(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー分散方向に等間隔で配置された複数の検出器を備えた静電半球形電子エネルギーアナライザを用い、入射レンズ系により分光電子を一定の比率で減速する一定減速比モードで分光検出する際に、各検出器で検出される運動エネルギー値に丸め計算を施すステップと、丸め計算処理により検出運動エネルギー値の一連のデータ列においてデータ点の欠落が生じたとき直線補間処理を施すステップとを備えていることを特徴とする静電半球形電子エネルギーアナライザによる多重検出法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、静電半球形電子エネルギーアナライザによる多重検出法に関し、特に静電半球形電子エネルギーアナライザの入射レンズ系により分光電子を一定の比率で減速する一定減速比モードで分光検出する際に実計測時間の短縮を図る多重検出法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電半球形電子エネルギーアナライザ（ＣＨＡと略称されている）は、光電子分光装置（ＥＳＣＡ）やオージェ電子分光装置（ＡＥＳ）等の表面分析機器のアナライザとして広く用いられている。静電半球形電子エネルギーアナライザは、通常図３の概略構成図に示すように、入射レンズ系１と球面アナライザ部２とから構成されており、入射レンズ系１は、試料Ｓより放出された電子を必要なレベルまで減速し、且つその電子を球面アナライザ部２の入口に設けられた入射スリット３へ収束させる作用をする。球面アナライザ部２は、内球５と外球６とからなり、入射スリット３を通過した電子をエネルギー分別して、これを検出器４で受けて取り出すようになっている。
【０００３】
ところで、静電半球形電子エネルギーアナライザの制御には、一定分析エネルギー（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ａｎａｌｙｚｉｎｇ  Ｅｎｅｒｇｙ  ：ＣＡＥ）モードと一定減速比（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｒｅｔａｒｄｉｎｇ  Ｒａｔｉｏ：ＣＲＲ）モードの２つがある。一定減速比モードは、観測する電子の運動エネルギーに比例してアナライザのパスエネルギーを掃引し、アナライザの相対分解能を一定にしてスペクトルを測定するモードである。これに対し一定分析エネルギーモードは、アナライザのパスエネルギーを観察電子の運動エネルギーに関係なく常に一定に保ってスペクトルを測定するもので、このため一定分析エネルギーモードでは、アナライザの絶対分解能が一定に保たれる。
【０００４】
一定減速比モードでは、観測する電子の運動エネルギーを常に一定の減速比で減速してスペクトルを測定するため、静電半球形電子エネルギーアナライザに使用される静電レンズ系のレンズ動作が一定に保たれ、アナライザの透過関数の一因であるレンズ動作の影響を除外できる利点がある。また、オージェ電子分光のように二次電子の励起源に電子銃を用いる表面分析装置では、オージェ電子信号が大きなバックグランド信号に乗っており、オージェスペクトルを測定する場合には、一定減速比モードでの測定が有利となる。
【０００５】
ところで、静電半球形電子エネルギーアナライザでは、実効的な検出感度を強化するために、該アナライザの出射スリット位置に、多重検出器を配置する場合がある。この多重検出器は、静電半球形電子エネルギーアナライザの出射部におけるスペクトルのエネルギー分散を利用して、同時に異なるエネルギーをもつ電子を検出するために使用される。
【０００６】
多重検出器を用いた場合、静電半球形電子エネルギーアナライザを一定分析エネルギーモードで使用するとアナライザ出射部におけるエネルギー分散量は、観測する電子の運動エネルギーに無関係で、一定分析エネルギーモードのアナライザパスエネルギーの値で一義的に決まり、観測エネルギー範囲に対して一定に保たれる。このため、静電半球形電子エネルギーアナライザを一定分析エネルギーモードで動作させた場合、多重検出器を用いてスペクトルを測定することは簡単に実現することができる。
【０００７】
一方、一定減速比モードでは、観測する電子の運動エネルギーによってパスエネルギーが変化するため、静電半球形電子エネルギーアナライザの出射部における分散量は、観測する静電半球形電子エネルギーアナライザに設定する運動エネルギー値によって変化し、多重検出器の各チャネル間のエネルギー差が観測する運動エネルギーに従って変化する。このため一定減速比モードでは、一定分析エネルギーモードのように各チャネルの計数値を単純に加算できない。
【０００８】
しかしながら、適当な丸め計算（四捨五入）を各チャネルで検出する運動エネルギー値に施すことにより、一定減速比モードにおいても、計数値を加算処理できる多重検出を容易に実現することができる。
【０００９】
静電半球形電子エネルギーアナライザに設定された観測運動エネルギーに対して、各チャネルで測定される電子の運動エネルギー値は、次式（１）によって算出される。
0003571535.tif 000002
ＥＫ  ｉ  ：チャネル番号ｉの観測する運動エネルギー
ＥＫ  ０  ：中心チャネルが観測する運動エネルギー（すなわち静電半球形電子エネルギーアナライザに設定する運動エネルギー）
ＧＰ  ：静電半球形電子エネルギーアナライザの内外球の間隙
Ｒ０    ：静電半球形電子エネルギーアナライザの中心軌道半径
ｒ    ：一定減速比モードの減速比（ｒ＝ＥＫ  ／Ｅｐａｓｓ，ＥＫ  ：観測運動エネルギー，Ｅｐａｓｓ：ＥＫ  に対するアナライザパスエネルギー）
ＤＩ  ：ＧＰの分割数
ＣＨｔ  ：多重検出器の全チャネル数
ｉ    ：データを取り込むチャネル番号（チャネル番号は内球から外球に向かって１，２，・・・・・ＣＨｔ  とする）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記（１）式で該当チャネル番号の観測運動エネルギー値を算出すると、設定したパラメータ値によってエネルギー掃引ステップ刻みに一致しない場合がある。しかしアナライザの分解能に比べて観測するピークの半値幅が広いため、計算結果を掃引ステップ刻みに丸めてもスペクトル形状を歪ませるほどの影響はない。
【００１１】
しかし、該当チャネル番号のエネルギー値を観測スペクトルのエネルギー範囲に対して計算し丸め処理を施すと、一連のデータ列で観測エネルギー値に対してデータ点の欠落が発生する場合がある。このデータ点の欠落は、上記（１）式を変形した次式（２）から容易に判るように、静電半球形電子エネルギーアナライザの中心軌道から外れた検出位置では、静電半球形電子エネルギーアナライザの幾何形状、設定エネルギー分解能及び測定運動エネルギー値の組合せにより、該当チャネルの中心軌道に対するエネルギー差が、エネルギー掃引ステップに一致しないことに起因する。
0003571535.tif 000003
【００１２】
従来は、このようなデータ点の欠落は、厳密な補間計算を行って補間するようにしているので、スペクトルデータ１点当たりの計測時間（Ｄｗｅｌｌ  ｔｉｍｅ）を短くして測定する場合、補間計算に時間を要するため、実計測時間が計測時間（Ｄｗｅｌｌ  ｔｉｍｅ）に比して長くなるという問題点があった。
【００１３】
本発明は、従来の静電半球形電子エネルギーアナライザによる多重検出における上記問題点を解消するためになされたもので、一定減速比モードにおいても実計測時間を短縮できるようにした静電半球形電子エネルギーアナライザによる多重検出法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明は、エネルギー分散方向に等間隔で配置された複数の検出器を備えた静電半球形電子エネルギーアナライザを用い、入射レンズ系により分光電子を一定の比率で減速する一定減速比モードで分光検出する際に、各検出器で検出される運動エネルギー値に丸め計算を施すステップと、丸め計算処理により検出運動エネルギー値の一連のデータ列においてデータ点の欠落が生じたとき直線補間処理を施すステップとを備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
静電半球形電子エネルギーアナライザを用いて一定減速比モードにおいて多重検出を行うため丸め計算処理を行う際に、丸め計算処理により生じる観測エネルギー値に対するデータ点の欠落は、連続して出現することはないので、欠落したチャネルのデータ点は、欠落点を挟む前後の観測値の直線補間によって容易に補間することができる。したがって、このように直線補間によって従来より高速に処理することが可能となり、実計測時間を短縮することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る静電半球形電子エネルギーアナライザによる多重検出法を実施するための多重検出装置の概略構成図である。図１において、１１は静電半球形電子エネルギーアナライザ、１２は該アナライザ１１の入射レンズ系、１３は球面アナライザ部である。１４は前記静電半球形電子エネルギーアナライザ１１のエネルギー制御ユニット、１５はアナライザパスエネルギー制御ユニット、１６は前記エネルギー制御ユニット１４に対してエネルギー掃引値及び測定開始並びに終了エネルギー値を指定するためのエネルギー掃引及び補正処理部、１７は前記アナライザパスエネルギー制御ユニット１５を制御するためのアナライザ制御部、１８は前記球面アナライザ部１３の出口に配置された複数の検出器における検出量を計測する計測計、１９は該計測計１８の計測動作を制御し計数積算処理を行う計測計制御カウンタアレイ、２０は各検出器の計数値を格納する領域を示すアドレスインデックスを記憶するインデックス保存メモリ、２１は最終データを保存するスペクトル格納メモリ、２２は各部の動作を制御する機能制御部である。
【００１７】
次に、図１に示した多重検出装置において行われる本発明に係る多重検出法に基づく動作を、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。一定減速比モードによる多重検出で測定を行う場合は、まず実測定エネルギー範囲の補正を行う（ステップＳ１）。この補正処理は次の理由による。すなわち、多重検出により全てのチャネルで所望のスペクトル範囲を全部計測しようとすると、中心チャネルに測定エネルギー範囲を設定している場合には、開始エネルギー値あるいは終了エネルギー値において、外側チャネルあるいは内側チャネルは設定した測定エネルギー範囲から外れたエネルギー領域となってしまう。したがって、計測するエネルギー範囲を全てのチャネルで積算するためには、要求される測定エネルギー範囲を最内側チャネル及び最外側チャネルで計測できるように設定エネルギー値を拡大する必要がある。すなわち、次のように設定値を補正する。
（１）開始エネルギー値を最外側チャネルで計測できるように補正する。
（２）終了エネルギー値を最内側チャネルで計測できるように補正する。
上記（１），（２）の設定運動エネルギーの補正は、次式（３）により算出する。
0003571535.tif 000004
【００１８】
なお、上記（３）式に関しては、いずれの計算結果に対しても、次式（４）の近似式によって、設定エネルギー掃引刻みに丸め処理を施す。
0003571535.tif 000005
ＥＫ  ０ｍ：エネルギー掃引刻みで補正された設定エネルギー値
ＥＫ  ｉ０：（３）式で算出される補正された設定エネルギー値
ＥＫ  ０  ：要求された開始エネルギー値
ｓｔｅｐ  ：エネルギー掃引刻み
ｉｎｔ    ：整数部取り出し関数｛ｉｎｔ（１１．２）→１１，ｉｎｔ（−１１．２）→−１１とする関数｝
ｓｉｇｎ（ＥＫ  ｉ０−ＥＫ  ０  ）：要求された開始エネルギー値に対する変位量の符号取り出し関数（処理系によって負の実数の整数化処理が異なることがあるために付加される）
【００１９】
表１に、上記（２），（３）式で算出したあるチャネル番号の補正されたエネルギー値の例を示す。
【００２０】
【表１】
0003571535.tif 000006
【００２１】
次に、補正された測定エネルギー範囲及び掃引刻みをもとに、各チャネルのエネルギー値を前記（１）式により算出し、掃引刻みのステップ電圧単位で丸め処理を行い、欠落点には指標を付し、各チャネルの計数値を格納する領域を示すアドレスインデックスを作成する（ステップＳ２）。計数値を格納する領域を“ＯｘＦＦＦＦＦＦＦＦ”等で初期化し、各チャネルの格納先アドレスを格納しておく。次に、実測定開始エネルギー値をエネルギー掃引ユニットに設定し（ステップＳ３）、スペクトルの測定を開始する。
【００２２】
スペクトルの測定を開始すると、設定された計測時間（Ｄｗｅｌｌ  ｔｉｍｅ）の間カウンタゲートを開けて、各チャネルの計数積算処理を行う（ステップＳ４）。そして各チャネルのカウンタの積算データ（計測データ）をアドレスインデックスに従って、一時保存メモリに格納する（ステップＳ５）。各チャネルの積算データをメモリに保存したら、格納したデータ点の直前のアドレスインデックスを確認して、欠落点指標が付されていて欠落点補正指示がある場合は、欠落点を挟む前後の観測値によって直線補間処理を行って、欠落データ点の補間処理を行う（ステップＳ６）。欠落データ点の補間例を表２に示す。
【００２３】
【表２】
0003571535.tif 000007
【００２４】
そして、最初の掃引ステップでは測定点を全てのチャネルで計測は終わっておらず、測定は終了していないので、ステップＳ９に移り、掃引ステップ電圧を変えて、その変えたステップ電圧をエネルギー掃引ユニットへ設定し（ステップＳ１０）、次いで、ステップＳ４へ戻り、再び同様の処理ステップで次の掃引ステップによる計測処理を行う。以下同様に処理を続行して、計測点を全てのチャネルで計測し終わると、各チャネルの積算データを加算処理して、その和を最終データとして完成スペクトル領域に保存し（ステップＳ７）、測定を終了する（ステップＳ８）。
【００２５】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、本発明によれば、複数の検出器を備えた静電半球形電子エネルギーアナライザを用いて一定減速比モードで分光検出する際に、各検出器の検出エネルギー値の一連のデータ列においてデータ点の欠落が生じたとき直線補間処理するようにしているので、高速で処理を行うことができ、実計測時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る静電半球形電子エネルギーアナライザによる多重検出法の実施の形態を説明するための多重検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した多重検出装置による動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】従来の静電半球形電子エネルギーアナライザの構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  入射レンズ系
２  球面アナライザ部
３  入射スリット
４  検出器
５  内球
６  外球
【図１】
0003571535.tif 000008
【図２】
0003571535.tif 000009
【図３】
0003571535.tif 000010