集レンズの電子出射口に対向して配置され、該出口スリットが前記回転式の位置敏感型電子増倍板の電子導入路に対向して配置され、前記円錐状偏向電極の入口スリット及び出口スリット付近には夫々２個の扇型の第１の補正電極が配置され、該偏向電極の角度方向両末端側には夫々２個の第２の補正電極が配置され、該出口スリットの全域をカバーする電子導入路を有する長方形又は長円形の位置敏感型電子増倍板で構成されていることを特徴とする高分解能電子エネルギー分析器。
【請求項３】
前記円錐形の偏向電極の入口スリットは所定間隔で開けた円形のスリット又は帯状のスリットであり、出口スリットは前記回転式の位置敏感型電子増倍板の回転範囲にわたって、もしくは前記長方形又は長円形の位置敏感型電子増倍板の測定範囲にわたって形成される帯状スリットであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高分解能電子エネルギー分析器。
【請求項４】
前記回転式の位置敏感型電子増倍板の電子導入路の近傍に加速電子レンズが配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の高分解能電子エネルギー分析器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相分子・表面・固体・クラスター等の評価法の１つとして利用される電子エネルギー分析器に関し、特に気相分子用の高い角度分解能をもつ電子エネルギー分析器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子状態、分子構造、表面配向等について精密な議論を行う目的で、また、ナノテクノロジーの研究のために、放出電子の運動エネルギーを分析するだけでなく、入射ビームの進行方向や光の偏光方向に対する放出電子の角度分布を観測したい要望が高まっている。そのために従来の代表的な分析器として、半球型分析器、１２７度扇型分析器、円筒鏡型分析器（ＣＭＡ）が存在する。
【０００３】
最も利用実績が豊富な半球型分析器は２重収束性をもち高いエネルギー分解能が望めるが、入口スリットを帯状にして角度分解能をもたせようとしても、大きな収差が生ずるために困難である。次に、１２７度扇型分析器では１方向にしか収束性がなく、測定角度範囲を広く取れず、出口像が湾曲する欠点があった。
【０００４】
また、円筒鏡型分析器（ＣＭＡ）は電子の軌道が中心軸上に収束してしまうため、角度分布の情報が失われてしまう欠点があった。そして、以上３種類の分析器を用いる場合、分析器本体を回転させて角度分布を測定するのが普通である。
【０００５】
最近、角度分布測定専用の分析器としてトロイダル型が提案された。２重収束性と大きな取込み角（約０．５ｓr）が特徴であり、粒子計測の技術革新が期待された。しかし、形状が複雑であるため軌道解析や工作精度に関する困難が伴うこと、市販の位置敏感型電子増倍板（マルチアノード型、遅延ライン型、ＣＣＤ型、電荷分配型など）との相性が悪いことなどの理由から実用化された例は国内はもとより世界でも数例に留まっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の電子エネルギー分析器を放出電子の角度分布測定に用いる場合は、分析器本体を回転させて角度分布を図るため、分析器の取り込み角度を大きくできないので効率が悪く、測定時間が極めて長くなり、更に分析器と検出部を回すため、装置全体が複雑で大掛かりになり、角度分解能が低い、電子の取り込み角度域が小さい、回転機構が複雑、かつ脆弱となる等の問題があった。そこで本発明は、分析器本体の回転が不要で、設計時の軌道解析が容易であり、高い機械工作精度が図れ、高い角度分解能と大きな取込み角をもつ電子エネルギー分析器を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の請求項１に係る高分解能電子エネルギー分析器は、試料のイオン化を行なうセルと、円筒形の電子補集レンズと、円錐形の偏向電極及び回転式の位置敏感型電子増倍板でなり、前記円筒形の電子補集レンズは間隔が保持されて配置されるアインツェルレンズで構成され、前記円錐形の偏向電極は２枚の外側及び内側の円錐状偏向電極で構成され、内側の円錐状偏向電極には電子が通り抜けられるように入口スリット及び出口スリットが設けられ、該入口スリットが前記電子補集レンズの電子出射口に対向して配置され、該出口スリットが前記回転式の位置敏感型電子増倍板の電子導入路に対向して配置され、前記円錐状偏向電極の入口スリット及び出口スリット付近には夫々２個の扇型の第１の補正電極が配置され、該偏向電極の角度方向両末端側には夫々２個の第２の補正電極が配置されている構成とした。
【０００９】
これにより、円筒形の電子補集レンズ、新規な円錐形の偏向電極及び回転式の位置敏感型電子増倍板でエネルギー分析器を構成することにより、高い角度分解能と大きな取込み角を持つ電子エネルギー分析器を実現することができ、この分析器は、本体の回転が不要で、位置敏感型電子増倍板のみの回転により、設計時の軌道解析が容易な、高い機械工作精度が図れる等の特長をもつので、従来の角度分解型エネルギー分析器の問題点が解消される。
【００１０】
この発明の請求項２に係る高分解能電子エネルギー分析器は、試料のイオン化を行なうセルと、間隔が保持されて配置されるアインツェルレンズで構成される円筒形の電子補集レンズと、偏向電極が２枚の外側及び内側の円錐状偏向電極で構成され、内側の円錐状偏向電極には電子が通り抜けられるように入口スリット及び出口スリットが設けられ、該入口スリットが前記電子補集レンズの電子出射口に対向して配置され、該出口スリットが前記回転式の位置敏感型電子増倍板の電子導入路に対向して配置され、前記円錐状偏向電極の入口スリット及び出口スリット付近には夫々２個の扇型の第１の補正電極が配置され、該偏向電極の角度方向両末端側には夫々２個の第２の補正電極が配置され、該出口スリットの全域をカバーする電子導入路を有する長方形又は長円形の位置敏感型電子増倍板で構成されている。
【００１１】
これにより、円筒形の電子補集レンズ、新規な円錐形の偏向電極と長方形又は長円形の位置敏感型電子増倍板でエネルギー分析器を構成することにより、高い角度分解能と大きな取込み角を持つ電子エネルギー分析器を実現することができ、この分析器は、本体の回転はもとより、位置敏感型電子増倍板の回転も不要となり、１００度の範囲で角度分布を同時に測定が可能となり、設計時の軌道解析が容易な、高い機械工作精度が図れる等の特長をもつので、従来の角度分解型エネルギー分析器の問題点を解消できる。
【００１２】
この発明の請求項３に係る高分解能電子エネルギー分析器は、上記請求項１又は請求項２記載の回転式の位置敏感型電子増倍板もしくは長方形又は長円形の位置敏感型電子増倍板を用いるものにおいて、前記円錐形の偏向電極の入口スリットは所定間隔で開けた円形のスリット又は帯状のスリットであり、出口スリットは前記回転式の位置敏感型電子増倍板の回転範囲にわたって、もしくは前記長方形又は長円形の位置敏感型電子増倍板の測定範囲にわたって形成される帯状スリットになるような構成とした。
【００１４】
この発明の請求項４に係る高分解能電子エネルギー分析器は、上記請求項１乃至請求項３記載の高分解能電子エネルギー分析器において、前記回転式の位置敏感型電子増倍板の電子導入路の近傍に加速電子レンズが配置される構成とした。
【００１５】
これにより、内側の偏向電極の入口スリット及び出口スリット付近に補正電極を配置することにより、入口および出口スリット付近の“縁（フリンジ）効果”による電場の乱れを１％以下に減らし、同様に偏向電極の角度方向両末端側４枚の補正電極は、偏向電極の両端での電場の乱れを防ぐ効果を有している。更に、位置敏感型電子増倍板への電子導入路に配置した加速電子レンズを用いて出口スリットから出た電子を均一に加速することで、１度を切る角度分解能が達成できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図に基づいて以下に詳述する。図１は気相分子用の電子エネルギー分析器の上面図と側面断面図、図２は側面断面拡大図、図３は上面拡大図である。図において、１はベース、２，６は２枚の円錐状偏向電極、３，４，７，８は４枚の第１の補正電極、５は２枚の円錐状偏向電極２，６を分離するセラミック等の絶縁物、９は保持部材、１０，１１，１２はアインツェルレンズ、１３はガスセル、１４は入口スリット、２５は出口スリットであり、入口スリット１４は所定間隔で開けた円形のスリット又は帯状のスリットで形成される。
【００１７】
１５は階段状のセラミック絶縁板、１６は出口スリット２５から出た電子の導入路、１７は回転アーム、１８は位置敏感型電子増倍板を収納したシールド箱、１９はシールド箱の取付板、２０はシールド箱の取付板１９と回転アーム１７の取付用ネジ、２１は旋回心軸、２２はウオーム歯車付シャフト保持ブロック、２３はウオーム機構の基台、２４は基台２３の支柱、２６，２７は補正電極、２８はウオーム歯車である。
【００１８】
このように、本発明の実施形態の１つは（ａ）円筒形の電子補集レンズ、（ｂ）円錐形の偏向電極、及び（ｃ）回転式の位置敏感型電子増倍板で電子エネルギー分析器を構成し、円筒形の電子補集レンズは、間隔が保持されて配置されるアインツェルレンズ１０，１１，１２で構成され、入口スリット１４の前段に設けられる。
【００１９】
また、円錐形の偏向電極は、２枚の円錐状偏向電極２，６で構成され、内側の円錐状偏向電極６には電子が通り抜けられるように帯状の入口スリット１４及び出口スリット２５が開口されており、これらスリットの開き角は１２０度である。その入口スリット１４付近に第１の補正電極７，８を、出口スリット２５付近に第１の補正電極３，４を備えて略１４０度の扇型を形成している。更に、角度方向両末端側４枚の第２の補正電極２６，２７を有している。そして、第１の補正電極７，８と偏向電極２，６は互いに干渉しないように階段状のセラミック絶縁板１５にネジ止めされている。
【００２０】
回転式の位置敏感型電子増倍板は、シールド箱１８に収納配置され、２個のウオーム歯車付シャフト保持ブロック２２のウオーム歯車２８を回転させることにより、旋回心軸２１を中心に回転アーム１７及びシールド箱１８の取付板１９を回転させ、シールド箱１８を円錐状偏向電極２，６で構成される略１４０度の扇型上を回動させる。回転アーム１７には精密なポンチ孔が複数箇所開けてあり、指定位置まで電子増倍板が回転した時にウオーム機構の基台２３にネジ止めされているボールプランジャがポンチ孔にはまることで、角度精度と再現性が保証されている。
【００２１】
測定に際しては、下部のガスセル１３に試料気体を導入し、光・高速電子・イオン等のビームを入射して試料をイオン化する。放出された電子は円筒形のアインツェルレンズ１０，１１，１２で捕集され、続いて内側の円錐状偏向電極６の入口スリット１４から投入され、２枚の円錐状偏向電極２，６の間を通過する。
【００２２】
２枚の偏向電極２，６間で特定のエネルギーをもつ電子が選別され、出口スリット２５を出たのちシールド箱１８内の位置敏感型電子増倍板によって検出される。回転式の位置敏感型電子増倍板は、ウオーム歯車２８を回転させることにより、旋回心軸２１を中心に回転アーム１７及びシールド箱１８の取付板１９を回転させ、シールド箱１８を円錐状偏向電極２，６で構成される略１４０度の扇型上を回動され、約１００度に渡って角度分布を測定する。
【００２３】
このように、この実施形態の位置敏感型電子増倍板は、電子の検出に大型（直径４０ｍｍ）で、それ自体が２５度の広い角度範囲を覆っているうえ、回転させることで約１００度にわたって角度分布を測定することができ、この場合の取込み角は０.１４ｓｒとなる等、高い角度分解能と大きな取込み角が同時に実現されている。
【００２４】
２枚の偏向電極２，６の電位差は、電子の通過エネルギーの正確に１.４分の１でなければならない。この比率は本発明の電子エネルギー分析器のエネルギー分散条件から導かれ、この比率からずれると電子が偏向電極２，６の間を通過できないことが実験からも確かめられている。
【００２５】
内側の偏向電極６の入口スリット１４付近に配置された第１の補正電極７，８と、出口スリット２５付近に配置された第１の補正電極３，４は略１４０度の扇型を形成し、この４枚の第１の補正電極３，４，７，８は、入口および出口スリット付近の“縁（フリンジ）効果”による電場の乱れを１％以下に減らす効果を有している。
【００２６】
同様に偏向電極２，６の角度方向両末端側４枚の第２の補正電極２６，２７は、偏向電極２，６の両末端での電場の乱れを防いでいる。以上の補正電極は必要にして十分な枚数が設置されている。補正電極の形状は電子の軌道解析に基づき最適化され、特に、入口スリット１４付近に配置された第１の補正電極７，８のツバの長さの最適値７ｍｍは、中心軸（イオン化光などのビームの通過軸）から入口スリット１４までの距離２４ｍｍによって決まる重要なパラメータである。
【００２７】
図４に本発明で完成した電子エネルギー分析器を用いて測定されたアルゴン原子の光電子スペクトルを示す。ここでは、２ｍｍ径の円形の入口スリットを４.５度〜８度間隔で開けた試験用の円錐状偏向電極を製作し、これを用いて角度分解能とエネルギー分解能の検査を同時に行った。通過エネルギーは１.４ｅＶに設定した。また、イオン化には非偏光のヘリウム共鳴線を用いているので、放出電子の運動エネルギーＥK は５.２〜５.５ｅＶとなり、光軸に垂直な面内で電子角度分布は等方的となる。
【００２８】
図４において、光電子の速度が遅いタイプのアルゴン原子のスペクトルは低いピークの曲線であり、光電子の速度が速いタイプのアルゴン原子のスペクトルは高いピークの曲線である。このスペクトルと位置敏感型電子増倍板上の画像データから良好なエネルギー分解能（△Ｅ≒０.０６ｅＶ）と高い角度分解能（２度以下）が達成されていることがわかる。
【００２９】
本電子エネルギー分析器のエネルギー分解能は、図４に示すように、２ｍｍ径の円形の入口スリットの場合は△Ｅ≒０.０６ｅＶであったが、０.５ｍｍ幅の帯状の入口スリットに置き換えることで△Ｅ≒０.０１２ｅＶまで向上した。 これは半球型エネルギー分析器の分解能に匹敵する値である。
【００３０】
電子の取込み角は位置敏感型電子増倍板の大きさで決まり、今回の試作品の場合は約０.０３５ｓｒとなる。本電子エネルギー分析器を、従来の高感度・高分解の半球型エネルギー分析器と比較すると、角度分解能は約３倍、取込み角は約１桁優れている。更に、図５に示す加速電子レンズ系２９を用いて出口スリット２５から出た電子を均一に加速することで、１度を切る角度分解能が達成できた（理論的限界値は０.３度である）。
【００３１】
本発明の他の実施形態として、上記した実施形態の位置敏感型電子増倍板の代わりに、図６に示すように、出口スリット２５の全域をカバーする５０×１５０ｍｍ2 の長方形又は同等以上の有効面積をもつ長円形をした位置敏感型電子増倍板を用いれば、位置敏感型電子増倍板を回転することなく全角度領域の計測を行なうことができる。この結果、１００度の範囲で角度分布を同時測定することが可能となり、更に効率の良い電子エネルギー分析器が製作できる。
【００３２】
なお、この長方形又は同等以上の有効面積をもつ長円形の位置敏感型電子増倍板を用いるにあたっては、図５の加速電子加速レンズ２９に代えて、図７に示す、帯状の電子加速レンズ３０を出口スリット２５の後に接続することにより角度分解能１度が達成される。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の高分解能電子エネルギー分析器は、円筒形の電子補集レンズ、円錐形の偏向電極及び回転式の位置敏感型電子増倍板もしくは長方形又は長円形の位置敏感型電子増倍板でエネルギー分析器を構成することにより、従来の角度分解電子エネルギー分析器より、角度分解能と取込み角度が勝っており、放出電子の角度分布測定に極めて有用である。そして、エネルギー分解能も同サイズの半球型エネルギー分析器に匹敵する高い角度分解能と大きな取込み角を持つ電子エネルギー分析器を実現することができる。
【００３４】
また、従来のトロイダル型分析器と異なり、本発明の高分解能電子エネルギー分析器は本体の回転が不要となり、本発明装置の偏向電極と補正電極の形状と配置は、電子の軌道解析に基づいて容易に決定することができ、高精度の切削加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子エネルギー分析器の上面図と側面断面図。
【図２】本発明の電子エネルギー分析器の側面断面拡大図。
【図３】本発明の電子エネルギー分析器の上面拡大図。
【図４】本発明装置によるＡｒ原子の光電子スペクトル図。
【図５】本発明の電子エネルギー分析器の他の実施形態図。
【図６】本発明の電子エネルギー分析器の他の実施形態図。
【図７】本発明の他の電子加速レンズの上面図。
【符号の説明】
１                ベース
２，６            円錐状偏向電極
３，４，７，８    補正電極
５                絶縁物
９                保持部材
１０，１１，１２  アインツェルレンズ
１３              ガスセル
１４              入口スリット
１５              階段状のセラミック絶縁板
１６              電子の導入路
１７              回転アーム
１８              位置敏感型電子増倍板を収納したシールド箱
１９              シールド箱の取付板
２０              取付用ネジ
２１              旋回心軸
２２              ウオーム歯車付シャフトの保持ブロック
２３              ウオーム機構の基台
２４              基台の支柱
２５              出口スリット
２６，２７        補正電極
２８              ウオーム歯車
２９，３０        電子加速レンズ
【図１】
0003665032.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003665032.tif 000007
【図７】
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