(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料がマウントされるべき第１主面を有する試料マウントと、
Ｘ線が照射されることによって二次電子を放出し、かつ、前記Ｘ線を前記試料に向けて透過させるように構成されている二次電子発生板と、
前記二次電子発生板を前記試料マウントに対して移動させるように構成されている移動機構とを備え、
前記二次電子発生板が移動するにつれて、前記第１主面と、前記試料に照射される前記Ｘ線の経路上に位置する前記二次電子発生板の部分との間の距離が変化するように、前記二次電子発生板または前記移動機構は構成されている、試料ホルダー。
【請求項２】
前記二次電子発生板の移動方向は、前記第１主面が延在する方向のうちの一つの方向である、請求項１に記載の試料ホルダー。
【請求項３】
前記二次電子発生板は、前記Ｘ線の入射側に凸に膨らんだ形状を有している、請求項１または請求項２に記載の試料ホルダー。
【請求項４】
前記二次電子発生板の第２主面は、直接、前記試料マウントの前記第１主面に面している、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の試料ホルダー。
【請求項５】
前記二次電子発生板が移動するにつれて、前記距離は連続的に変化する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の試料ホルダー。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の前記試料ホルダーと、
前記Ｘ線を発生させるＸ線源とを備える、Ｘ線光電子分光装置。
【請求項７】
前記試料から放出される電子のエネルギースペクトルを得るように構成されているエネルギー分析器と、
前記移動機構を制御するように構成されている制御部とをさらに備え、
前記制御部は、前記エネルギースペクトルのピークの幅が最も狭くなるように、前記移動機構を制御する、請求項６に記載のＸ線光電子分光装置。
【請求項８】
前記エネルギースペクトルの前記ピークは、前記エネルギースペクトルの複数のピークのうち最強のピークである、請求項７に記載のＸ線光電子分光装置。
【請求項９】
前記Ｘ線を集束させる集束部材をさらに備え、
前記集束部材は、前記Ｘ線源と前記二次電子発生板との間に配置されている、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のＸ線光電子分光装置。
【請求項１０】
前記Ｘ線源は、硬Ｘ線源である、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載のＸ線光電子分光装置。
【請求項１１】
前記試料ホルダーが載置されるステージと、
前記ステージを回転させるように構成されている回転機構とをさらに備える、請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載のＸ線光電子分光装置。
【請求項１２】
前記二次電子発生板の曲率中心軸は、前記ステージの回転軸に一致している、請求項１１に記載のＸ線光電子分光装置。
【請求項１３】
Ｘ線を発生させるＸ線源と、
試料ホルダーと、
前記試料ホルダーが載置されるステージと、
前記ステージを回転させるように構成されている回転機構とを備え、
前記試料ホルダーは、試料がマウントされるべき第１主面を有する試料マウントと、前記Ｘ線が照射されることによって二次電子を放出するように構成されている二次電子発生板と、前記二次電子発生板を前記試料マウントに対して移動させるように構成されている移動機構とを含み、前記二次電子発生板が移動するにつれて、前記第１主面と、前記試料に照射される前記Ｘ線の経路上に位置する前記二次電子発生板の部分との間の距離が変化するように、前記二次電子発生板または前記移動機構は構成されており、
前記二次電子発生板の曲率中心軸は、前記ステージの回転軸に一致している、Ｘ線光電子分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料ホルダー及びＸ線光電子分光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平９−２４３５７９号公報（特許文献１）は、Ｘ線源と、エネルギー分析器と、電子銃とを備えるＸ線光電子分光装置を開示している。Ｘ線源から試料にＸ線を照射すると、試料から光電子が放出される。エネルギー測定器は、この光電子のエネルギースペクトルを測定する。【０００３】
試料から光電子が放出されるため、試料は正に帯電する。Ｘ線光電子分光装置を用いた試料の分析中に、試料の帯電量が変化すると、帯電した試料と光電子との間に作用するクーロン力によって、光電子の運動エネルギーが変化する。Ｘ線光電子分光装置によって得られる光電子のエネルギースペクトルのピークエネルギーが変化し、スペクトルの幅が増大する。試料を正確に分析することができなくなる。特許文献１に開示されたＸ線光電子分光装置では、電子銃から電子を試料に照射することによって、帯電した試料は電気的に中和される。電子銃は、熱電子を放出するフィラメントと、熱電子をフィラメントから引き出すための電場を生成するための電極と、偏向電極とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４３５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されたＸ線光電子分光装置では、電子銃から照射される熱電子の試料への入射方向は、試料の帯電の原因であるＸ線の試料への入射方向と異なっている。そのため、試料の表面に供給される熱電子の分布は、試料の表面から放出される光電子の分布と異なる。試料の表面のうちＸ線が照射される領域（被分析領域）内において、帯電の分布が生じる。この帯電の分布は、光電子のエネルギースペクトルのピークエネルギーを変化させる、あるいは、エネルギースペクトルの幅を増大させるため、試料を正確に分析することができない。本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、試料をより正確に分析することを可能にする試料ホルダー及びＸ線光電子分光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の試料ホルダーは、試料マウントと、二次電子発生板と、移動機構とを備える。試料マウントは、試料がマウントされるべき第１主面を有している。二次電子発生板は、Ｘ線が照射されることによって二次電子を放出するように構成されている。移動機構は、二次電子発生板を試料マウントに対して移動させるように構成されている。二次電子発生板が移動するにつれて、試料マウントの第１主面と、試料に照射されるＸ線の経路上に位置する二次電子発生板の部分との間の距離が変化するように、二次電子発生板または移動機構は構成されている。【０００７】
本発明のＸ線光電子分光装置は、本発明の試料ホルダーと、Ｘ線を発生させるＸ線源とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の試料ホルダー及びＸ線光電子分光装置では、二次電子発生板から試料に供給される二次電子の量を最適化することができ、試料の帯電が二次電子によってより高い精度で電気的に中和され得る。試料の被分析領域における帯電量の均一性が改善される。本発明の試料ホルダー及びＸ線光電子分光装置によれば、試料をより正確に分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の試料ホルダー及びＸ線光電子分光装置の概略図である。
【図２】実施の形態１の試料ホルダーの概略拡大斜視図である。
【図３】実施の形態１の二次電子発生板の位置の決定方法のフローチャートを示す図である。
【図４】実施の形態１の二次電子発生板の位置の決定方法の一例において得られた二次電子発生板の位置と、光電子のエネルギースペクトルの最強ピークの半値幅との関係を示す図である。
【図５】実施の形態１のＸ線光電子分光装置で得られた光電子のエネルギースペクトルのピークと、比較例のＸ線光電子分光装置で得られた光電子のエネルギースペクトルのピークとを示す図である。
【図６】実施の形態２の試料ホルダー及びＸ線光電子分光装置の概略図である。
【図７】実施の形態３の試料ホルダーの概略拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１１】
実施の形態１．
図１及び図２を参照して、実施の形態１のＸ線光電子分光（ＸＰＳ）装置１を説明する。Ｘ線光電子分光装置１は、Ｘ線源１０と、ステージ２５と、試料ホルダー３０と、エネルギー分析器５０と、制御部６３とを主に備える。試料ホルダー３０は、試料マウント３４と、二次電子発生板３１と、移動機構３３とを含む。Ｘ線光電子分光装置１は、集束部材１６をさらに備えてもよい。Ｘ線光電子分光装置１は、インプットレンズ４４と、入射スリット４８と、電源５８とをさらに備えてもよい。Ｘ線光電子分光装置１は、処理部６０、操作部６７、表示部６８及び記憶部６９をさらに備えてもよい。
【００１２】
Ｘ線源１０は、Ｘ線１４を発生させるように構成されている。Ｘ線源１０は、例えば、フィラメント１１と、アノード板１３とを含む。アノード板１３は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）または銅（Ｃｕ）のような金属材料で形成されている。フィラメント１１に電圧を印加すると、フィラメント１１から熱電子１２が放出される。熱電子１２は、フィラメント１１とアノード板１３との間に印加される電圧によって加速される。熱電子１２は高速でアノード板１３に衝突して、アノード板１３からＸ線１４が発生する。
【００１３】
集束部材１６は、Ｘ線源１０で発生したＸ線１４を集束Ｘ線に変換する。集束部材１６は、Ｘ線１４を、試料２０の表面２１に集束させる。集束部材１６は、Ｘ線源１０と二次電子発生板３１との間に配置されている。集束部材１６は、Ｘ線１４を反射させるＸ線ミラーであってもよい。集束部材１６は、石英のような分光結晶で形成されてもよく、Ｘ線源１０で発生したＸ線１４を単色化してもよい。Ｘ線１４が試料２０に照射される。試料２０へのＸ線１４の入射面は、例えば、第２方向（ｙ方向）と第３方向（ｚ方向）とによって規定される面（ｙｚ面）であってもよい。試料２０から電子（光電子４１、オージェ電子４２）が放出される。
【００１４】
ステージ２５上に、試料ホルダー３０（試料マウント３４）が載置される。試料マウント３４は、試料２０がマウントされるべき第１主面３４ａを有している。試料２０は、試料マウント３４の第１主面３４ａ上に載置される。試料マウント３４の第１主面３４ａは、第１方向（ｘ方向）と、第１方向（ｘ方向）に垂直な第２方向（ｙ方向）とに延在している。
【００１５】
移動機構３３は、二次電子発生板３１を試料マウント３４に対して移動させるように構成されている。二次電子発生板３１の移動方向は、試料マウント３４の第１主面３４ａが延在する方向のうちの一つの方向（例えば、第１方向（ｘ方向））であってもよい。二次電子発生板３１の移動方向（例えば、第１方向（ｘ方向））は、試料２０へのＸ線１４の入射面（ｙｚ面）に垂直であってもよい。移動機構３３は、試料マウント３４に取り付けられている。移動機構３３は、試料マウント３４の第１主面３４ａ上に設けられている。
【００１６】
移動機構３３は、例えば、一軸アクチュエータまたはマニピュレータシャフトである。一例では、図２に示されるように、移動機構３３は、ハウジング３３ａと、ボールねじ３３ｂと、スライド板３３ｃと、モータ３３ｄとを含む。二次電子発生板３１は、スライド板３３ｃに取り付けられている。モータ３３ｄはハウジング３３ａ内に収容されている。モータ３３ｄがボールねじ３３ｂを回転させると、スライド板３３ｃは、ハウジング３３ａの頂面を第１方向（ｘ方向）にスライドする。モータ３３ｄは、制御部６３によって制御される。
【００１７】
二次電子発生板３１は、Ｘ線１４が照射されることによって二次電子３８を放出するように構成されている。二次電子発生板３１は、金属のような導電体、半導体または絶縁体で形成されてもよい。特定的には、二次電子発生板３１は、セシウム（Ｃｓ）のような、低い仕事関数を有する金属で形成されてもよい。二次電子発生板３１は、接地されてもよい。二次電子発生板３１が、セシウム（Ｃｓ）のような低い融点を有する材料で形成されている場合には、当該材料を冷却して、当該材料を固体状態に保つ。当該材料を固体状態に保つために、試料ホルダー３０を低温雰囲気下に配置してもよい。当該材料を固体状態に保つために、二次電子発生板３１をフレーム（図示せず）で支持して、当該フレームを冷却してもよい。
【００１８】
二次電子発生板３１は、Ｘ線１４が二次電子発生板３１を透過して試料２０に届くような厚さを有している。試料２０の表面２１における単位面積当たりのＸ線１４の強度を高くして、試料２０から放出される電子（光電子４１、オージェ電子４２）を増加させるために、二次電子発生板３１の厚さは小さい方が望ましい。二次電子発生板３１の厚さを小さくして、二次電子発生板３１が自立しない場合には、二次電子発生板３１はフレーム（図示せず）で支持されてもよい。
【００１９】
二次電子発生板３１は、試料２０に照射されるＸ線１４の経路を横切るように配置されている。試料２０から放出される電子（光電子４１、オージェ電子４２）が電子エネルギー分光器５１に到達できるようにするために、二次電子発生板３１は、試料２０から電子エネルギー分光器５１の入口までの電子（光電子４１、オージェ電子４２）の経路を開放している。
【００２０】
二次電子発生板３１の第２主面３１ａは、試料マウント３４の第１主面３４ａに面してもよい。すなわち、二次電子発生板３１の第２主面３１ａは、試料マウント３４の第１主面３４ａに対して非垂直であってもよい。二次電子発生板３１の第２主面３１ａは、試料マウント３４の第１主面３４ａに対して傾いていてもよい。二次電子発生板３１の第２主面３１ａは、直接、第１主面３４ａに面してもよい。二次電子発生板３１と試料マウント３４との間に電子レンズが配置されていない。
【００２１】
二次電子発生板３１は、移動機構３３（例えば、スライド板３３ｃ）に取り付けられている。二次電子発生板３１は、試料マウント３４に対する二次電子発生板３１の移動方向に沿って延在してもよい。二次電子発生板３１は、Ｘ線１４の入射側に凸に膨らんだ形状を有してもよい。
【００２２】
二次電子発生板３１が試料マウント３４（または試料２０）に対して移動するにつれて、試料マウント３４の第１主面３４ａ（または試料２０の表面２１）と、試料２０に照射されるＸ線１４の経路上に位置する二次電子発生板３１の部分３２との間の距離が変化するように、二次電子発生板３１または移動機構３３は構成されている。二次電子発生板３１が試料マウント３４（または試料２０）に対して移動するにつれて、試料マウント３４の第１主面３４ａ（または試料２０の表面２１）からの二次電子発生板３１の部分３２の高さが変化する。二次電子発生板３１の部分３２の高さは、試料マウント３４の第１主面３４ａの法線方向（例えば、第３方向（ｚ方向））における、試料マウント３４の第１主面３４ａ（または試料２０の表面２１）から二次電子発生板３１の部分３２までの距離として定義される。
【００２３】
二次電子発生板３１が試料マウント３４（または試料２０）に対して移動するにつれて、試料マウント３４の第１主面３４ａ（または試料２０の表面２１）と二次電子発生板３１の部分３２との間の距離は、連続的に変化してもよい。二次電子発生板３１が試料マウント３４（または試料２０）に対して移動するにつれて、試料マウント３４の第１主面３４ａ（または試料２０の表面２１）からの二次電子発生板３１の部分３２の高さは、連続的に変化してもよい。
【００２４】
インプットレンズ４４は、静電レンズ４５，４６と、減速レンズ４７とを含む。静電レンズ４５，４６は、電子（光電子４１、オージェ電子４２）を入射スリット４８に集束させる。減速レンズ４７は、例えば、電子エネルギー分光器５１に入射する電子を減速させる。電源５８は、静電レンズ４５，４６と、減速レンズ４７とに電圧を供給する。入射スリット４８は、電子エネルギー分光器５１の入口に配置されている。入射スリット４８は、電子エネルギー分光器５１に入射する電子を制限する。
【００２５】
エネルギー分析器５０は、試料２０から放出される電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルを得るように構成されている。具体的には、エネルギー分析器５０は、電子エネルギー分光器５１と、検出器５５と、電子エネルギースペクトル取得部６１と、帯電分析部６２とを含む。エネルギー分析器５０は、増幅器５６と、Ａ／Ｄ変換器５７とをさらに含んでもよい。
【００２６】
電子エネルギー分光器５１は、試料２０から放出された電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギーに応じて、電子を空間的に分離する。電子エネルギー分光器５１は、例えば、静電半球型の電子エネルギー分光器である。電子エネルギー分光器５１は、内半球電極５２と、外半球電極５３とを含んでいる。電源５８は、内半球電極５２と外半球電極５３との間に電圧を発生させる。電子は、電子のエネルギーに応じて、電子エネルギー分光器５１の径方向に分離される。
【００２７】
Ｘ線光電子分光装置１は、ＣＡＥ（Constant  Analyzer  Energy）モードと、ＣＲＲ（Constant  Retarding  Ratio）モードとで動作し得る。ＣＡＥモードは、試料２０から放出された電子（光電子４１、オージェ電子４２）の運動エネルギーに関わらず、パスエネルギーが一定になるモードである。ＣＡＥモードでは、内半球電極５２と外半球電極５３との間に印加される電圧を一定に保ち、減速レンズ４７に印加される電圧が掃引される。ＣＡＥモードでは、測定された全ての元素においてエネルギー分解能を等しくすることができる。
【００２８】
ＣＲＲモードは、電子（光電子４１、オージェ電子４２）の運動エネルギーに応じて一定の比率で電子を減速するモードである。すなわち、ＥP／Ｅ0は一定である。Ｅ0は電子のエネルギーであり、ＥPはパスエネルギーである。ＣＲＲモードでは、内半球電極５２と外半球電極５３との間に印加される電圧と減速レンズ４７に印加される電圧とを掃引して、電子を一定の減速比で減速して、分光する。ＣＲＲモードでは、エネルギー分解能は電子の運動エネルギーによって変化する。
【００２９】
検出器５５は、電子エネルギー分光器５１で、そのエネルギーに応じて空間的に分離された電子（光電子４１、オージェ電子４２）を検出する。検出器５５は、例えば、マルチチャネルプレートまたはＣＣＤ（Charge-Coupled  Device）である。検出器５５は、試料２０から放出された電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギーに対する強度信号を、処理部６０に出力する。電子のエネルギーに対する強度信号が処理部６０に送信される前に、電子のエネルギーに対する強度信号は、増幅器５６で増幅され、かつ、Ａ／Ｄ変換器５７でデジタル信号に変換されてもよい。処理部６０は、電子のエネルギーに対する強度信号を、記憶部６９に出力する。電子のエネルギーに対する強度信号は、記憶部６９に記録される。
【００３０】
処理部６０は、Ｘ線光電子分光装置１を構成する各部を制御する処理、及び、各種演算を行う処理などを行うように構成されている。処理部６０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）等）のようなハードウェア、または、処理部６０で実行されるプログラムによって実現され得る。
【００３１】
記憶部６９は、処理部６０が制御処理及び演算処理を行うためのプログラム及びデータ（例えば、電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギーに対する強度信号）などを記憶している。記憶部６９は、処理部６０の作業領域として用いられてもよく、処理部６０がプログラムに従って実行した演算結果などを一時的に記憶するために使用されてもよい。記憶部６９の機能は、ハードディスクまたはＲＡＭ（Random  Access  Memory）などにより実現され得る。
【００３２】
処理部６０は、電子エネルギースペクトル取得部６１と、帯電分析部６２と、制御部６３とを含む。
【００３３】
電子エネルギースペクトル取得部６１は、試料２０から放出された電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルを取得する。具体的には、電子エネルギースペクトル取得部６１は、検出器５５で検出された電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギーに対する強度信号から、電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルを構成する。一例では、電子エネルギースペクトル取得部６１は、記憶部６９から、電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギーに対する強度信号を読み出して、電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルを構成する。
【００３４】
帯電分析部６２は、電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルからエネルギースペクトルのピークの幅を算出するように構成されている。エネルギースペクトルのピークは、エネルギースペクトルの複数のピークのうち最強のピークであってもよい。最強ピークは、エネルギースペクトルの複数のピークのうち、ピーク強度またはピーク面積が最も大きいピークである。ピークの幅は、ピークの半値幅であってもよいし、ピーク強度の１０％の強度におけるピークの幅であってもよい。ピークの半値幅は、ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）であってもよいし、ピークの半値半幅（ＨＷＨＭ）であってもよい。帯電分析部６２は、エネルギースペクトルのピークの幅から、試料２０の被分析領域２２の帯電量の均一性を分析するように構成されている。試料２０の被分析領域２２は、試料２０の表面２１のうちＸ線１４が照射されている領域である。
【００３５】
制御部６３は、Ｘ線源１０（フィラメント１１）を制御するように構成されている。制御部６３は、Ｘ線源１０に制御信号を出力して、Ｘ線源１０からのＸ線１４の出力を制御する。制御部６３は、ステージ２５を制御するように構成されている。制御部６３は、ステージ２５に制御信号を出力して、ステージ２５の移動を制御する。制御部６３は、移動機構３３を制御するように構成されている。制御部６３は、電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルのピークの幅が最も狭くなるように、移動機構３３を制御する。制御部６３は、電源５８を制御するように構成されている。制御部６３は、電源５８に制御信号を出力して、電源５８からインプットレンズ４４に供給される電圧と、電子エネルギー分光器５１の電極（内半球電極５２、外半球電極５３）に供給される電圧とを制御する。
【００３６】
操作部６７は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を、処理部６０に出力するように構成されている。操作部６７の機能は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイまたはマイクなどによって実現され得る。表示部６８は、例えば、処理部６０によって生成された画像、または、ユーザーによる操作の内容を示す画像などを表示するように構成されている。表示部６８の機能は、液晶表示装置（ＬＣＤ）などによって実現され得る。
【００３７】
本実施の形態の作用を説明する。
二次電子発生板３１は、試料２０に照射されるＸ線１４の経路を横切るように配置されている。Ｘ線１４は、試料２０及び二次電子発生板３１に照射される。Ｘ線１４が試料２０に照射されると、試料２０から電子（光電子４１、オージェ電子４２）が放出される。試料２０は正に帯電する。Ｘ線１４が二次電子発生板３１に照射されると、二次電子発生板３１から二次電子３８が放出される。二次電子３８は試料２０に供給されて、試料２０の正の帯電を電気的に中和する。
【００３８】
移動機構３３を用いて二次電子発生板３１を移動方向（例えば、第１方向（ｘ方向））に沿って移動させると、試料２０の表面２１と、試料２０に照射されるＸ線１４の経路上に位置する二次電子発生板３１の部分３２との間の距離が変化する。二次電子発生板３１から試料２０に供給される二次電子３８の量を変化させることができる。試料２０の帯電量に応じて二次電子発生板３１の位置を定めることによって、二次電子３８を試料２０に過不足なく供給することができて、試料２０の帯電量を最小化することができる。試料２０の真の情報を反映した電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルが得られて、試料２０を正確に分析することができる。
【００３９】
図２に示されるように、試料２０の被分析領域２２、すなわち、試料２０の表面２１のうちＸ線１４が照射されている領域は、有限の面積を有する領域である。被分析領域２２における帯電量が不均一になると、広い範囲のエネルギーを有する電子（光電子４１、オージェ電子４２）が、被分析領域２２から放出される。電子のエネルギースペクトルのピークの幅が拡がって、試料２０を正確に分析することが困難になる。電子のエネルギースペクトルのピークの幅は、被分析領域２２における帯電量の均一性の指標となる。電子のエネルギースペクトルのピークの幅が最も狭くなるように二次電子発生板３１が配置されるとき、試料２０の真の情報を反映した電子のエネルギースペクトルが得られる。
【００４０】
そこで、試料２０から放出される電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルのピークの幅が最も狭くなるように、二次電子発生板３１の位置が定められる。図３及び図４を参照して、二次電子発生板３１の位置の決定方法の一例を説明する。
【００４１】
二次電子発生板３１を初期位置（例えば、ｘ＝０ｍｍ）に移動させる（Ｓ１）。制御部６３が移動機構３３を制御することによって、二次電子発生板３１は移動され得る。
【００４２】
それから、試料２０から放出される電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルのピーク幅を得る（Ｓ２）。具体的には、二次電子発生板３１が、試料２０に照射されるＸ線１４の経路を横切るように配置される。Ｘ線１４を、試料２０及び二次電子発生板３１に照射する。試料２０から電子（光電子４１、オージェ電子４２）が放出されて、試料２０は正に帯電する。二次電子発生板３１から試料２０に向けて二次電子３８が供給されて、試料２０の正の帯電を電気的に中和する。
【００４３】
エネルギー分析器５０は、試料２０から放出された電子（光電子４１、オージェ電子４２）を検出して、電子のエネルギースペクトルを得る。具体的には、試料２０から放出された電子は、インプットレンズ４４及び入射スリット４８を通って、電子エネルギー分光器５１に入射する。電子エネルギー分光器５１は、試料２０から放出された電子のエネルギーに応じて、電子を空間的に分離する。検出器５５は、空間的に分離された電子を検出する。電子エネルギースペクトル取得部６１は、検出器５５で検出された電子のエネルギーに対する強度信号から、電子のエネルギースペクトルを構成する。
【００４４】
帯電分析部６２は、電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルから、エネルギースペクトルのピークの幅を算出する。一例では、帯電分析部６２は、エネルギースペクトルの最強ピークの半値幅を算出している。最強ピークは、エネルギースペクトルの複数のピークのうち、ピーク強度またはピーク面積が最も大きいピークである。電子のエネルギースペクトルから最強ピークの抽出する方法は、特に限定されないが、例えば、電子の第１のエネルギーに対応する第１強度と、電子の第２のエネルギーに対応する第２強度との差が最大となるような、電子の第１のエネルギーを有するピークを、最強ピークとして決定してもよい。第１のエネルギーと第２のエネルギーとの差は、特に限定されないが、例えば、５ｅＶである。ピークの半値幅は、ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）であってもよいし、ピークの半値半幅（ＨＷＨＭ）であってもよい。ピークの幅は、ピーク強度の１０％の強度におけるピークの幅であってもよい。
【００４５】
試料２０を構成する主元素が不明である場合には、広いエネルギー範囲（例えば、０−１４００ｅＶ）にわたって、電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルを取得する。試料２０を構成する主元素が既知であり、最強ピークのエネルギーが既知である場合には、最強ピークのエネルギーの近傍のエネルギー範囲だけについて、電子のエネルギースペクトルを取得してもよい。エネルギースペクトルを取得するエネルギー範囲が減少するため、工程Ｓ２の時間が短縮され得る。
【００４６】
二次電子発生板３１を、初期位置とは異なる位置（例えば、ｘ＝−５ｍｍ）に移動させる（Ｓ３）。それから、試料２０から放出される電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルのピーク幅を得る（Ｓ４）。工程Ｓ４は、工程Ｓ２と同様であるが、工程Ｓ４では、工程Ｓ２で特定されたエネルギースペクトルの最強ピークのエネルギーの近傍のエネルギー範囲だけについて、電子のエネルギースペクトルを取得してもよい。エネルギースペクトルを取得するエネルギー範囲が減少するため、工程Ｓ４の時間が短縮され得る。
【００４７】
二次電子発生板３１を、以前の位置とは異なる位置（例えば、ｘ＝−１０ｍｍ）に移動させる（Ｓ５）。それから、試料２０から放出される電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルのピーク幅を得る（Ｓ６）。工程Ｓ６は、工程Ｓ４と同様である。
【００４８】
工程Ｓ１から工程Ｓ６によって、二次電子発生板３１の位置と電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルのピーク幅との関係が得られる。帯電分析部６２は、この関係に基づいて、二次電子発生板３１を正方向（例えば、＋ｘ方向）に移動させても負方向（例えば、−ｘ方向）に移動させても電子のエネルギースペクトルのピーク幅が増加するような、二次電子発生板３１の最適位置が存在するか否かを判断する（Ｓ７）。図４に示される例では、二次電子発生板３１の最適位置（ｘ＝−５ｍｍ）が存在する。
【００４９】
二次電子発生板３１の最適位置が存在する場合には、二次電子発生板３１を最適位置に移動させる（Ｓ８）。二次電子発生板３１の最適位置が存在しない場合には、二次電子発生板３１の最適位置が見つかるまで、工程Ｓ５からＳ７を繰り返す。こうして、試料２０から放出される電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルのピークの幅が最も狭くなる二次電子発生板３１の位置が決定される。
【００５０】
図５を参照して、比較例と対比しながら、本実施の形態の実施例の作用を説明する。実施例及び比較例では、試料２０は、導電性が乏しい炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板である。比較例では、二次電子発生板３１が用いられていない点で、実施例と異なっている。実施例では、Ｓｉ原子の１ｓ軌道からの光電子４１のピークのエネルギーは１８４２．４４ｅＶであり、当該ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）は０．８３ｅＶである。これに対し、比較例では、Ｓｉ原子の１ｓ軌道からの光電子４１のピークのエネルギーは１８４２．８５ｅＶであり、当該ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）は０．８８ｅＶである。
【００５１】
実施例は、比較例よりも、ピークのエネルギー、すなわち、結合エネルギーが低い。すなわち、実施例は、比較例よりも、試料２０から放出される光電子４１の運動エネルギーが高い。そのため、実施例は、比較例よりも、試料２０の帯電に起因する電界の強さが小さいことが分かる。実施例は、比較例よりも、試料２０の帯電量が減少していることが分かる。実施例は、比較例よりも、ピークの半値全幅が狭い。実施例は、比較例よりも、試料２０の被分析領域２２の帯電量がより均一に減少していることが分かる。
【００５２】
本実施の形態の変形例では、Ｘ線源１０は硬Ｘ線源であり、Ｘ線光電子分光装置１は硬Ｘ線光電子分光（ＨＡＸＰＳ）装置であってもよい。硬Ｘ線は、シンクロトロン放射光を、Ｓｉ結晶のような分光結晶を用いて分光することによって得られる。
【００５３】
本実施の形態の試料ホルダー３０及びＸ線光電子分光装置１の効果を説明する。
本実施の形態の試料ホルダー３０は、試料マウント３４と、二次電子発生板３１と、移動機構３３とを備える。試料マウント３４は、試料２０がマウントされるべき第１主面３４ａを有している。二次電子発生板３１は、Ｘ線１４が照射されることによって二次電子３８を放出するように構成されている。移動機構３３は、二次電子発生板３１を試料マウント３４に対して移動させるように構成されている。二次電子発生板３１が移動するにつれて、試料マウント３４の第１主面３４ａと、試料２０に照射されるＸ線１４の経路上に位置する二次電子発生板３１の部分３２との間の距離が変化するように、二次電子発生板３１または移動機構３３は構成されている。
【００５４】
二次電子発生板３１の部分３２は、試料２０に照射されるＸ線１４の経路上に位置している。二次電子３８は、Ｘ線１４と同じ方向から、二次電子発生板３１から試料２０に供給される。Ｘ線１４の照射によって試料２０から光電子４１が放出されて、試料２０が正に帯電しても、二次電子３８は試料２０の正の帯電を電気的に中和する。また、試料２０への二次電子３８の入射方向が試料２０へのＸ線１４の入射方向と同じであるため、試料２０の被分析領域２２における帯電量の均一性が改善される。さらに、二次電子発生板３１が移動するにつれて、試料マウント３４の第１主面３４ａと二次電子発生板３１の部分３２との間の距離が変化するように、二次電子発生板３１または移動機構３３は構成されている。そのため、二次電子発生板３１から試料２０に供給される二次電子３８の量を最適化することができ、試料２０の帯電が二次電子３８によってより高い精度で電気的に中和され得る。試料ホルダー３０は、試料２０をより正確に分析することを可能にする。
【００５５】
二次電子発生板３１から放出された二次電子３８は、低い運動エネルギーを有している。そのため、試料２０に二次電子３８が照射されても、試料２０は変質しない。二次電子発生板３１の部分３２は、試料２０に照射されるＸ線１４の経路上に位置している。そのため、試料２０に照射されるＸ線１４が集束Ｘ線であっても、二次電子発生板３１から二次電子３８を試料２０に供給することができる。試料２０の一部（被分析領域２２）を選択的にかつ正確に分析することができる。
【００５６】
本実施の形態の試料ホルダー３０では、二次電子発生板３１の移動方向は、第１主面３４ａが延在する方向のうちの一つの方向（例えば、第１方向（ｘ方向））である。そのため、二次電子発生板３１から試料２０に供給される二次電子３８の量を最適化するために制御するパラメータは、当該一つの方向における二次電子発生板３１の位置だけとなる。二次電子発生板３１から試料２０に供給される二次電子３８の量が容易に最適化されて、試料２０の帯電量を容易に最小化することができる。試料ホルダー３０は、試料２０をより正確にかつより容易に分析することを可能にする。
【００５７】
本実施の形態の試料ホルダー３０では、二次電子発生板３１は、Ｘ線１４の入射側に凸に膨らんだ形状を有している。そのため、より多くの二次電子３８が、二次電子発生板３１から試料２０に向けて放出される。より多くの二次電子３８が、二次電子発生板３１から試料２０に供給され得る。試料２０の帯電が二次電子３８によって電気的に中和され得る。試料ホルダー３０は、試料２０をより正確に分析することを可能にする。
【００５８】
本実施の形態の試料ホルダー３０では、二次電子発生板３１の第２主面３１ａは、直接、試料マウント３４の第１主面３４ａに面している。二次電子発生板３１と試料マウント３４との間に電子レンズが配置されていないため、電子レンズの電界が試料２０から放出される電子（光電子４１、オージェ電子４２）に影響を及ぼすことが防止される。試料ホルダー３０は、試料２０をより正確に分析することを可能にする。
【００５９】
本実施の形態の試料ホルダー３０では、二次電子発生板３１が移動するにつれて、試料マウント３４の第１主面３４ａと、試料２０に照射されるＸ線１４の経路上に位置する二次電子発生板３１の部分３２との間の距離は連続的に変化する。そのため、二次電子発生板３１から試料２０に供給される二次電子３８の量をより高い精度で最適化することができ、試料２０の帯電が二次電子３８によってより高い精度で電気的に中和され得る。試料ホルダー３０は、試料２０をより正確に分析することを可能にする。
【００６０】
本実施の形態のＸ線光電子分光装置１は、試料ホルダー３０と、Ｘ線１４を発生させるＸ線源１０とを備える。そのため、二次電子発生板３１から試料２０に供給される二次電子３８の量を最適化することができ、試料２０の帯電が二次電子３８によってより高い精度で電気的に中和され得る。試料２０の被分析領域２２における帯電量の均一性が改善される。Ｘ線光電子分光装置１は、試料２０をより正確に分析することを可能にする。
【００６１】
本実施の形態のＸ線光電子分光装置１は、エネルギー分析器５０と、制御部６３とをさらに備える。エネルギー分析器５０は、試料２０から放出される電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルを得るように構成されている。制御部６３は、移動機構３３を制御するように構成されている。制御部６３は、エネルギースペクトルのピークの幅が最も狭くなるように、移動機構３３を制御する。そのため、試料２０の被分析領域２２における帯電量の均一性が改善される。Ｘ線光電子分光装置１は、試料２０をより正確に分析することを可能にする。
【００６２】
本実施の形態のＸ線光電子分光装置１では、エネルギースペクトルのピークは、エネルギースペクトルの複数のピークのうち最強のピークである。そのため、試料２０の被分析領域２２における帯電量の均一性がより高い精度で改善される。Ｘ線光電子分光装置１は、試料２０をより正確に分析することを可能にする。
【００６３】
本実施の形態のＸ線光電子分光装置１は、Ｘ線１４を集束させる集束部材１６をさらに備える。集束部材１６は、Ｘ線源１０と二次電子発生板３１との間に配置されている。二次電子発生板３１の部分３２は、試料２０に照射されるＸ線１４の経路上に位置している。そのため、試料２０に照射されるＸ線１４が集束Ｘ線であっても、二次電子発生板３１から二次電子３８を試料２０に供給することができる。試料２０の一部（被分析領域２２）を選択的にかつ正確に分析することができる。
【００６４】
本実施の形態のＸ線光電子分光装置１では、Ｘ線源１０は、硬Ｘ線源であってもよい。硬Ｘ線光電子分光（ＨＡＸＰＳ）では、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）よりも、試料２０に照射されるフォトン数が多い。そのため、Ｘ線源１０として硬Ｘ線源１０を備えるＸ線光電子分光装置１は、試料２０をより正確に分析することを可能にする。
【００６５】
実施の形態２．
図６を参照して、実施の形態２のＸ線光電子分光装置１ｂを説明する。本実施の形態のＸ線光電子分光装置１ｂは、実施の形態１のＸ線光電子分光装置１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【００６６】
Ｘ線光電子分光装置１ｂは、ステージ２５を回転させるように構成されている回転機構２６をさらに備える。二次電子発生板３１の曲率中心軸３１ｃは、ステージ２５の回転軸２５ｃに一致してもよい。ステージ２５の回転軸２５ｃは、例えば、二次電子発生板３１の移動方向に沿って延在している。
【００６７】
Ｘ線光電子分光装置１ｂは、角度分解Ｘ線光電子分光装置である。回転機構２６を用いてステージ２５を回転軸２５ｃ周りに回転させることによって、試料２０の表面２１と電子エネルギー分光器５１の検出軸５４との間の角度が変化して、試料２０の測定深さを変化させることができる。電子エネルギー分光器５１の検出軸５４は、電子エネルギー分光器５１の入射面に垂直な軸である。試料２０の表面２１の法線が電子エネルギー分光器５１の検出軸５４に平行であるとき、試料２０の測定深さは最も大きくなる。試料２０の表面２１の法線と電子エネルギー分光器５１の検出軸５４との間の角度が大きくなるにつれて、試料２０の測定深さは小さくなる。角度分解Ｘ線光電子分光装置は、各測定深さにおいて、試料２０の組成または試料２０を構成する原子の化学結合状態などを分析することを可能にする。
【００６８】
本実施の形態のＸ線光電子分光装置１ｂは、実施の形態１のＸ線光電子分光装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００６９】
本実施の形態のＸ線光電子分光装置１ｂは、試料ホルダー３０が載置されるステージ２５と、ステージ２５を回転させるように構成されている回転機構２６とをさらに備える。Ｘ線光電子分光装置１ｂは、各測定深さにおいて試料２０を分析することを可能にする。
【００７０】
本実施の形態のＸ線光電子分光装置１ｂでは、二次電子発生板３１の曲率中心軸３１ｃは、ステージ２５の回転軸２５ｃに一致している。そのため、ステージ２５を回転させても、二次電子発生板３１と試料２０の表面２１のとの間の距離は変わらず、試料２０への二次電子３８の供給量を一定に保つことができる。ステージ２５を回転させても、試料２０に対する二次電子発生板３１の位置を再調整することなく、試料２０の帯電が二次電子３８によって高い精度で電気的に中和され得る。
【００７１】
実施の形態３．
本実施の形態のＸ線光電子分光装置は、実施の形態１及び実施の形態２のＸ線光電子分光装置１，１ｂと同様の構成を備えているが、実施の形態１の試料ホルダー３０に代えて、試料ホルダー３０ｃを備える点で、実施の形態１及び実施の形態２のＸ線光電子分光装置１，１ｂと異なっている。図７を参照して、実施の形態３の試料ホルダー３０ｃを説明する。本実施の形態の試料ホルダー３０ｃは、実施の形態１の試料ホルダー３０と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【００７２】
試料ホルダー３０ｃは、移動機構３３（図２を参照）に代えて、移動機構７０を含んでいる。移動機構７０は、三軸移動機構であり、二次電子発生板３１を、第１方向（ｘ方向）、第２方向（ｙ方向）及び第３方向（ｚ方向）に移動させるように構成されている。
【００７３】
具体的には、移動機構７０は、第１移動機構部７１と、第２移動機構部７２と、第３移動機構部７３とを含む。第１移動機構部７１は、二次電子発生板３１を、第１方向（ｘ方向）に移動させるように構成されている。第１移動機構部７１は、移動機構３３と同様に構成されており、例えば、一軸アクチュエータまたはマニピュレータシャフトである。第２移動機構部７２は、二次電子発生板３１を、第２方向（ｙ方向）に移動させるように構成されている。第２移動機構部７２は、第１移動機構部７１と同様に構成されており、例えば、一軸アクチュエータまたはマニピュレータシャフトである。第３移動機構部７３は、二次電子発生板３１を、第３方向（ｚ方向）に移動させるように構成されている。第３移動機構部７３は、例えば、電動昇降ステージである。
【００７４】
移動機構７０を用いて二次電子発生板３１を、第１方向（ｘ方向）、第２方向（ｙ方向）及び第３方向（ｙ方向）の少なくとも一つに沿って移動させると、試料２０の表面２１と、試料２０に照射されるＸ線１４の経路上に位置する二次電子発生板３１の部分３２との間の距離が変化する。二次電子発生板３１から試料２０に供給される二次電子３８の量を変化させることができる。試料２０の帯電量に応じて二次電子発生板３１の位置を定めることによって、二次電子３８を試料２０に過不足なく供給することができて、試料２０の帯電量を最小化することができる。試料２０の真の情報を反映した電子（光電子４１、オージェ電子４２）のエネルギースペクトルが得られて、試料２０を正確に分析することができる。
【００７５】
本実施の形態における二次電子発生板３１の位置の決定方法の一例を説明する。
第１移動機構部７１を用いて二次電子発生板３１を第１方向（ｘ方向）に移動させて、図３に示される方法によって、第１方向（ｘ方向）における二次電子発生板３１の位置を決定する。続いて、第２移動機構部７２を用いて二次電子発生板３１を第２方向（ｙ方向）に移動させて、図３に示される方法によって、第２方向（ｙ方向）における二次電子発生板３１の位置を決定する。続いて、第３移動機構部７３を用いて二次電子発生板３１を第３方向（ｚ方向）に移動させて、図３に示される方法によって、第３方向（ｚ方向）における二次電子発生板３１の位置を決定する。こうして、試料２０の表面２１と、試料２０に照射されるＸ線１４の経路上に位置する二次電子発生板３１の部分３２との間の距離が、試料２０の被分析領域２２における帯電量の均一性が最も改善される距離となるように、二次電子発生板３１の位置は決定される。
【００７６】
なお、第１方向（ｘ方向）における二次電子発生板３１の位置を決定する工程と、第２方向（ｙ方向）における二次電子発生板３１の位置を決定する工程と、第３方向（ｚ方向）における二次電子発生板３１の位置を決定する工程とを、いずれの順序で行ってもよい。また、第１方向（ｘ方向）における二次電子発生板３１の位置を決定する工程と、第２方向（ｙ方向）における二次電子発生板３１の位置を決定する工程と、第３方向（ｚ方向）における二次電子発生板３１の位置を決定する工程とを、繰り返し行ってもよい。
【００７７】
本実施の形態の変形例では、移動機構７０は、第１移動機構部７１、第２移動機構部７２または第３移動機構部７３の少なくとも一つを含んでもよい。例えば、本実施の形態の第１変形例では、移動機構７０は、第３移動機構部７３のみを含み、かつ、Ｘ線二次電子発生板３１は第３方向（ｚ方向）にのみ移動可能であってもよい。この第１変形例では、Ｘ線二次電子発生板３１は平板であってもよい。本実施の形態の第２変形例では、移動機構７０は、第２移動機構部７２のみを含み、かつ、Ｘ線二次電子発生板３１は第２方向（ｙ方向）にのみ移動可能であってもよい。本実施の形態及びその変形例は、実施の形態２に適用されてもよい。
【００７８】
今回開示された実施の形態１−３はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１−３の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【００７９】
１，１ｂ  Ｘ線光電子分光装置、１０  Ｘ線源、１１  フィラメント、１２  熱電子、１３  アノード板、１４  Ｘ線、１６  集束部材、２０  試料、２１  表面、２２  被分析領域、２５  ステージ、２５ｃ  回転軸、２６  回転機構、３０，３０ｃ  試料ホルダー、３１  二次電子発生板、３１ａ  第２主面、３１ｃ  曲率中心軸、３２  部分、３３，７０  移動機構、３３ａ  ハウジング、３３ｂ  ボールねじ、３３ｃ  スライド板、３３ｄ  モータ、３４  試料マウント、３４ａ  第１主面、３８  二次電子、４１  光電子、４２  オージェ電子、４４  インプットレンズ、４５，４６  静電レンズ、４７  減速レンズ、４８  入射スリット、５０  エネルギー分析器、５１  電子エネルギー分光器、５２  内半球電極、５３  外半球電極、５４  検出軸、５５  検出器、５６  増幅器、５７  変換器、５８  電源、６０  処理部、６１  電子エネルギースペクトル取得部、６２  帯電分析部、６３  制御部、６７  操作部、６８  表示部、６９  記憶部、７１  第１移動機構部、７２  第２移動機構部、７３  第３移動機構部。
【要約】
試料ホルダー（３０）は、試料マウント（３４）と、二次電子発生板（３１）と、移動機構（３３）とを備える。二次電子発生板（３１）は、Ｘ線（１４）が照射されることによって二次電子（３８）を放出するように構成されている。移動機構（３３）は、二次電子発生板（３１）を試料マウント（３４）に対して移動させる。二次電子発生板（３１）が移動するにつれて、試料マウント（３４）の第１主面（３４ａ）と、試料（２０）に照射されるＸ線（１４）の経路上に位置する二次電子発生板（３１）の部分（３２）との間の距離が変化するように、二次電子発生板（３１）または移動機構（３３）は構成されている。【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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