(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次線照射により試料から発生した電子を減速させる減速レンズと、
その減速レンズからの電子をエネルギー選別して、ある特定のエネルギーを有する電子を取り出す静電半球形アナライザと、
その静電半球形アナライザにより取り出された電子を検出する検出器を備えた電子分光装置において、
前記静電半球形アナライザの外球電極のフリンジ部分が円筒状に形成されることにより、該アナライザの電子中心軌道に対し外球電極が近付けられて、該アナライザの電子入射口付近において該アナライザの外球電極と内球電極間が狭められていることを特徴とする電子分光装置。
【請求項２】
一次線照射により試料から発生した電子を減速させる減速レンズと、
その減速レンズからの電子をエネルギー選別して、ある特定のエネルギーを有する電子を取り出す静電半球形アナライザと、
その静電半球形アナライザにより取り出された電子を検出する検出器を備えた電子分光装置において、
前記静電半球形アナライザの外球電極のフリンジ部分に、該アナライザの内球電極の方へ延びるつばが形成されることにより、該アナライザの電子中心軌道に対し外球電極が近付けられて、該アナライザの電子入射口付近において該アナライザの外球電極と内球電極間が狭められていることを特徴とする電子分光装置。
【請求項３】
前記外球電極のフリンジ部分に、前記内球電極の方へ延びるつばが形成されると共に、前記内球電極のフリンジ部分に、前記外球電極の方へ延びるつばが形成されていることを特徴とする請求項２記載の電子分光装置。
【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オージェ電子分光装置や光電子分光装置においては、一次線照射によって試料から発生する電子のエネルギー分析のために、静電半球形アナライザ（HemiSpherical Analyzer:HSA）が多く用いられている。
【０００３】
この静電半球形アナライザでは、外球電極と内球電極に異なった電圧が印加されて、球対称な電場がその電極間に形成される。
【０００４】
そして、その球対称な電場中の１点から、等しいエネルギーの電子をいろいろな角度で放出させると、それらは１８０度の旋回の後、ほぼ同一の点に戻ってくる。一方、それと異なるエネルギーのものは、また別の点に集束する。よって、あるエネルギー幅を持った電子をこのような場に入射させることで、エネルギー分光が可能になる。これがＨＳＡの原理である。
【０００５】
しかし現実の電子分光装置において、ＨＳＡ内に球対称場をつくろうとしても、ＨＳＡの電子入射口付近では、どうしても球対称場からずれてしまう。
【０００６】
図１は、ＨＳＡの電子入射口付近でのポテンシャル分布を示したものであり、この図からわかるように、ＨＳＡの電子入射口付近では、球の中心に向かうはずの偏向場が弱められていて、球対称場からずれている。このＨＳＡの電子入射口付近の電場はフリンジ場と呼ばれ、これが球対称からずれる度合いが大きいほど、減速レンズ側から入射した電子ビームの振る舞いも理想的な場合からずれてしまう。
【０００７】
具体的には図２に示すように、本来ＨＳＡの１８０度の面で集束するばずの電子ビームが、やや手前ｆ1で集束してしまう。この電子ビームの集束位置は、ＨＳＡの電子入射口付近の具体的な形状に依存するが、ほぼ１６０度の前後である。このため、電子ビームは、１８０度の面では大きくボケてしまい、このボケが大きいほど、電子分光器のエネルギー分解能が悪くなる。
【０００８】
こうなる理由は、図１に示したように、ＨＳＡのフリンジ部分では、本来の球対称場よりも電子ビーム偏向力が弱まってしまうことによる。このために、図２に示したように、アナライザ中央付近では電子ビームは外側にふくれた軌道となる。球対称場は、外側の軌道の電子ほど内側に強く引きつけようとする収差（２次開口収差）をもつので、検出面に近づいたときには、本来より内側に偏ってしまうのである。ただし、上述した電子ビームのボケは、ＨＳＡの中心軌道より内球電極側に入射した電子では生じない。
【０００９】
そこで、このような問題を解決する従来技術の一つとして、図２に示した電子ビームの集束位置ｆ1を検出面とすることが行われている。すなわち、１８０度より偏向角の小さいアナライザにしてしまうということである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、まず装置全体の形状の対称性がわるくなり、加工や組み立て精度を出すのが難しくなる。また、偏向角が減る分だけ、エネルギー分散の長さも減ってしまう。このエネルギー分散の長さとは、１ｅＶのエネルギーの違いがどれだけの集束点のずれになるかということであり、これが大きければ大きいほど、エネルギー分解能がよくなる。
【００１１】
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、エネルギー分解能がよい電子分光装置を提供することにある。
【００１２】
【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一の電子分光装置は、一次線照射により試料から発生した電子を減速させる減速レンズと、その減速レンズからの電子をエネルギー選別して、ある特定のエネルギーを有する電子を取り出す静電半球形アナライザと、その静電半球形アナライザにより取り出された電子を検出する検出器を備えた電子分光装置において、前記静電半球形アナライザの外球電極のフリンジ部分が円筒状に形成されることにより、該アナライザの電子中心軌道に対し外球電極が近付けられて、該アナライザの電子入射口付近において該アナライザの外球電極と内球電極間が狭められていることを特徴とする。また、本発明の他の電子分光装置は、一次線照射により試料から発生した電子を減速させる減速レンズと、その減速レンズからの電子をエネルギー選別して、ある特定のエネルギーを有する電子を取り出す静電半球形アナライザと、その静電半球形アナライザにより取り出された電子を検出する検出器を備えた電子分光装置において、前記静電半球形アナライザの外球電極のフリンジ部分に、該アナライザの内球電極の方へ延びるつばが形成されることにより、該アナライザの電子中心軌道に対し外球電極が近付けられて、該アナライザの電子入射口付近において該アナライザの外球電極と内球電極間が狭められていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
さて、前記図２に示したように、電子ビームがＨＳＡの１８０度面より手前で集束してしまうのは、ＨＳＡのフリンジ部分で電子ビーム偏向力が弱まるためである。そこで、このことを補正するためには、フリンジ部分で弱まった電子ビーム偏向力を強めてやればよい。
【００１５】
このような点に着目して成されたのが図３の装置であり、図３は、本発明の電子分光装置の要部である電子分光器を示したものである。
【００１６】
図３において１は減速レンズであり、減速レンズ１は、一次線照射により試料から発生した電子を減速させるものである。この減速レンズ１で減速されて入射スリット２を通過した電子は、静電半球形アナライザ（ＨＳＡ）３に入射する。ＨＳＡ３は、減速レンズ１で減速された電子をエネルギー選別して、ある特定のエネルギーを有する電子を取り出すものであり、その構成について以下に詳しく説明する。
【００１７】
４はＨＳＡの内球電極であり、内球電極４は半球状に形成されている。
【００１８】
また、５はＨＳＡの外球電極である。これまでの外球電極は半球状であるが、外球電極５は、その従来の外球電極のフリンジ部分を円筒状に形成したものである。図３において、６がその円筒部である。
【００１９】
そして、図３のＨＳＡにおいては、内球電極４の半径Ｒinが７０ｍｍ、外球電極５の半径Ｒoutが１３０ｍｍ、前記円筒部６の高さｈが５４．９ｍｍであり、その円筒部６の上端ａとＨＳＡの中心Ｏと円筒部６の下端ｂの成す角度θは２５度である。
【００２０】
また、電子のエネルギーをＥp（減速したあとのパスエネルギー）、これに対応する加速電圧をＶpとすれば、内球電極４にかけられる電圧ＶＨinと、外球電極５にかけられる電圧ＶＨoutは次のように制御される。
【００２１】
ＶＨin ＝２Ｖp（（Ｒ0／（Ｒ0−ｄＲ））−１）
ＶＨout＝２Ｖp（（Ｒ0／（Ｒ0＋ｄＲ））−１）
ここで、Ｒ0はＨＳＡの中心軌道半径、ｄＲは中心軌道から球までの距離であり、この場合、Ｒ0は１００ｍｍ、ｄＲは３０ｍｍである。
【００２２】
以上がＨＳＡ３の構成についての説明であるが、このＨＳＡ３で分光されて出射スリット７を通過した電子は、検出器８で検出される。
【００２３】
以上、図３の電子分光器の構成について説明したが、この電子分光器においては、外球電極５のフリンジ部分が円筒状に形成されているので、従来よりも外球電極５のフリンジ部分の壁が少し電子軌道の側に近づけられている。これによって、外球電極５と内球電極４の距離が短くなる分だけ、そのフリンジ部分の電場は強まり、電子ビームの偏向力を増すことができる。
【００２４】
この結果、図３に示すように、電子ビームはＨＳＡの１８０度の面でほぼ集束し、従来のようにＨＳＡの１８０度の面で大きくボケることはない。このため、電子分光器のエネルギー分解能が従来よりも良くなり、また、装置全体の形状の対称性は維持されるので、高い加工や組み立て精度を出すことができる。
【００２５】
なお、図４は、図３の電子分光器におけるＨＳＡ電子入射口付近でのポテンシャル分布を示したものであり、この図４と前記図１を比較すればわかるように、本発明によってフリンジ部分の電場は強まっている。
【００２６】
また、本件発明者は、上述したＨＳＡにおけるθの最適角について検討を行った。その検討結果は図５と図６に示されており、図５はθを２０度にしたときの電子ビームの集束状態を示しており、図６はθを３０度にしたときの電子ビームの集束状態を示している。この検討においてθ以外の条件は図３の状態と同じであり、この結果から、θを２５度程度にすれば、もっとも電子ビームをＨＳＡの１８０度の面に集束できることがわかる。
【００２７】
なお、図３の電子分光器においては、検出面側のフリンジ場も同じ方法で補正されるが、この部分はビームのボケにはほとんど影響しない。このため、ＨＳＡの電子入口側のフリンジ場の補正だけを行えばよい。ただし、加工の立場からは、ＨＳＡの電子入口から出口までぐるっと円筒にしてしまう方が対称性がよいので、そのように形成されている。
【００２８】
以上、本発明の一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２９】
本発明の本質は、ＨＳＡの電子入口部分において外球電極と内球電極の距離を短くすることであり、これを達成する構成は他にも種々考えられる。
【００３０】
たとえば、図７に示すように、外球電極のフリンジ部分に、内球電極の方へ延びるつば９を形成すると共に、内球電極のフリンジ部分に、外球電極の方へ延びるつば１０を形成することにより、アナライザの外球電極と内球電極間を狭めるようにしてもよい。
【００３１】
また、加工の簡単さや対称性を考えれば、図８に示すように、外球電極のフリンジ部分の周縁部に、前記つば９に相当するリング状の外側電極１１を配置すると共に、内球電極のフリンジ部分の周縁部に、前記つば１０に相当するリング状内側電極１２を配置するようにすればよい。この場合、前記リング状の外側電極１１は外球電極と電気的に接続されて、外球電極と同じ電圧が印加される。また、前記リング状の内側電極１２は内球電極と電気的に接続されて、内球電極と同じ電圧が印加される。このようにして、外球電極の構成要素である外側電極１１と、内球電極の構成要素である内側電極１２により、アナライザの外球電極と内球電極間を狭めるようにしてもよい。
【００３２】
なお、前記つばまたはリング状の電極を、外球電極または内球電極のどちらか一方に上述したように設けて、アナライザの電子入口においてフリンジ場を強めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のＨＳＡにおける電子入射口付近でのポテンシャル分布を示したものである。
【図２】  従来のＨＳＡにおける電子ビームの軌道を示したものである。
【図３】  本発明の電子分光装置の一例を示したものである。
【図４】  本発明のＨＳＡにおける電子入射口付近でのポテンシャル分布を示したものである。
【図５】  ＨＳＡにおける電子ビームの集束状態を説明するために示したものである。
【図６】  ＨＳＡにおける電子ビームの集束状態を説明するために示したものである。
【図７】  本発明の電子分光装置の他の例を示したものである。
【図８】  本発明の電子分光装置の他の例を示したものである。
【符号の説明】
１…減速レンズ、２…入射スリット、３…ＨＳＡ、４…内球電極、５…外球電極、６…円筒部、７…出射スリット、８…検出器、９、１０…つば、１１…外側電極、１２…内側電極
【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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