(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする問題点は、観測されるスペクトルにエネルギーシフトが発生しているため速い掃引はできなかったという点である。【解決手段】１次ビーム源と、前記１次ビーム源より照射された１次ビームにより試料から発生した２次ビームを分光するための静電型エネルギーアナライザと、掃引信号を発生する掃引信号発生手段と、前記掃引信号に基づいて前記静電型エネルギーアナライザに掃引電圧を印加する掃引電圧発生手段と、を備えた表面分析装置において、前記掃引電圧のエネルギーシフト成分を打ち消すように、前記掃引信号に補正信号を加算することを特徴とする表面分析装置。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次ビーム源と、
前記１次ビーム源より照射された１次ビームにより試料から発生した２次ビームを分光するための静電型エネルギーアナライザと、
掃引信号を発生する掃引信号発生手段と、
前記掃引信号に基づいて前記静電型エネルギーアナライザに掃引電圧を印加する掃引電圧発生手段と、
を備えた表面分析装置において、
前記掃引電圧のエネルギーシフト成分を打ち消すように、前記掃引信号に補正信号を加算することを特徴とする表面分析装置。
【請求項２】
前記掃引信号発生手段が、
時間に対して略直線的に増加する前記掃引信号を発生する第１信号発生器と、
掃引速度に応じた直流電流である前記補正信号を発生する第２信号発生器と、
第１信号発生器と第２信号発生器の両出力を加算する信号加算器と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載された表面分析装置。
【請求項３】
前記第２信号発生器はＤＡ変換器から構成されることを特徴とする請求項２に記載された表面分析装置。
【請求項４】
前記第２信号発生器は、前記第１信号発生器の出力を反転する反転増幅器と、前記反転増幅からの信号に基づいて掃引速度に対応した直流信号を発生する微分器とから構成されることを特徴とする請求項２に記載された表面分析装置。
【請求項５】
前記エネルギーアナライザが、前記２次ビームを減速するための減速電極と、減速された前記２次ビームを分光するための分光電極と、とから構成された請求項１乃至４のいずれかに記載された表面分析装置であって、
前記分光電極に分光のための電場を発生させる電圧を印加する分光電源を備え、
前記掃引電圧を前記減速電極及び前記分光電源に印加することを特徴とする表面分析装置。
【請求項６】
前記１次ビームが電子線であり、前記２次ビームがオージェ電子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載された表面分析装置。
【請求項７】
前記１次ビームがＸ線であり、前記２次ビームが光電子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかにに記載された表面分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子線やＸ線等の１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、光電子分光装置等の試料表面分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料の組成や化学状態等を分析する装置としてオージェマイクロプローブがある。このようなオージェマイクロプローブは、試料表面に細く絞った電子を照射し、照射により試料極薄層から発生したオージェ電子をインプットレンズにより集束して静電半球型アナライザに導き、ここでエネルギ分光する。そして、分光されたオージェ電子を検出器で検出し、検出されたオージェ電子のエネルギースペクトルを得、スペクトルを解析して試料の微小領域（ナノオーダレベル）の組成や化学状態等を分析している。すなわち、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量を色に対応させてマッピング表示することによりオージェ像を得ることができる。
【０００３】
また、試料の組成や化学状態等を分析する装置として光電子分光装置がある。この様な光電子分光装置は、Ｘ線源からのＸ線を試料に照射し、照射により試料から発生した光電子をインプットレンズにより集束して静電半球型アナライザに導き、ここでエネルギー分光する。そして、分光された光電子を検出器で検出し、検出された光電子のエネルギースペクトルを得、スペクトルを解析して試料の組成や化学状態等を分析している。
【０００４】
スペクトルを得るために、静電半球型アナライザに時間に対して直線的に増加する電圧である掃引電圧を印加する。図２は掃引電圧を印加する掃引電圧増幅器の回路図である。入力端子にはＶｉの電圧が印加されている。一方の入力に抵抗Ｒｉが接続されている演算増幅器には、掃引電圧増幅器の出力電圧である高圧掃引信号Ｖｏのノイズを減少するため、帰還抵抗２０Ｒｆと並列にコンデンサ２１Ｃｆが接続されている。ここで、時間に対して直線的に増加する掃引電源の入力電圧である掃引信号Ｖｉ（ｔ）＝αｔ（αは上昇率）とすると、高圧掃引信号Ｖｏは次式となる。ただし、Ｔｆ＝Ｒｆ・Ｃｆ（一定）とする。
Ｖｏ（ｔ）＝−α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・（ｔ−Ｔｆ・（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｆ）））・・・（１）
式（１）を図で示すと、図３のようになる。ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｆ）≪１となる範囲では（初期段階を除く）、次式のようになる。
Ｖｏ（ｔ）＝−α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・ｔ＋α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・Ｔｆ・・・（２）
α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・Ｔｆはエネルギーシフト量である。
【０００５】
このように掃引をした時に観測されるスペクトルにはエネルギーシフトが発生しており、エネルギーシフトが発生するため速い掃引はできなかった。
【０００６】
なお、従来技術としては、試料に印加されたバイアス電圧に応じて電圧補正回路により出力電圧値を調整する光電子分光装置がある（例えば、特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１０９６７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする問題点は、観測されるスペクトルにエネルギーシフトが発生しているため速い掃引はできなかったという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、１次ビーム源と、前記１次ビーム源より照射された１次ビームにより試料から発生した２次ビームを分光するための静電型エネルギーアナライザと、掃引信号を発生する掃引信号発生手段と、前記掃引信号に基づいて前記静電型エネルギーアナライザに掃引電圧を印加する掃引電圧発生手段と、を備えた表面分析装置において、前記掃引電圧のエネルギーシフト成分を打ち消すように、前記掃引信号に補正信号を加算することを特徴とする表面分析装置である。
【００１０】
請求項２の発明は、前記掃引信号発生手段が、時間に対して略直線的に増加する前記掃引信号を発生する第１信号発生器と、掃引速度に応じた直流電流である前記補正信号を発生する第２信号発生器と、第１信号発生器と第２信号発生器の両出力を加算する信号加算器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載された表面分析装置である。
【００１１】
請求項３の発明は、前記第２信号発生器はＤＡ変換器から構成されることを特徴とする請求項２に記載された表面分析装置である。
【００１２】
請求項４の発明は、前記第２信号発生器は、前記第１信号発生器の出力を反転する反転増幅器と、前記反転増幅からの信号に基づいて掃引速度に対応した直流信号を発生する微分器とから構成されることを特徴とする請求項２に記載された表面分析装置である。
【００１３】
請求項５の発明は、前記エネルギーアナライザが、前記２次ビームを減速するための減速電極と、減速された前記２次ビームを分光するための分光電極と、とから構成された請求項１乃至４のいずれかに記載された表面分析装置であって、前記分光電極に分光のための電場を発生させる電圧を印加する分光電源を備え、前記掃引電圧を前記減速電極及び前記分光電源に印加することを特徴とする表面分析装置である。
【００１４】
請求項６の発明は、前記１次ビームが電子線であり、前記２次ビームがオージェ電子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載された表面分析装置である。
【００１５】
請求項７の発明は、前記１次ビームがＸ線であり、前記２次ビームが光電子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかにに記載された表面分析装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により掃引信号に補正信号を加算して掃引すると、減速掃引電圧信号にはエネルギーシフト起因成分が入らず、結果的にエネルギーシフトのないスペクトルが得られ、速い掃引が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、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。図１は本発明による光電子分光装置の概略図である。試料１の斜め上方には図示しないＸ線源が設置されており、試料１の上方には試料１から発生した光電子を阻止電極３の入射スリット１０近傍に集束する為のインプットレンズ系２が設けられている。１０、１１は各インプットレンズの増幅器である。阻止電極３には、掃引電圧増幅器８よりの電圧により、減速電場を作り、光電子を分光エネルギーに減速する。掃引信号発生器９は掃引信号を掃引電圧増幅器８、レンズ増幅器１１、１２に供給する。
【００１８】
半球型エネルギーアナライザ５の球面電極４にはアナライザ電源６からのアナライザパスエネルギーに掃引電圧増幅器８からの出力電圧ＲＶが重畳したものが印加される。半球型エネルギーアナライザ５は、分光エネルギーに相当する電場を作り、入射スリット１０を介して導かれてきた光電子をエネルギーに関して分光する。６は半球型エネルギーアナライザ５の各電極間に電位差（＋Ａ、−Ａ）を与えるためのアナライザ電源である。半球型エネルギーアナライザ５の出口近傍には検出器７が複数個、半球型エネルギーアナライザ５のエネルギー分光方向に沿って配置されている（図では便宜上１個の検出器のみ示されている）。
【００１９】
例えば、半球型エネルギーアナライザ５によりＥｉ のエネルギーの光電子が分光された場合には、真ん中に位置された検出器７がエネルギーＥｉ の光電子を、真ん中の検出器７から左右に離れるに従い夫々エネルギーＥｉ−１ とＥｉ＋１ に近いエネルギーの光電子を検出する。各検出器７で検出された光電子に基づく信号は図示しない夫々アンプを介して図示しない制御装置に送られる。制御装置の指令に従って検出された光電子のエネルギースペクトルは図示しない表示装置によって表示される。
【００２０】
すなわち、この様な構成の装置において、Ｘ線源（図示せず）からのＸ線を試料１に照射し、該照射により試料１から発生した光電子をインプットレンズ系２により集束して静電半球型エネルギーアナライザ５に導き、ここでエネルギー分光する。
この例の場合、阻止電極３の入射スリット１０に入って来た光電子を一定のアナライザパスエネルギーで分光するために、球面電極４の各電極間の電位差（＋Ａ，−Ａ）を一定に保ちながら、球面電極４の各電極に印加される電圧が掃引される様にしている。その為に、アナライザ電圧に掃引電圧増幅器８からの掃引電圧を重畳するように成している。
そして、エネルギー分光された光電子を検出器７で検出し、該検出された光電子に基づく信号に基づいたエネルギースペクトルを表示装置（図示せず）に表示させるようにしている。
もちろん、阻止電圧の電圧を変えず、減速比一定で球面電極４のみを掃引してもよい。
【００２１】
図２は掃引電圧を印加する掃引電圧増幅器８の回路図である。入力端子にはＶｉの電圧が印加されている。一方の入力に抵抗Ｒｉが接続されている演算増幅器には、掃引電圧増幅器の出力電圧である高圧掃引信号Ｖｏのノイズを減少するため、帰還抵抗２０Ｒｆと並列にコンデンサ２１Ｃｆが接続されている。
【００２２】
ここで、時間に対して直線的に増加する掃引電圧増幅器の入力電圧である掃引信号Ｖｉ（ｔ）＝αｔ（αは上昇率）とすると、高圧掃引信号Ｖｏは次式となる。ただし、Ｔｆ＝Ｒｆ・Ｃｆとする。
Ｖｏ（ｔ）＝−α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・（ｔ−Ｔｆ・（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｆ）））・・・（１）
式（１）を図で示すと、図３のようになる。ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｆ）≪１となる範囲では（初期段階を除く）、次式のようになる。
Ｖｏ（ｔ）＝−α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・ｔ＋α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・Ｔｆ・・・（２）
α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・Ｔｆはエネルギーシフト量である。
αは変数で、Ｒｆ、Ｒｉ、Ｔｆの値は既知の一定値であるので、エネルギーシフト量α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・Ｔｆもαに応じた値となる。よって、エネルギーシフト量α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・Ｔｆをゼロとするように、入力電圧に補正電圧を加える。
【００２３】
ここで、補正電圧としてα・Ｔｆを設定する。補正電圧を加えた入力電圧Ｖｉｃ（ｔ）は次式のようになる。
Ｖｉｃ（ｔ）＝α・ｔ＋α・Ｔｆ・・・（３）
α・Ｔｆ成分による出力電圧をＶｏｃｏ（ｔ）とすると、Ｖｏｃｏ（ｔ）は次式のようになる。
Ｖｏｃｏ（ｔ）＝−α・Ｔｆ・（Ｒｆ／Ｒｉ）・（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｆ））
入力電圧Ｖｉｃ（ｔ）のうち、α・ｔ成分による出力電圧Ｖｏ（ｔ）は式（１）と同じで次式のようになる。
Ｖｏ（ｔ）＝−α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・（ｔ−Ｔｆ・（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｆ）））
よって、補正電圧を加えた場合の出力電圧Ｖｏｃ（ｔ）は次式のようになる。
Ｖｏｃ（ｔ）＝Ｖｏｃｏ（ｔ）＋Ｖｏ（ｔ）＝−α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・ｔ・・・（５）
図４にこれらの波形を示す。
【００２４】
式（５）及び図４に示されたＶｏｃ（ｔ）の波形から分かるように、Ｖｏｃ（ｔ）はエネルギーシフト量に対応するα・（Ｒｆ／Ｒｉ）・Ｔｆのない信号になるので、こような信号を減速掃引電圧信号とすれば、エネルギーシフトのないスペクトルが得られ、αを大きくした速い掃引が可能となる。
【００２５】
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、１次線のＸ線源の替わりに電子線源を用い、２次線の光電子の替わりにオージェ電子とし、オージェマイクロプローブとしてもよい。
【実施例１】
【００２６】
図５は図１における掃引電圧増幅器８及び掃引信号発生器９の詳細図である。図５の構成及び動作について説明すると、掃引信号発生手段である信号発生器３１から時間ｔに対して任意に決めた上昇率αからα・ｔの直線的に上昇する電圧を発生する。補正信号発生手段である直流電圧発生器３２はα・Ｔｆの直流電圧を発生する。直流電圧発生器３２に接続されたスイッチ３３は走査信号開始（ｔ＝０に相当）と同期してＯＮする。信号発生器３１とスイッチ３３が接続された加算器３４より掃引電圧増幅器８にα・ｔ＋α・Ｔｆを入力するので、式（５）より出力は−α・（Ｒｆ／Ｒｉ）・ｔとなる。このように、加算された信号（α・ｔ＋α・Ｔｆ）が、掃引電圧増幅器８に入力されると、前記原理の説明の様に、エネルギーシフトの無いスペクトルが得られることになる。
【実施例２】
【００２７】
図６は図１における掃引電圧増幅器８及び掃引信号発生器９の詳細図である。図６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。実施例２は実施例１と同様であるが、直流電圧発生器３２の部分をＤＡコンバータ３６に置き換えたものである。様々なα（掃引スピード）に対応してＤＡコンバータ３６の入力コードを設定し、補正信号であるα・Ｔｆの出力を得る。
【実施例３】
【００２８】
図７は図１における掃引電圧増幅器８及び掃引信号発生器９の詳細図である。図７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。実施例３も実施例１と同様であるが、直流電圧発生器３２の部分を反転増幅器３７及び微分器３８に置き換えたものである。反転増幅器３７は入力α・ｔに対して出力は−α・ｔ（増幅度は１に設定しておく）となる。この出力を図８に示す（ＣｆとＲｆの値は掃引電圧増幅器８と同じ値に設定しておく）微分器３８に入力すると、出力はα・Ｒｆ・Ｃｆ＝α・Ｔｆとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による装置概要である。
【図２】掃引電圧増幅器の回路図である。
【図３】従来技術における掃引電圧増幅器の入力・出力の波形を示す図である。
【図４】本発明における掃引電圧増幅器の入力・出力の波形を示す図である。
【図５】本発明の実施例１における回路図である。
【図６】本発明の実施例２における回路図である。
【図７】本発明の実施例３における回路図である。
【図８】本発明の実施例３における微分器の回路図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  試料
２  インプットレンズ系
３  阻止電極
４  球面電極
５  半球型エネルギーアナライザ
６  アナライザ電源
７  検出器
８  掃引電圧増幅器
９  掃引信号発生器
１０  入射スリット
１１  レンズアンプ
１２  レンズアンプ
２０  帰還抵抗
２１  コンデンサ
２２  掃引信号
２３  高圧掃引信号
２４  演算増幅器
３１  信号発生器
３２  直流電圧発生器
３３  スイッチ
３４  加算器
３６  ＤＡコンバータ
３７  反転増幅器
３８  微分器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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