(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ステージとアナライザの間に配置される電子偏向器と、
検出しようとする電子のエネルギーに応じて前記偏向器を制御する偏向器制御手段とを備え、
試料に１次線を照射し、その照射により試料から放出された電子を減速レンズで減速させてアナライザに導き、アナライザで選別された電子を検出器で検出するようにした電子分光装置において、
前記偏向器は、対向する２つの電極Ｘ１，Ｘ２から成るＸ偏向電極と、対向する２つの電極Ｙ１，Ｙ２から成るＹ偏向電極を有し、
Ｅｋγを試料から放出される電子のエネルギーＥｋに比例するリファレンス信号、
ａｘ，ｂｘ，ａｙ，ｂｙを調整パラメータ、
Ｖ０を所定電位とする時、
前記偏向器制御手段は、電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２のそれぞれの電位が
ＶＸ１＝Ｖ０＋ａｘ・ｂｘ／（Ｅｋγ＋ｂｘ）
ＶＸ２＝Ｖ０−ａｘ・ｂｘ／（Ｅｋγ＋ｂｘ）
ＶＹ１＝Ｖ０＋ａｙ・ｂｙ／（Ｅｋγ＋ｂｙ）
ＶＹ２＝Ｖ０−ａｙ・ｂｙ／（Ｅｋγ＋ｂｙ）
となるように制御することを特徴とする電子分光装置。
【請求項２】
前記偏向器は、前記減速レンズ内に配置されることを特徴とする請求項１記載の電子分光装置。
【請求項３】
試料ステージとアナライザの間に配置される電子偏向器と、
検出しようとする電子のエネルギーに応じて前記偏向器を制御する偏向器制御手段とを備え、
試料に１次線を照射し、その照射により試料から放出された電子を減速レンズで減速させてアナライザに導き、アナライザで選別された電子を検出器で検出するようにした電子分光装置の制御方法において
前記偏向器は、対向する２つの電極Ｘ１，Ｘ２から成るＸ偏向電極と、対向する２つの電極Ｙ１，Ｙ２から成るＹ偏向電極を有し、
Ｅｋγを試料から放出される電子のエネルギーＥｋに比例するリファレンス信号、
ａｘ，ｂｘ，ａｙ，ｂｙを調整パラメータ、
Ｖ０を所定電位とする時、
前記偏向器制御手段は、電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２のそれぞれの電位が
ＶＸ１＝Ｖ０＋ａｘ・ｂｘ／（Ｅｋγ＋ｂｘ）
ＶＸ２＝Ｖ０−ａｘ・ｂｘ／（Ｅｋγ＋ｂｘ）
ＶＹ１＝Ｖ０＋ａｙ・ｂｙ／（Ｅｋγ＋ｂｙ）
ＶＹ２＝Ｖ０−ａｙ・ｂｙ／（Ｅｋγ＋ｂｙ）
となるように制御することを特徴とする電子分光装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオージェ電子分光装置や光電子分光装置などの電子分光装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オージェ電子分光装置は、電子ビームを細く絞って試料表面に照射し、その照射により試料から放出される２次電子を静電型の電子分光器で分析してエネルギースペクトルを得る装置である。
【０００３】
この静電型の電子分光器は、試料から放出される電子を効率よく集めるとともに減速させる機能を有するインプットレンズ、エネルギーによって電子を選別するアナライザ（球面、円筒面等）、およびアナライザで選別された電子を検出する検出器から成っている。
【０００４】
インプットレンズの役割は、アナライザまで電子を導くことと、電子を減速させることによってエネルギー分解能を可変にすることであり、電子を減速させるほど分解能は良くなるが、感度は低下する。
【０００５】
図１は、従来のインプットレンズの断面を示したものである。インプットレンズは軸対称な円筒型電極であり、試料から放出された電子はインプットレンズによって減速および集束される。図１のインプットレンズは、第１から第４の４つの電極で構成されているが、電極の数や形状は必要に応じて最適化される。また、途中にメッシュが配置されているインプットレンズもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなインプットレンズでは、試料上の電子発生源からインプットレンズ先端までの空間や、インプットレンズの内部に微弱な静磁場が存在し、これを完全に零にする事は不可能である。
【０００７】
また、インプットレンズを構成する各部品の加工精度に限界があるため、インプットレンズは、軸非対称になるなど理想的な形から外れた状態で組み立てられることもある。
【０００８】
これらの結果、インプットレンズのエネルギー軸が悪化する問題が生じる。以下に、このエネルギー軸の悪化について詳しく説明する。
【０００９】
電子発生源から放出される電子のエネルギーをＥk、インプットレンズを出てからアナライザ内を運動する時の電子のエネルギーをＥpとすると、電子分光器はＥp＝γＥk（γは１よりも小さい数）となるように制御される。通常のオージェ電子分光装置で利用されるのはこの方式である。
【００１０】
ここで、上述した静磁場の影響やレンズの軸非対称性の影響で、Ｅkが小さい場合と大きい場合でアナライザに入射する時の電子線の位置、すなわちインプットレンズのフォーカス点が変わってしまう。そのため、ある特定のＥkの電子に対してインプットレンズの中心軸の方向を正確に合わせても、それが他のＥk（特に低エネルギー側）の電子に対して最適でない状態が発生し、しいては正確な電子スペクトル（横軸にＥkをとり、縦軸に各Ｅkでの電子強度を表した図）が得られなくなるという問題が発生する。この問題は、特にγの値が小さく、かつＥkの値が小さいほど顕著となる。
【００１１】
このように正確なスペクトルが得られない場合を「エネルギー軸」が悪い状態であると言う。言うまでもなく、エネルギー軸が良い状態ではＥkが変化してもインプットレンズ中心軸の位置は常に最適位置にあり、正確なスペクトルを得ることができる。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目的は、Ｅｋの全範囲わたって正常な強度を有する電子分光スペクトルを得ることができる電子分光装置及びその制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する本発明の電子分光装置及びその制御方法は、試料ステージとアナライザの間に配置される電子偏向器と、検出しようとする電子のエネルギーに応じて前記偏向器を制御する偏向器制御手段とを備え、試料に１次線を照射し、その照射により試料から放出された電子を減速レンズで減速させてアナライザに導き、アナライザで選別された電子を検出器で検出するようにした電子分光装置及びその制御方法において、前記偏向器は、対向する２つの電極Ｘ１，Ｘ２から成るＸ偏向電極と、対向する２つの電極Ｙ１，Ｙ２から成るＹ偏向電極を有し、Ｅｋγを試料から放出される電子のエネルギーＥｋに比例するリファレンス信号、ａｘ，ｂｘ，ａｙ，ｂｙを調整パラメータ、Ｖ０を所定電位とする時、前記偏向器制御手段は、電極Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２のそれぞれの電位が、ＶＸ１＝Ｖ０＋ａｘ・ｂｘ／（Ｅｋγ＋ｂｘ），ＶＸ２＝Ｖ０−ａｘ・ｂｘ／（Ｅｋγ＋ｂｘ），ＶＹ１＝Ｖ０＋ａｙ・ｂｙ／（Ｅｋγ＋ｂｙ），ＶＹ２＝Ｖ０−ａｙ・ｂｙ／（Ｅｋγ＋ｂｙ）となるように制御することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
さて、本発明の実施の形態を説明する前に、まず、本件発明者が実験により求めた結果を説明する。
【００１５】
上述したように、従来のインプットレンズにおいては、Ｅkによってインプットレンズのフォーカス点が変わってしまう。そこで本件発明者は、図２（ａ）に示すように第３電極を２つに分割して、その間に図２（ｂ）に示すような４分割静電偏向器を設置した。
【００１６】
そして本件発明者は、γをある値に固定して、Ｅkの全範囲にわたってインプットレンズのフォーカス点がアナライザの中心にくるように、Ｅkに応じて偏向器の各電極の電位を調整した。その場合、本件発明者は、電極Ｘ1には（Ｖ0（前記インプットレンズの第３電極の電位）＋ＶX）の電位を与え、対向する電極Ｘ2には（Ｖ0−ＶX）の電位を与え、また、電極Ｙ1には（Ｖ0＋ＶY）の電位を与え、対向する電極Ｙ2には（Ｖ0−ＶY）の電位を与えるようにした。
【００１７】
このような実験の結果、｜ＶX｜と｜ＶY｜のＥk依存性は、Ｅkが１００ｅＶ付近よりも小さいと｜ＶX｜と｜ＶY｜は大きな値が必要であるが、Ｅkが１００ｅＶ以上から３０００ｅＶ程度までの間は｜ＶX｜と｜ＶY｜を零にしてもほとんど問題にならないことがわかった。そして、｜ＶX｜とＥkの関係、｜ＶY｜とＥkの関係は、
｜ＶX｜＝ａx・ｂx／（Ｅk＋ｂx）    （式１）
｜ＶY｜＝ａy・ｂy／（Ｅk＋ｂy）    （式２）
で近似できることがわかった。なお、ａx，ｂx，ａy，ｂyは調整パラメータである。また、これらの調整パラメータはそれぞれの装置によって異なり、装置に応じて調整が必要であることがわかった。
【００１８】
図３は、前記｜ＶX｜のＥk依存性を表す図であり、前記式１の関係をグラフ化したものである。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＥkが小さい値の範囲を拡大したものである。
【００１９】
以上説明したように、本件発明者は、前記式１および式２に基づいて偏向器を制御すれば、Ｅkの全範囲にわたって、インプットレンズのフォーカス点がアナライザの中心にくることを見出した。
【００２０】
以下、この実験結果に基づく本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図４は、本発明の一例として示したオージェ電子分光装置の概略図である。
【００２２】
図４において、１は電子線照射装置であり、電子線照射装置１は、電子銃や集束レンズや偏向器を備えている。
【００２３】
２は試料ステージ（図示せず）上に置かれた試料であり、試料２に電子ビームが照射されると、試料２から２次電子が放出されるが、この２次電子は電子分光器３で分析される。電子分光器３は、減速レンズであるインプットレンズ４と、静電半球アナライザ（ＣＨＡ）５と、検出器６とから構成されている。
【００２４】
前記インプットレンズ４は、最も試料側に配置された筒状の第１電極４ａと、その隣にｇａｐ−１をあけて配置された筒状の第２電極４ｂと、その隣にｇａｐ−２をあけて配置された筒状の第３電極４ｃと、その隣にｇａｐ−３をあけて配置された偏向器７と、その隣にｇａｐ−４をあけて配置された筒状の第３電極４ｃと、その隣にｇａｐ−５をあけて配置された筒状の第４電極４ｄとから構成されている。前記第１電極４ａは接地されており、第２電極４ｂは電源８に、第３電極４ｃは電源９に、第４電極４ｄは電源１０に接続されている。
【００２５】
図４にも示すように、第３電極４ｃは２つに分割されており、その間に偏向器７が配置されているが、偏向器７は、試料２から放出されてインプットレンズで減速された２次電子をｘｙ方向に偏向させるためのものである。
【００２６】
図５は偏向器７の斜視図である。この図に示すように、偏向器７は、対向する２つの電極Ｘ1，Ｘ2から成るＸ偏向電極と、対向する２つの電極Ｙ1，Ｙ2から成るＹ偏向電極を有しており、円筒を４分割した形状となっている。
【００２７】
そして、電極Ｘ1は、前記電源９に接続された加算回路３０、アンプ１１を介して乗算回路１２に接続されている。一方、電極Ｘ2は、前記電源９に接続された加算回路３１、反転アンプ１３を介して同じく乗算回路１２に接続されている。この乗算回路１２は、パラメータａx発生回路１４と除算回路１５に接続されており、除算回路１５は、パラメータｂx発生回路１６と加算回路１７に接続されている。パラメータｂx発生回路１６と加算回路１７は接続されている。
【００２８】
また、前記電極Ｙ1は、前記電源９に接続された加算回路３２、アンプ１８を介して乗算回路１９に接続されている。一方、電極Ｙ2は、前記電源９に接続された加算回路３３、反転アンプ２０を介して同じく乗算回路１９に接続されている。この乗算回路１９は、パラメータａy発生回路２１と除算回路２２に接続されており、除算回路２２は、パラメータｂy発生回路２３と加算回路２４に接続されている。パラメータｂy発生回路２３と加算回路２４は接続されている。
【００２９】
このような構成１１〜２４および３０〜３３で偏向器制御手段が構成されており、この偏向器制御手段はアナログ回路によって構成されている。
【００３０】
２５は中央制御手段であり、中央制御手段２５は、前記加算回路１７と２４、前記電源８〜１０を制御する電源制御手段２６、およびアナライザ制御手段２７に接続されている。
【００３１】
以上、図４の構成について説明したが、以下にこのような構成装置の動作を説明する。
【００３２】
さて、上述したような、横軸にＥkをとり縦軸に電子強度をとった電子スペクトルを得る場合、中央制御手段２５は、Ｅkとγに基づき、Ｅkに比例するリファレンス信号Ｅkγをアナライザ制御手段２７と電源制御手段２６に送る。このリファレンス信号Ｅkγは、アナライザ５の分析エネルギーが掃引されるように変化しており、アナライザ制御手段２７は、送られてくるリファレンス信号Ｅkγに基づいてアナライザ５の分析エネルギーを掃引させる。
【００３３】
また、電源制御手段２６は、送られてくるリファレンス信号Ｅkγに基づいて電源８〜１０を制御する。この結果、例えば、第２電極４ｂの電位が０．８Ｅkに、第３電極４ｃの電位が０．１Ｅkに、そして第４電極４ｄの電位が（１−γ）Ｅkに制御される。
【００３４】
このようなアナライザとインプットレンズの制御は従来と同じであるが、本発明においては、中央制御手段２５は、前記リファレンス信号Ｅkγを前記偏向制御手段の加算回路１７と２４にも送る。
【００３５】
加算回路１７は、送られてくる信号Ｅkγとパラメータｂx発生回路１６からの信号ｂxを加算し、信号（Ｅkγ＋ｂx）を除算回路１５に送る。除算回路１５は、パラメータｂx発生回路１６からの信号ｂxを加算回路１７からの信号（Ｅkγ＋ｂx）で割る演算を行い、信号（ｂx／（Ｅkγ＋ｂx））を乗算回路１２に送る。乗算回路１２は、除算回路１５からの信号（ｂx／（Ｅkγ＋ｂx））とパラメータａx発生回路１４からの信号ａxを乗算し、信号（ａx・ｂx／（Ｅkγ＋ｂx））をアンプ１１と反転アンプ１３に送る。
【００３６】
アンプ１１の出力は加算回路３０に送られ、加算回路３０は、アンプ１１からの信号（ａx・ｂx／（Ｅkγ＋ｂx））と前記電源９からの信号（０．１Ｅk＝Ｖ0）を加算し、信号（Ｖ0＋ａx・ｂx／（Ｅkγ＋ｂx））を電極Ｘ1に送る。また、反転アンプ１３の出力は加算回路３１に送られ、加算回路３１は、反転アンプ１３からの信号（−ａx・ｂx／（Ｅkγ＋ｂx））と前記電源９からの信号Ｖ0を加算し、信号（Ｖ0−ａx・ｂx／（Ｅkγ＋ｂx））を電極Ｘ2に送る。
【００３７】
このため、前記偏向器７の電極Ｘ1には電位ＶX1＝Ｖ0＋ａx・ｂx／（Ｅkγ＋ｂx）が与えられ、電極Ｘ2には電位ＶX2＝Ｖ0−ａx・ｂx／（Ｅkγ＋ｂx）が与えられる。
【００３８】
一方、加算回路２４は、送られてくる信号Ｅkγとパラメータｂy発生回路２３からの信号ｂyを加算し、信号（Ｅkγ＋ｂy）を除算回路２２に送る。除算回路２２は、パラメータｂy発生回路２３からの信号ｂyを加算回路２４からの信号（Ｅkγ＋ｂy）で割る演算を行い、信号（ｂy／（Ｅkγ＋ｂy））を乗算回路１９に送る。乗算回路１９は、除算回路２２からの信号（ｂy／（Ｅkγ＋ｂy））とパラメータａy発生回路２１からの信号ａyを乗算し、信号（ａy・ｂy／（Ｅkγ＋ｂy））をアンプ１８と反転アンプ２０に送る。
【００３９】
アンプ１８の出力は加算回路３２に送られ、加算回路３２は、アンプ１８からの信号（ａy・ｂy／（Ｅkγ＋ｂy））と前記電源９からの信号Ｖ0を加算し、信号（Ｖ0＋ａy・ｂy／（Ｅkγ＋ｂy））を電極Ｙ1に送る。また、反転アンプ２０の出力は加算回路３３に送られ、加算回路３３は、反転アンプ２０からの信号（−ａy・ｂy／（Ｅkγ＋ｂy））と前記電源９からの信号Ｖ0を加算し、信号（Ｖ0−ａy・ｂy／（Ｅkγ＋ｂy））を電極Ｙ2に送る。
【００４０】
このため、前記偏向器７の電極Ｙ1には電位ＶY1＝Ｖ0＋ａy・ｂy／（Ｅkγ＋ｂy）が与えられ、電極Ｙ2には電位ＶY2＝Ｖ0−ａy・ｂy／（Ｅkγ＋ｂy）が与えられる。
【００４１】
ところで、前記パラメータａx，ｂx，ａy，ｂyは、Ｅkの全範囲にわたってインプットレンズのフォーカス点がアナライザの中心にくるような値に設定されている。これは予め実験により求められたものであり、前記パラメータａx，ａyは負となることもある。
【００４２】
この結果、図４の装置においては、インプットレンズの電圧軸をほぼ完全に補正することができ、Ｅkの全範囲にわたって正常な強度を有する電子分光スペクトルを得ることができる。
【００４３】
なお、図４の装置においては偏向器制御手段はアナログ回路で構成されているが、これには大きな意味がある。すなわち、デジタル的な計算によって偏向器印加電圧を発生させるならば、どのような形状（Ｅkに対する電圧の関数形）の電圧でも印加可能であるが、この場合には印加電圧を計算するのに時間がかかってスペクトル収集に無駄な時間が発生したり、計算の精度の限界に起因して電圧値が滑らかな変化をしなくなることによりスペクトルにノイズが現れる等の別の問題が出てくる。
【００４４】
以上、本発明の電子分光装置の一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４５】
例えば、少しレンズ収差は増えるが、前記電極Ｘ2とＹ2の電位を第３電極４ｃと同電位にし、電極Ｘ1、Ｙ1の電位をそれぞれ前記ＶX1、ＶY1に設定するようにしてもよい。
【００４６】
また、偏向器７の形状は、必ずしも円筒を４分割した形状でなくても、例えば平板のようなものや棒状のものでもよい。
【００４７】
また、本発明を光電子分光装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のインプットレンズを示した図である。
【図２】  本発明のインプットレンズを示した図である。
【図３】  ｜ＶX｜のＥk依存性を表す図である。
【図４】  本発明の電子分光装置の一例を示した図である。
【図５】  図４における偏向器７の斜視図である。
【符号の説明】
１…電子線照射装置、２…試料、３…電子分光器、４…インプットレンズ、４ａ…第１電極、４ｂ…第２電極、４ｃ…第３電極、４ｄ…第４電極、５…静電半球アナライザ、６…検出器、７…偏向器、８、９、１０…電源、１１、１８…アンプ、１２、１９…乗算回路、１３、２０…反転アンプ、１４…パラメータａx発生回路、１５、２２…除算回路、１６…パラメータｂx発生回路、１７、２４…加算回路、２１…パラメータａy発生回路、２３…パラメータｂy発生回路、２５…中央制御装置、２６…電源制御手段、２７…アナライザ制御手段、３０、３１、３２、３３…加算回路
【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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