電子スペクトルの測定方法および測定装置
【課題】試料にイオンビームを照射した際に生じる二次電子の総量のみならず、二次電子の詳細なエネルギー情報をも正確に得て、電子スペクトルとして検出することができ、試料の二次電子放出特性を正確に把握することが可能となる電子スペクトルの測定方法および測定装置を提供する。
【解決手段】被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定工程と、照射条件選定工程で選定されたイオンビーム照射条件に基づいて被測定試料にイオンビームを照射する照射工程と、イオンビームの照射により被測定試料から放出された二次電子スペクトルを、イオンビームの照射軸と異なる方向に設置された同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて測定する測定工程とを有している電子スペクトルの測定方法およびそれに用いる測定装置。
【解決手段】被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定工程と、照射条件選定工程で選定されたイオンビーム照射条件に基づいて被測定試料にイオンビームを照射する照射工程と、イオンビームの照射により被測定試料から放出された二次電子スペクトルを、イオンビームの照射軸と異なる方向に設置された同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて測定する測定工程とを有している電子スペクトルの測定方法およびそれに用いる測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子スペクトルの測定方法および測定装置に関し、特にイオン励起による二次電子スペクトルを高精度で測定することができる電子スペクトルの測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイのバックライトの光源等として用いられる冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）は、Ａｒ等の不活性ガスや水銀（Ｈｇ）ガスが封入されたガラス管の両端に電極を配置した構造とされている。
【０００３】
このような構造の下で、電極間に高電圧が印加されると、電離により封入ガスのイオンが生じ、加速されて陰極に衝突して電子（二次電子）が放出され、放電が開始する。この放電により、陽極に引かれる電子と管内のＨｇ分子が衝突し、Ｈｇが励起され紫外線を放出する。そして、この紫外線によりガラス管内壁面に塗布された蛍光体が励起され、可視光線が発せられる。
【０００４】
近年、このＣＣＦＬの長寿命化、低消費電力化が強く望まれており、二次電子放出効率の良い電極材料が望まれている。
【０００５】
そして、二次電子放出効率の良い電極材料を選択するためには、電極材料の二次電子放出特性を正確に測定することが必要となる。このような二次電子放出特性の測定は、前記のＣＣＦＬの電極材料に限らず、プラズマディスプレイの保護膜等、電子やイオンの衝突により放出される二次電子の性質が品質の良否に大きく影響する製品全てについて行われることである。そして、例えば、特許文献１には、イオンビームを試料に照射し、二次電子放出量を電流として検出する方法および装置が開示されている。
【０００６】
また、非特許文献１には、高融点金属のタンタルに高エネルギーの多価イオンを照射し、発生する二次電子スペクトルを取得する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２０６０６２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｔ．Ｋａｎｉｅ 他３名、「Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｆｒｏｍ ａ ｔａｎｔａｌｕｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｙ ｍｕｌｔｉｐｌｙ ｃｈａｒｇｅｄ ｉｏｎｓ」、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２４２（１９９１）４１７−４２１、Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、コレクタ電極を貫通して設けられた孔を通じてイオンビームの照射を行う必要があるため、イオンビームの照射量が不安定となる恐れがあり、必ずしも、放出された二次電子の全てがコレクタ電極に集められるとは限らない。このため、正確な二次電子量を測定することができず、精度の高い測定を行うことが困難である。
【００１０】
また、この方法における測定対象は二次電子の総量だけであるため、詳細なエネルギー情報を得ることが困難であり、正確なスペクトル分析を行うことに限界がある。
【００１１】
次に、非特許文献１に記載されている方法では、高エネルギーの多価イオンを用いているため、試料表面の反応が起こり易く、また試料から電子を奪い易いため、試料の帯電や改質を招き易く、試料本来の特性が正確に測定できない恐れがあるという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑み、試料にイオンビームを照射した際に生じる二次電子の総量のみならず、二次電子の詳細なエネルギー情報をも正確に得て、電子スペクトルとして検出することができ、試料の二次電子放出特性を正確に把握することが可能となる電子スペクトルの測定方法および測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、以下に示す各請求項の発明により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項の発明を説明する。
【００１４】
請求項１に記載の発明は、
真空雰囲気中に設置された被測定試料にイオンビームを照射した際に発生する二次電子スペクトルを測定する電子スペクトルの測定方法であって、
前記被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定工程と、
前記照射条件選定工程で選定されたイオンビーム照射条件に基づいて、前記被測定試料にイオンビームを照射する照射工程と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料から放出された二次電子スペクトルを、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置された同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて測定する測定工程と
を有していることを特徴とする電子スペクトルの測定方法である。
【００１５】
本請求項の発明においては、被測定試料の表面状態を実質的に変化させない照射条件でイオンビームの照射を行い、イオンビームの照射軸と異なる方向に設置されている同軸円筒鏡型エネルギー分析器（ＣＭＡ：Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて測定しているため、被測定試料から放出される二次電子について充分なエネルギー情報を得て正確な二次電子スペクトルを得ることができ、さらに、得られた二次電子スペクトルを用いて二次電子の総量について正確に検出することができる。
【００１６】
即ち、ＣＭＡを用いて二次電子を検出することにより、二次電子の総量のみならず、二次電子のエネルギー情報も同時に得ることができ、電子スペクトルとして検出することができる。
【００１７】
そして、二次電子スペクトルの測定において、ＣＭＡをイオンビームの照射軸と異なる方向に設置することにより、イオンビームと同軸あるいは軸を中心として円周方向に設置する場合と異なり、二次電子を集めるコレクタ電極に設けられている孔を通してイオンビームを照射する必要がない。その結果、イオンビームの照射量が不安定となることがなく、さらに、帯電しているイオン（多くの場合＋に帯電している）と−の電荷を有する二次電子との相互作用が生じることがない。
【００１８】
なお、具体的には、二次電子のエネルギー情報は電子スペクトルの分布を解析することにより得ることができ、二次電子の総量は電子スペクトルを積分することにより得ることができる。
【００１９】
また、電子線ではなく、イオンビームを用い、さらにイオンビームの照射に先立って、予め、被測定試料の表面状態を実質的に変化させない照射条件を選定することにより、被測定試料の表面への反応が起こらず、帯電や改質を招くことがなく、被測定試料本来の二次電子放出特性を正確に把握することができる。
【００２０】
本請求項の発明に基づいて、ＣＣＦＬの電極材料等、イオン励起下で用いられる材料を測定する場合には、同じイオン励起下を模した状態で測定することができ、使用状態を配慮した測定を行うことができる。
【００２１】
なお、前記の照射条件は、イオンとして用いる元素の種類（イオン種）、加速電圧、照射時間等を勘案して、各被測定試料に最適な条件を選定する。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、
前記照射工程に先立って、前記被測定試料のイオンビームが照射される箇所に清浄用ビームを照射して、前記箇所に吸着している成分を除去する吸着成分除去工程を有していることを特徴とする請求項１に記載の電子スペクトルの測定方法である。
【００２３】
本請求項の発明においては、照射工程に先立って、被測定試料のイオンビームが照射される箇所に清浄用ビームを照射して、この箇所に吸着している成分を除去するため、吸着成分による測定ノイズや被測定試料への照射の阻害等がなくなり、被測定試料からより正確な二次電子スペクトルを得ることができる。
【００２４】
なお、前記箇所における吸着成分の吸着状況は以下の方法により確認することができる。即ち、電子線を用いて表面のＳＥＭ（電子顕微鏡）観察を行うことによる照射箇所の確認と共に、オージェ電子スペクトルの測定（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＡＥＳ）に基づいた被測定試料表面の組成情報の分析により確認することができる。
【００２５】
具体的な吸着成分としては、例えば、表面に形成された金属酸化物、機械油や研磨液等による汚染物、大気からの表面被覆物等を挙げることができる。また、具体的な清浄用ビームとしては、イオンビーム、中性原子ビーム等を挙げることができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、
前記吸着成分除去工程に引き続いて、前記清浄用ビームが照射された箇所が、前記被測定試料の組成であることを確認する組成確認工程を有していることを特徴とする請求項２に記載の電子スペクトルの測定方法である。
【００２７】
本請求項の発明においては、清浄用ビームの照射による除去効果を確認する工程を設けているため、吸着成分の不充分な除去のままイオンビームが照射されることを防止でき、正確な二次電子スペクトルを得ることができる。
【００２８】
具体的な組成の確認方法としては、前記した吸着成分の状況確認の方法と同様の方法を用いることができる。
【００２９】
組成確認工程において、吸着成分の除去が不充分であることが判明した場合には、前記の吸着成分除去工程および組成確認工程を繰り返し、吸着成分の充分な除去を確認した後に、照射工程に入る。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、
前記照射条件選定工程におけるイオンビームの加速電圧条件が、５００Ｖ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子スペクトルの測定方法である。
【００３１】
イオンビームの加速電圧が５００Ｖを超えるとＣＭＡの検出限界を超えてしまうため、正確な二次電子スペクトルを得ることができない。また、被測定試料が深さ方向、面内方向に組成分布を持つ場合には、５００Ｖを超えるイオンビームにより被測定試料の表面状態が変化する恐れがある。５００Ｖ以下であると、これらの問題が発生せず好ましい。２００Ｖ以下であるとより好ましい。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、
前記照射条件選定工程におけるイオンビームのイオン種として、希ガスを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子スペクトルの測定方法である。
【００３３】
イオン種としては、被測定試料との反応を引き起こす元素を選択することはできないが、それ以外の元素であれば特に限定されない。Ａｒ、Ｎｅ等の希ガスが好ましく、特にＡｒは、前記したＡｒスパッタにおいても用いられているため、効率的であり特に好ましい。
【００３４】
また、ＣＣＦＬは、内部に封入するガスとしてＮｅ、Ａｒ等の希ガスを用いることが多いため、本測定方法で得られたデータはそのまま、あるいは大きく手を加えることなくＣＣＦＬの二次電子放出用材料の検討に用いることが可能となる。
【００３５】
なお、本請求項の発明においては、前記した照射条件が適切に行われていれば、多価イオンを用いることもできる。
【００３６】
請求項６に記載の発明は、
真空雰囲気中に設置された被測定試料にイオンビームを照射した際に発生する二次電子スペクトルを測定する電子スペクトルの測定装置であって、
前記被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定手段と、
前記照射条件選定手段で選定されたイオンビーム照射条件に基づいて、前記被測定試料にイオンビームを照射する照射手段と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料から放出された二次電子スペクトルを、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置された同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて測定する測定手段と
を備えていることを特徴とする電子スペクトルの測定装置である。
【００３７】
本請求項の発明は、測定方法の発明である請求項１の発明を測定装置の面より捉えたものであり、このような測定装置を用いることにより、二次電子の総量のみならず、二次電子のエネルギー情報も同時に正確に得て、正確な電子スペクトルを提供することができる。
【００３８】
請求項７に記載の発明は、
前記被測定試料のイオンビームが照射される箇所に清浄用ビームを照射して、前記箇所に吸着している成分を除去する吸着成分除去手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載の電子スペクトルの測定装置である。
【００３９】
本請求項の発明は、測定方法の発明である請求項２の発明を測定装置の面より捉えたものである。
【００４０】
請求項８に記載の発明は、
前記清浄用ビームが照射された箇所が、前記被測定試料の組成であることを確認する組成確認手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の電子スペクトルの測定装置である。
【００４１】
本請求項の発明は、測定方法の発明である請求項３の発明を測定装置の面より捉えたものである。
【００４２】
請求項９に記載の発明は、
被測定試料の表面に電子線を照射する電界放出型電子銃と、
前記被測定試料の表面にイオンビームを照射するイオン銃と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料の表面から放出された二次電子を検出する同軸円筒鏡型エネルギー分析器と
が真空容器に備えられており、
前記イオン銃には、被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定手段が設けられ、
前記同軸円筒鏡型エネルギー分析器は、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置されている
ことを特徴とする電子スペクトルの測定装置である。
【００４３】
本請求項の発明に係る測定装置を用いることにより、請求項１に記載の発明である電子スペクトルの測定方法を実施することができる。即ち、本請求項の発明においては、被測定試料の表面状態を実質的に変化させない照射条件でイオンビームの照射を行い、イオンビームの照射軸と異なる方向に設置されている同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて二次電子を検出しているため、二次電子の総量および二次電子についてのエネルギー情報を正確に得て、正確な二次電子スペクトルを得ることができる。
【００４４】
請求項１０に記載の発明は、
さらに、前記電子線または前記イオンビームの照射により、前記被測定試料の表面から放出された二次電子を検出する二次電子検出器が備えられていることを特徴とする請求項９に記載の電子スペクトルの測定装置である。
【００４５】
本請求項の発明においては、電子線またはイオンビームの照射により被測定試料の表面から放出された二次電子を検出する二次電子検出器が備えられているため、被測定試料の表面状態を充分に確認することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、試料にイオンビームを照射した際に生じる二次電子の総量のみならず、二次電子の詳細なエネルギー情報をも正確に得ているため、正確な電子スペクトルとして検出することができ、その結果、試料の二次電子放出特性を正確に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の電子スペクトルの測定装置の要部の構成を示す図である。
【図２】Ａｒイオンによるスパッタ前とスパッタ後におけるＮｉ材料のオージェ電子スペクトルの測定結果を示すスペクトルチャートである。
【図３】Ａｒイオンによるスパッタ前とスパッタ後のＮｉ材料をＡｒイオンで励起した際に放出される二次電子スペクトルの測定結果を示すスペクトルチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００４９】
（実施の形態）
本実施の形態は、ＣＣＦＬに好適な材料であるＮｉ等の試料に、試料の表面状態が変化することがないように充分に低い加速電圧で加速されたＡｒイオン（Ａｒ＋）を照射し、Ａｒ＋照射によって励起された試料から放出される二次電子の総量およびスペクトルを測定する測定方法に関する。
【００５０】
１．測定装置
図１に、本発明の電子スペクトルの測定装置の要部の構成を示す。図１において、１０はＡｒイオン銃であり、１５はＡｒイオン銃１０によるＡｒ＋ビームの照射条件を選定する際、および測定時に試料にＡｒ＋ビームを照射する照射条件を制御する照射条件制御装置であり、２０は電界放出型（ＦＥ）電子銃であり、２５は同軸円筒鏡型エネルギー分析器（ＣＭＡ）であり、３０は二次電子検出器であり、４０は真空容器であり、４２は予備排気室であり、４５は拡散ポンプであり、４６はロータリーポンプ（補助）であり、４７はイオンポンプであり、５０は試料台であり、７０はＮｉ等の試料である。
【００５１】
そして、Ａｒイオン銃１０から出ている太い矢印は、Ａｒ＋ビームであり、電界放出型電子銃２０から出ている矢印は電子線である。また、試料７０から上方へ出て、ＣＭＡ２５に至る破線で示す矢印は、Ａｒ＋ビームを照射した際に試料７０から放出される二次電子および電子線を照射した際に試料７０から放出されるオージェ電子を示し、試料７０から二次電子検出器３０に向かう破線で示す矢印は、電子線を照射した際に試料７０から放出される二次電子である。
【００５２】
図１から分かるように、この装置は、ＣＭＡ２５を装備した電界放出型オージェ電子分光装置（ＦＥ−ＡＥＳ）に、Ａｒイオン銃１０、照射条件制御装置１５及び二次電子検出器３０を装備したものであり、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびＡｒ＋ビーム照射によるスパッタリング装置の機能をも有している。またこのため、表示装置（ＣＲＴ）や駆動装置、二次電子検出器３０用の集電装置、各種の制御装置（図示せず）をも有している。
【００５３】
Ａｒイオン銃１０は、照射条件制御装置１５によって制御され、選定された所定のイオン密度と加速電圧でＡｒ＋ビームを試料台５０に設置されている試料７０に照射する。照射条件制御装置１５は、照射するＡｒ＋ビームのイオン密度や加速電圧を制御する。ＣＭＡ２５は、Ａｒイオン銃１０によるＡｒ＋ビームの照射軸と異なる方向に設置されており、Ａｒ＋ビームを照射された際に試料７０が放出する二次電子のスペクトルを測定する。また、電子線が照射された際に試料７０が放出するオージェ電子のスペクトルを測定する。二次電子検出器３０は、電子線が照射された際に試料７０が放出する二次電子を測定する。
【００５４】
真空容器４０は、Ａｒ＋ビームと二次電子に悪影響が無いように、その内部は１×１０−６Ｐａ程度、あるいはそれ以下の真空に保持されている。またこのため、予備排気室４２を有し、また拡散ポンプ４５、ロータリーポンプ４６、イオンポンプ４７を備えている。試料台５０は、試料７０を所定の位置に精度良く保持する。
【００５５】
２．測定方法
（１）試料の表面状態の観察
イ．ＳＥＭによる表面状態の観察
はじめに、ＳＥＭの機能を用いて試料７０の測定箇所の付着物の存在や形状等の表面状態を観察し、測定箇所の確認を行う。具体的には、電界放出型電子銃２０を用いて所定の加速電圧で加速された電子線を試料７０に照射し、放出される二次電子線を二次電子検出器３０で検出してＳＥＭ像を得、観察対象箇所に異物が存在しないかなど、目的とする二次電子放出特性の測定における適否を確認する。
【００５６】
ロ．オージェ電子分光法による表面組成の分析
次に、ＳＥＭによる表面状態の観察の結果により確定された測定箇所のオージェ電子分光法による表面組成の分析を行い、測定対象表面の汚染や大気から吸着した成分等の吸着物や酸化物の存在の状況を確認する。具体的には電界放出型電子銃２０用いて所定の加速電圧で加速された電子線を試料７０に照射し、放出されるオージェ電子のスペクトルをＣＭＡ２５で測定し、表面組成の分析を行う。
【００５７】
（２）試料表面の清浄化
測定対象表面に汚染や大気から吸着した成分等の吸着物の存在が認められた場合、スパッタリングにより試料７０の表面を清浄化する。具体的には、Ａｒイオン銃１０により所定の加速電圧で加速された所定量のＡｒ＋ビームを試料７０に照射し、その後前記オージェ電子分光法で表面組成の分析を行い、表面が清浄化されていることを確認する。なお、表面の成分が吸着成分の場合は、２ｋＶで加速されたＡｒ＋ビームを１分間程度照射する（ＳｉＯ２換算で１０ｎｍのスパッタリング）ことにより清浄化することができる。また、酸化物の場合は１０分間程度照射することにより清浄化することができる。なお、１回のＡｒ＋ビーム照射で十分に表面吸着成分を除去できない場合は、Ａｒ＋ビーム照射を複数回行う。
【００５８】
（３）二次電子放出特性の測定
次に、二次電子放出特性の測定について説明する。清浄化された試料７０にＡｒイオン銃１０により所定の加速電圧で加速された所定量のＡｒ＋ビームを試料７０に照射し、ＣＭＡ２５を用いて試料７０から放出される二次電子のスペクトルおよび総量を測定する。具体的には、試料の表面状態が実質的に変化せず、放出される二次電子の総量がＣＭＡ２５の検出限界を超えない低い加速電圧である０．２〜０．５ｋＶの加速電圧で加速されたＡｒ＋ビームを試料７０に照射し、二次電子を発生させる。また、測定された二次電子を電流としてではなく、インテンシティとしてスペクトルを測定し、測定されたスペクトルを積分して二次電子の総量を求める。
【００５９】
なお、スペクトルを、ＣＭＡ２５を用いてインテンシティで測定するため、１０ｅＶ以下の測定データが捨てられることない。また、ＣＭＡ２５は、Ａｒイオン銃１０によるＡｒ＋ビームの照射軸と異なる方向に設置されているため、Ａｒ＋ビームの照射量が不安定となることがなく、Ａｒ＋ビームと二次電子のとの相互作用が生じることがない。このため、高精度で測定することができる。また、前記の低い加速電圧で加速されたＡｒ＋ビームを用いた場合には、オージェ電子が発生しないため、より高精度で測定することができる。また、試料の表面状態が実質的に変化しない条件で測定されるため、深さ方向、面内方向に組成分布を有する試料に対しても、表面の組成が変化しない状況下で測定することができる。
【実施例】
【００６０】
本実施例は、ＣＭＡ２５、Ａｒイオン銃１０および二次電子検出器３０を備えたＦＥ−ＡＥＳ、具体的にはアルバック・ファイ社製ＰＨＩ７００を用いて、清浄化してないＮｉと、スパッタリングにより清浄化したＮｉとを被測定試料とし、Ａｒ＋ビームを照射して励起させる際に放出される二次電子のスペクトルを測定した例である。
【００６１】
１．ＳＥＭによる表面状態の観察
同一のＮｉ材料から試料７０として２個の試料（以下、「試料Ａ、試料Ｂ」と記載する）を作製し、それぞれの試料を図１の試料台５０の上に載置し、真空容器内４０内の圧力を所定の圧力に保ってＳＥＭにより表面状態の観察を行い、試料Ａ、試料Ｂ共に二次電子のスペクトルの被測定試料として適した試料であることを確認した。
【００６２】
２．オージェ電子スペクトルの測定および表面の清浄化
（１）測定方法
まず、試料Ａ、試料Ｂについて、それぞれ上記のＳＥＭによる表面状態観察に引き続いて、オージェ電子スペクトルの測定を行なった。測定条件は以下に記載の通りである。
【００６３】
オージェ電子スペクトルの測定条件
加速電圧１０ｋＶで加速した電子線を試料の表面に照射してオージェ電子を放出させ、ＣＭＡを用いてオージェ電子スペクトルを測定した。
【００６４】
（２）表面の清浄化
次に試料Ｂのみをスパッタリングにより表面を清浄化した。スパッタリングを行った後、前記の測定条件と同じ測定条件の下に再度オージェ電子スペクトル測定を行った。なお、スパッタリングの条件は以下に記載の通りである。
【００６５】
スパッタリングの条件
試料Ｂに行ったスパッタリングは、加速電圧２ｋＶで加速したＡｒ＋ビームによる１０分間の照射によるスパッタリングである。
【００６６】
（３）測定結果
オージェ電子スペクトルの測定結果を説明する。図２にオージェ電子スペクトルの測定結果を示す。なお、図２において横軸はオージェ電子の運動エネルギーであり、縦軸はインテンシティをエネルギーで微分した値を示す。
【００６７】
イ．清浄化されていない試料の測定結果
試料Ａおよびスパッタ前の試料Ｂについては同じ測定結果が得られた。図２の（ａ）は試料Ａおよびスパッタ前の試料Ｂ、即ち清浄化されていない試料のオージェ電子スペクトルである。図２（ａ）から、清浄化してない試料の表面には、Ｎｉの他に矢印で示す様にＣとＯが検出され、表面に汚れが在ることが分かった。なお、試料Ａと試料Ｂについて同じ測定結果が得られ、正しく、安定して測定できることが確認された。
【００６８】
ロ．清浄化された試料の測定結果
図２（ｂ）は、スパッタ後の試料Ｂ、即ち清浄化された試料のオージェ電子スペクトルである。図２（ｂ）から清浄化された試料の場合は、Ｎｉ以外の元素が検出されず、スパッタリングにより充分に清浄化されていることが確認された。
【００６９】
３．二次電子スペクトルの測定および二次電子の総量の検出
次に、試料Ａおよびスパッタ後の試料Ｂを用いて二次電子スペクトルの測定を行なった。また、二次電子スペクトルの測定結果に基づき、二次電子の総量を検出した。二次電子スペクトルの測定条件と測定結果および二次電子の総量の検出結果は、以下の通りである。
【００７０】
（１）二次電子スペクトルの測定方法
イ．Ａｒ＋ビームの照射条件の選定
試料Ａおよび試料Ｂの作製に用いたＮｉ材料から別途試料を作製し、Ａｒ＋イオンビームの照射条件について検討した。その結果、Ａｒ＋イオンビームの加速電圧が５００Ｖ以下である場合は、被測定試料の表面状態を実質的に変化させず、試料から放出される二次電子がＣＭＡにより良好に検出されることを確認した。本実施例では、加速電圧として前記５００Ｖに対して充分な余裕を持たせ、２００Ｖを選定した。
【００７１】
ロ．具体的な測定方法
試料の表面に加速電圧２００Ｖで加速したＡｒ＋ビームを照射して二次電子を放出させ、ＣＭＡを用いて二次電子スペクトルを測定した。
【００７２】
（２）二次電子スペクトルの測定結果
次に、二次電子スペクトルの測定結果を説明する。図３は、試料Ａ、即ちスパッタ前の試料と、スパッタ後の試料Ｂの二次電子スペクトルの測定結果を示すスペクトルチャートである。図３の横軸は、二次電子のエネルギー（運動エネルギー）であり、縦軸は、インテンシティである。なお、横軸は、０．１ｅＶ間隔でプロットされている。
【００７３】
図３から、エネルギーが０〜４０ｅＶの範囲のいずれのエネルギーの二次電子に対しても良好に検出が行われており、被測定試料から放出される二次電子について充分なエネルギー情報を得て、正確な二次電子スペクトルが得られることが確認された。
【００７４】
（３）二次電子の総量の検出結果
前記、図３の二次電子スペクトル測定結果を示すスペクトルチャートを積分して二次電子の総量を正確に検出した。即ち、前記のように正確な二次電子スペクトル用いて二次電子の総量を検出するため、正確に検出できる。
【００７５】
なお、図３から、スパッタ後の試料Ｂの場合、スパッタ前の試料Ａに比べて２０ｅＶ以下、特に１０ｅＶ以下の二次電子のインテンシティが大幅に向上しており、材料本来の持つ二次電子放出特性がより正確に測定できることが分かった。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、Ａｒなど希ガスのイオンビームの照射により被測定試料から二次電子を放出させ、ＣＭＡを用いて検出することにより、被測定試料から放出された二次電子放出特性を高精度で測定することができる。また、測定を行なう前にスパッタにより被測定試料の表面を清浄化することにより二次電子放出特性をより正確に測定することができる。
【００７７】
なお、上記実施例では被測定材料にＮｉを使用したが、本発明はＮｉ以外の種々の材料に対して適用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０ Ａｒイオン銃
１５ 照射条件制御装置
２０ 電界放出型電子銃
２５ 同軸円筒鏡型エネルギー分析器
３０ 二次電子検出器
４０ 真空容器
４２ 予備排気室
４５ 拡散ポンプ
４６ ロータリーポンプ
４７ イオンポンプ
５０ 試料台
７０ 試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子スペクトルの測定方法および測定装置に関し、特にイオン励起による二次電子スペクトルを高精度で測定することができる電子スペクトルの測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイのバックライトの光源等として用いられる冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）は、Ａｒ等の不活性ガスや水銀（Ｈｇ）ガスが封入されたガラス管の両端に電極を配置した構造とされている。
【０００３】
このような構造の下で、電極間に高電圧が印加されると、電離により封入ガスのイオンが生じ、加速されて陰極に衝突して電子（二次電子）が放出され、放電が開始する。この放電により、陽極に引かれる電子と管内のＨｇ分子が衝突し、Ｈｇが励起され紫外線を放出する。そして、この紫外線によりガラス管内壁面に塗布された蛍光体が励起され、可視光線が発せられる。
【０００４】
近年、このＣＣＦＬの長寿命化、低消費電力化が強く望まれており、二次電子放出効率の良い電極材料が望まれている。
【０００５】
そして、二次電子放出効率の良い電極材料を選択するためには、電極材料の二次電子放出特性を正確に測定することが必要となる。このような二次電子放出特性の測定は、前記のＣＣＦＬの電極材料に限らず、プラズマディスプレイの保護膜等、電子やイオンの衝突により放出される二次電子の性質が品質の良否に大きく影響する製品全てについて行われることである。そして、例えば、特許文献１には、イオンビームを試料に照射し、二次電子放出量を電流として検出する方法および装置が開示されている。
【０００６】
また、非特許文献１には、高融点金属のタンタルに高エネルギーの多価イオンを照射し、発生する二次電子スペクトルを取得する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２０６０６２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｔ．Ｋａｎｉｅ 他３名、「Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｆｒｏｍ ａ ｔａｎｔａｌｕｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｙ ｍｕｌｔｉｐｌｙ ｃｈａｒｇｅｄ ｉｏｎｓ」、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２４２（１９９１）４１７−４２１、Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、コレクタ電極を貫通して設けられた孔を通じてイオンビームの照射を行う必要があるため、イオンビームの照射量が不安定となる恐れがあり、必ずしも、放出された二次電子の全てがコレクタ電極に集められるとは限らない。このため、正確な二次電子量を測定することができず、精度の高い測定を行うことが困難である。
【００１０】
また、この方法における測定対象は二次電子の総量だけであるため、詳細なエネルギー情報を得ることが困難であり、正確なスペクトル分析を行うことに限界がある。
【００１１】
次に、非特許文献１に記載されている方法では、高エネルギーの多価イオンを用いているため、試料表面の反応が起こり易く、また試料から電子を奪い易いため、試料の帯電や改質を招き易く、試料本来の特性が正確に測定できない恐れがあるという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑み、試料にイオンビームを照射した際に生じる二次電子の総量のみならず、二次電子の詳細なエネルギー情報をも正確に得て、電子スペクトルとして検出することができ、試料の二次電子放出特性を正確に把握することが可能となる電子スペクトルの測定方法および測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、以下に示す各請求項の発明により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項の発明を説明する。
【００１４】
請求項１に記載の発明は、
真空雰囲気中に設置された被測定試料にイオンビームを照射した際に発生する二次電子スペクトルを測定する電子スペクトルの測定方法であって、
前記被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定工程と、
前記照射条件選定工程で選定されたイオンビーム照射条件に基づいて、前記被測定試料にイオンビームを照射する照射工程と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料から放出された二次電子スペクトルを、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置された同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて測定する測定工程と
を有していることを特徴とする電子スペクトルの測定方法である。
【００１５】
本請求項の発明においては、被測定試料の表面状態を実質的に変化させない照射条件でイオンビームの照射を行い、イオンビームの照射軸と異なる方向に設置されている同軸円筒鏡型エネルギー分析器（ＣＭＡ：Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて測定しているため、被測定試料から放出される二次電子について充分なエネルギー情報を得て正確な二次電子スペクトルを得ることができ、さらに、得られた二次電子スペクトルを用いて二次電子の総量について正確に検出することができる。
【００１６】
即ち、ＣＭＡを用いて二次電子を検出することにより、二次電子の総量のみならず、二次電子のエネルギー情報も同時に得ることができ、電子スペクトルとして検出することができる。
【００１７】
そして、二次電子スペクトルの測定において、ＣＭＡをイオンビームの照射軸と異なる方向に設置することにより、イオンビームと同軸あるいは軸を中心として円周方向に設置する場合と異なり、二次電子を集めるコレクタ電極に設けられている孔を通してイオンビームを照射する必要がない。その結果、イオンビームの照射量が不安定となることがなく、さらに、帯電しているイオン（多くの場合＋に帯電している）と−の電荷を有する二次電子との相互作用が生じることがない。
【００１８】
なお、具体的には、二次電子のエネルギー情報は電子スペクトルの分布を解析することにより得ることができ、二次電子の総量は電子スペクトルを積分することにより得ることができる。
【００１９】
また、電子線ではなく、イオンビームを用い、さらにイオンビームの照射に先立って、予め、被測定試料の表面状態を実質的に変化させない照射条件を選定することにより、被測定試料の表面への反応が起こらず、帯電や改質を招くことがなく、被測定試料本来の二次電子放出特性を正確に把握することができる。
【００２０】
本請求項の発明に基づいて、ＣＣＦＬの電極材料等、イオン励起下で用いられる材料を測定する場合には、同じイオン励起下を模した状態で測定することができ、使用状態を配慮した測定を行うことができる。
【００２１】
なお、前記の照射条件は、イオンとして用いる元素の種類（イオン種）、加速電圧、照射時間等を勘案して、各被測定試料に最適な条件を選定する。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、
前記照射工程に先立って、前記被測定試料のイオンビームが照射される箇所に清浄用ビームを照射して、前記箇所に吸着している成分を除去する吸着成分除去工程を有していることを特徴とする請求項１に記載の電子スペクトルの測定方法である。
【００２３】
本請求項の発明においては、照射工程に先立って、被測定試料のイオンビームが照射される箇所に清浄用ビームを照射して、この箇所に吸着している成分を除去するため、吸着成分による測定ノイズや被測定試料への照射の阻害等がなくなり、被測定試料からより正確な二次電子スペクトルを得ることができる。
【００２４】
なお、前記箇所における吸着成分の吸着状況は以下の方法により確認することができる。即ち、電子線を用いて表面のＳＥＭ（電子顕微鏡）観察を行うことによる照射箇所の確認と共に、オージェ電子スペクトルの測定（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＡＥＳ）に基づいた被測定試料表面の組成情報の分析により確認することができる。
【００２５】
具体的な吸着成分としては、例えば、表面に形成された金属酸化物、機械油や研磨液等による汚染物、大気からの表面被覆物等を挙げることができる。また、具体的な清浄用ビームとしては、イオンビーム、中性原子ビーム等を挙げることができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、
前記吸着成分除去工程に引き続いて、前記清浄用ビームが照射された箇所が、前記被測定試料の組成であることを確認する組成確認工程を有していることを特徴とする請求項２に記載の電子スペクトルの測定方法である。
【００２７】
本請求項の発明においては、清浄用ビームの照射による除去効果を確認する工程を設けているため、吸着成分の不充分な除去のままイオンビームが照射されることを防止でき、正確な二次電子スペクトルを得ることができる。
【００２８】
具体的な組成の確認方法としては、前記した吸着成分の状況確認の方法と同様の方法を用いることができる。
【００２９】
組成確認工程において、吸着成分の除去が不充分であることが判明した場合には、前記の吸着成分除去工程および組成確認工程を繰り返し、吸着成分の充分な除去を確認した後に、照射工程に入る。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、
前記照射条件選定工程におけるイオンビームの加速電圧条件が、５００Ｖ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子スペクトルの測定方法である。
【００３１】
イオンビームの加速電圧が５００Ｖを超えるとＣＭＡの検出限界を超えてしまうため、正確な二次電子スペクトルを得ることができない。また、被測定試料が深さ方向、面内方向に組成分布を持つ場合には、５００Ｖを超えるイオンビームにより被測定試料の表面状態が変化する恐れがある。５００Ｖ以下であると、これらの問題が発生せず好ましい。２００Ｖ以下であるとより好ましい。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、
前記照射条件選定工程におけるイオンビームのイオン種として、希ガスを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子スペクトルの測定方法である。
【００３３】
イオン種としては、被測定試料との反応を引き起こす元素を選択することはできないが、それ以外の元素であれば特に限定されない。Ａｒ、Ｎｅ等の希ガスが好ましく、特にＡｒは、前記したＡｒスパッタにおいても用いられているため、効率的であり特に好ましい。
【００３４】
また、ＣＣＦＬは、内部に封入するガスとしてＮｅ、Ａｒ等の希ガスを用いることが多いため、本測定方法で得られたデータはそのまま、あるいは大きく手を加えることなくＣＣＦＬの二次電子放出用材料の検討に用いることが可能となる。
【００３５】
なお、本請求項の発明においては、前記した照射条件が適切に行われていれば、多価イオンを用いることもできる。
【００３６】
請求項６に記載の発明は、
真空雰囲気中に設置された被測定試料にイオンビームを照射した際に発生する二次電子スペクトルを測定する電子スペクトルの測定装置であって、
前記被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定手段と、
前記照射条件選定手段で選定されたイオンビーム照射条件に基づいて、前記被測定試料にイオンビームを照射する照射手段と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料から放出された二次電子スペクトルを、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置された同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて測定する測定手段と
を備えていることを特徴とする電子スペクトルの測定装置である。
【００３７】
本請求項の発明は、測定方法の発明である請求項１の発明を測定装置の面より捉えたものであり、このような測定装置を用いることにより、二次電子の総量のみならず、二次電子のエネルギー情報も同時に正確に得て、正確な電子スペクトルを提供することができる。
【００３８】
請求項７に記載の発明は、
前記被測定試料のイオンビームが照射される箇所に清浄用ビームを照射して、前記箇所に吸着している成分を除去する吸着成分除去手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載の電子スペクトルの測定装置である。
【００３９】
本請求項の発明は、測定方法の発明である請求項２の発明を測定装置の面より捉えたものである。
【００４０】
請求項８に記載の発明は、
前記清浄用ビームが照射された箇所が、前記被測定試料の組成であることを確認する組成確認手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の電子スペクトルの測定装置である。
【００４１】
本請求項の発明は、測定方法の発明である請求項３の発明を測定装置の面より捉えたものである。
【００４２】
請求項９に記載の発明は、
被測定試料の表面に電子線を照射する電界放出型電子銃と、
前記被測定試料の表面にイオンビームを照射するイオン銃と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料の表面から放出された二次電子を検出する同軸円筒鏡型エネルギー分析器と
が真空容器に備えられており、
前記イオン銃には、被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定手段が設けられ、
前記同軸円筒鏡型エネルギー分析器は、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置されている
ことを特徴とする電子スペクトルの測定装置である。
【００４３】
本請求項の発明に係る測定装置を用いることにより、請求項１に記載の発明である電子スペクトルの測定方法を実施することができる。即ち、本請求項の発明においては、被測定試料の表面状態を実質的に変化させない照射条件でイオンビームの照射を行い、イオンビームの照射軸と異なる方向に設置されている同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて二次電子を検出しているため、二次電子の総量および二次電子についてのエネルギー情報を正確に得て、正確な二次電子スペクトルを得ることができる。
【００４４】
請求項１０に記載の発明は、
さらに、前記電子線または前記イオンビームの照射により、前記被測定試料の表面から放出された二次電子を検出する二次電子検出器が備えられていることを特徴とする請求項９に記載の電子スペクトルの測定装置である。
【００４５】
本請求項の発明においては、電子線またはイオンビームの照射により被測定試料の表面から放出された二次電子を検出する二次電子検出器が備えられているため、被測定試料の表面状態を充分に確認することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、試料にイオンビームを照射した際に生じる二次電子の総量のみならず、二次電子の詳細なエネルギー情報をも正確に得ているため、正確な電子スペクトルとして検出することができ、その結果、試料の二次電子放出特性を正確に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の電子スペクトルの測定装置の要部の構成を示す図である。
【図２】Ａｒイオンによるスパッタ前とスパッタ後におけるＮｉ材料のオージェ電子スペクトルの測定結果を示すスペクトルチャートである。
【図３】Ａｒイオンによるスパッタ前とスパッタ後のＮｉ材料をＡｒイオンで励起した際に放出される二次電子スペクトルの測定結果を示すスペクトルチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００４９】
（実施の形態）
本実施の形態は、ＣＣＦＬに好適な材料であるＮｉ等の試料に、試料の表面状態が変化することがないように充分に低い加速電圧で加速されたＡｒイオン（Ａｒ＋）を照射し、Ａｒ＋照射によって励起された試料から放出される二次電子の総量およびスペクトルを測定する測定方法に関する。
【００５０】
１．測定装置
図１に、本発明の電子スペクトルの測定装置の要部の構成を示す。図１において、１０はＡｒイオン銃であり、１５はＡｒイオン銃１０によるＡｒ＋ビームの照射条件を選定する際、および測定時に試料にＡｒ＋ビームを照射する照射条件を制御する照射条件制御装置であり、２０は電界放出型（ＦＥ）電子銃であり、２５は同軸円筒鏡型エネルギー分析器（ＣＭＡ）であり、３０は二次電子検出器であり、４０は真空容器であり、４２は予備排気室であり、４５は拡散ポンプであり、４６はロータリーポンプ（補助）であり、４７はイオンポンプであり、５０は試料台であり、７０はＮｉ等の試料である。
【００５１】
そして、Ａｒイオン銃１０から出ている太い矢印は、Ａｒ＋ビームであり、電界放出型電子銃２０から出ている矢印は電子線である。また、試料７０から上方へ出て、ＣＭＡ２５に至る破線で示す矢印は、Ａｒ＋ビームを照射した際に試料７０から放出される二次電子および電子線を照射した際に試料７０から放出されるオージェ電子を示し、試料７０から二次電子検出器３０に向かう破線で示す矢印は、電子線を照射した際に試料７０から放出される二次電子である。
【００５２】
図１から分かるように、この装置は、ＣＭＡ２５を装備した電界放出型オージェ電子分光装置（ＦＥ−ＡＥＳ）に、Ａｒイオン銃１０、照射条件制御装置１５及び二次電子検出器３０を装備したものであり、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびＡｒ＋ビーム照射によるスパッタリング装置の機能をも有している。またこのため、表示装置（ＣＲＴ）や駆動装置、二次電子検出器３０用の集電装置、各種の制御装置（図示せず）をも有している。
【００５３】
Ａｒイオン銃１０は、照射条件制御装置１５によって制御され、選定された所定のイオン密度と加速電圧でＡｒ＋ビームを試料台５０に設置されている試料７０に照射する。照射条件制御装置１５は、照射するＡｒ＋ビームのイオン密度や加速電圧を制御する。ＣＭＡ２５は、Ａｒイオン銃１０によるＡｒ＋ビームの照射軸と異なる方向に設置されており、Ａｒ＋ビームを照射された際に試料７０が放出する二次電子のスペクトルを測定する。また、電子線が照射された際に試料７０が放出するオージェ電子のスペクトルを測定する。二次電子検出器３０は、電子線が照射された際に試料７０が放出する二次電子を測定する。
【００５４】
真空容器４０は、Ａｒ＋ビームと二次電子に悪影響が無いように、その内部は１×１０−６Ｐａ程度、あるいはそれ以下の真空に保持されている。またこのため、予備排気室４２を有し、また拡散ポンプ４５、ロータリーポンプ４６、イオンポンプ４７を備えている。試料台５０は、試料７０を所定の位置に精度良く保持する。
【００５５】
２．測定方法
（１）試料の表面状態の観察
イ．ＳＥＭによる表面状態の観察
はじめに、ＳＥＭの機能を用いて試料７０の測定箇所の付着物の存在や形状等の表面状態を観察し、測定箇所の確認を行う。具体的には、電界放出型電子銃２０を用いて所定の加速電圧で加速された電子線を試料７０に照射し、放出される二次電子線を二次電子検出器３０で検出してＳＥＭ像を得、観察対象箇所に異物が存在しないかなど、目的とする二次電子放出特性の測定における適否を確認する。
【００５６】
ロ．オージェ電子分光法による表面組成の分析
次に、ＳＥＭによる表面状態の観察の結果により確定された測定箇所のオージェ電子分光法による表面組成の分析を行い、測定対象表面の汚染や大気から吸着した成分等の吸着物や酸化物の存在の状況を確認する。具体的には電界放出型電子銃２０用いて所定の加速電圧で加速された電子線を試料７０に照射し、放出されるオージェ電子のスペクトルをＣＭＡ２５で測定し、表面組成の分析を行う。
【００５７】
（２）試料表面の清浄化
測定対象表面に汚染や大気から吸着した成分等の吸着物の存在が認められた場合、スパッタリングにより試料７０の表面を清浄化する。具体的には、Ａｒイオン銃１０により所定の加速電圧で加速された所定量のＡｒ＋ビームを試料７０に照射し、その後前記オージェ電子分光法で表面組成の分析を行い、表面が清浄化されていることを確認する。なお、表面の成分が吸着成分の場合は、２ｋＶで加速されたＡｒ＋ビームを１分間程度照射する（ＳｉＯ２換算で１０ｎｍのスパッタリング）ことにより清浄化することができる。また、酸化物の場合は１０分間程度照射することにより清浄化することができる。なお、１回のＡｒ＋ビーム照射で十分に表面吸着成分を除去できない場合は、Ａｒ＋ビーム照射を複数回行う。
【００５８】
（３）二次電子放出特性の測定
次に、二次電子放出特性の測定について説明する。清浄化された試料７０にＡｒイオン銃１０により所定の加速電圧で加速された所定量のＡｒ＋ビームを試料７０に照射し、ＣＭＡ２５を用いて試料７０から放出される二次電子のスペクトルおよび総量を測定する。具体的には、試料の表面状態が実質的に変化せず、放出される二次電子の総量がＣＭＡ２５の検出限界を超えない低い加速電圧である０．２〜０．５ｋＶの加速電圧で加速されたＡｒ＋ビームを試料７０に照射し、二次電子を発生させる。また、測定された二次電子を電流としてではなく、インテンシティとしてスペクトルを測定し、測定されたスペクトルを積分して二次電子の総量を求める。
【００５９】
なお、スペクトルを、ＣＭＡ２５を用いてインテンシティで測定するため、１０ｅＶ以下の測定データが捨てられることない。また、ＣＭＡ２５は、Ａｒイオン銃１０によるＡｒ＋ビームの照射軸と異なる方向に設置されているため、Ａｒ＋ビームの照射量が不安定となることがなく、Ａｒ＋ビームと二次電子のとの相互作用が生じることがない。このため、高精度で測定することができる。また、前記の低い加速電圧で加速されたＡｒ＋ビームを用いた場合には、オージェ電子が発生しないため、より高精度で測定することができる。また、試料の表面状態が実質的に変化しない条件で測定されるため、深さ方向、面内方向に組成分布を有する試料に対しても、表面の組成が変化しない状況下で測定することができる。
【実施例】
【００６０】
本実施例は、ＣＭＡ２５、Ａｒイオン銃１０および二次電子検出器３０を備えたＦＥ−ＡＥＳ、具体的にはアルバック・ファイ社製ＰＨＩ７００を用いて、清浄化してないＮｉと、スパッタリングにより清浄化したＮｉとを被測定試料とし、Ａｒ＋ビームを照射して励起させる際に放出される二次電子のスペクトルを測定した例である。
【００６１】
１．ＳＥＭによる表面状態の観察
同一のＮｉ材料から試料７０として２個の試料（以下、「試料Ａ、試料Ｂ」と記載する）を作製し、それぞれの試料を図１の試料台５０の上に載置し、真空容器内４０内の圧力を所定の圧力に保ってＳＥＭにより表面状態の観察を行い、試料Ａ、試料Ｂ共に二次電子のスペクトルの被測定試料として適した試料であることを確認した。
【００６２】
２．オージェ電子スペクトルの測定および表面の清浄化
（１）測定方法
まず、試料Ａ、試料Ｂについて、それぞれ上記のＳＥＭによる表面状態観察に引き続いて、オージェ電子スペクトルの測定を行なった。測定条件は以下に記載の通りである。
【００６３】
オージェ電子スペクトルの測定条件
加速電圧１０ｋＶで加速した電子線を試料の表面に照射してオージェ電子を放出させ、ＣＭＡを用いてオージェ電子スペクトルを測定した。
【００６４】
（２）表面の清浄化
次に試料Ｂのみをスパッタリングにより表面を清浄化した。スパッタリングを行った後、前記の測定条件と同じ測定条件の下に再度オージェ電子スペクトル測定を行った。なお、スパッタリングの条件は以下に記載の通りである。
【００６５】
スパッタリングの条件
試料Ｂに行ったスパッタリングは、加速電圧２ｋＶで加速したＡｒ＋ビームによる１０分間の照射によるスパッタリングである。
【００６６】
（３）測定結果
オージェ電子スペクトルの測定結果を説明する。図２にオージェ電子スペクトルの測定結果を示す。なお、図２において横軸はオージェ電子の運動エネルギーであり、縦軸はインテンシティをエネルギーで微分した値を示す。
【００６７】
イ．清浄化されていない試料の測定結果
試料Ａおよびスパッタ前の試料Ｂについては同じ測定結果が得られた。図２の（ａ）は試料Ａおよびスパッタ前の試料Ｂ、即ち清浄化されていない試料のオージェ電子スペクトルである。図２（ａ）から、清浄化してない試料の表面には、Ｎｉの他に矢印で示す様にＣとＯが検出され、表面に汚れが在ることが分かった。なお、試料Ａと試料Ｂについて同じ測定結果が得られ、正しく、安定して測定できることが確認された。
【００６８】
ロ．清浄化された試料の測定結果
図２（ｂ）は、スパッタ後の試料Ｂ、即ち清浄化された試料のオージェ電子スペクトルである。図２（ｂ）から清浄化された試料の場合は、Ｎｉ以外の元素が検出されず、スパッタリングにより充分に清浄化されていることが確認された。
【００６９】
３．二次電子スペクトルの測定および二次電子の総量の検出
次に、試料Ａおよびスパッタ後の試料Ｂを用いて二次電子スペクトルの測定を行なった。また、二次電子スペクトルの測定結果に基づき、二次電子の総量を検出した。二次電子スペクトルの測定条件と測定結果および二次電子の総量の検出結果は、以下の通りである。
【００７０】
（１）二次電子スペクトルの測定方法
イ．Ａｒ＋ビームの照射条件の選定
試料Ａおよび試料Ｂの作製に用いたＮｉ材料から別途試料を作製し、Ａｒ＋イオンビームの照射条件について検討した。その結果、Ａｒ＋イオンビームの加速電圧が５００Ｖ以下である場合は、被測定試料の表面状態を実質的に変化させず、試料から放出される二次電子がＣＭＡにより良好に検出されることを確認した。本実施例では、加速電圧として前記５００Ｖに対して充分な余裕を持たせ、２００Ｖを選定した。
【００７１】
ロ．具体的な測定方法
試料の表面に加速電圧２００Ｖで加速したＡｒ＋ビームを照射して二次電子を放出させ、ＣＭＡを用いて二次電子スペクトルを測定した。
【００７２】
（２）二次電子スペクトルの測定結果
次に、二次電子スペクトルの測定結果を説明する。図３は、試料Ａ、即ちスパッタ前の試料と、スパッタ後の試料Ｂの二次電子スペクトルの測定結果を示すスペクトルチャートである。図３の横軸は、二次電子のエネルギー（運動エネルギー）であり、縦軸は、インテンシティである。なお、横軸は、０．１ｅＶ間隔でプロットされている。
【００７３】
図３から、エネルギーが０〜４０ｅＶの範囲のいずれのエネルギーの二次電子に対しても良好に検出が行われており、被測定試料から放出される二次電子について充分なエネルギー情報を得て、正確な二次電子スペクトルが得られることが確認された。
【００７４】
（３）二次電子の総量の検出結果
前記、図３の二次電子スペクトル測定結果を示すスペクトルチャートを積分して二次電子の総量を正確に検出した。即ち、前記のように正確な二次電子スペクトル用いて二次電子の総量を検出するため、正確に検出できる。
【００７５】
なお、図３から、スパッタ後の試料Ｂの場合、スパッタ前の試料Ａに比べて２０ｅＶ以下、特に１０ｅＶ以下の二次電子のインテンシティが大幅に向上しており、材料本来の持つ二次電子放出特性がより正確に測定できることが分かった。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、Ａｒなど希ガスのイオンビームの照射により被測定試料から二次電子を放出させ、ＣＭＡを用いて検出することにより、被測定試料から放出された二次電子放出特性を高精度で測定することができる。また、測定を行なう前にスパッタにより被測定試料の表面を清浄化することにより二次電子放出特性をより正確に測定することができる。
【００７７】
なお、上記実施例では被測定材料にＮｉを使用したが、本発明はＮｉ以外の種々の材料に対して適用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０ Ａｒイオン銃
１５ 照射条件制御装置
２０ 電界放出型電子銃
２５ 同軸円筒鏡型エネルギー分析器
３０ 二次電子検出器
４０ 真空容器
４２ 予備排気室
４５ 拡散ポンプ
４６ ロータリーポンプ
４７ イオンポンプ
５０ 試料台
７０ 試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気中に設置された被測定試料にイオンビームを照射した際に発生する二次電子スペクトルを測定する電子スペクトルの測定方法であって、
前記被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定工程と、
前記照射条件選定工程で選定されたイオンビーム照射条件に基づいて、前記被測定試料にイオンビームを照射する照射工程と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料から放出された二次電子スペクトルを、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置された同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて測定する測定工程と
を有していることを特徴とする電子スペクトルの測定方法。
【請求項２】
前記照射工程に先立って、前記被測定試料のイオンビームが照射される箇所に清浄用ビームを照射して、前記箇所に吸着している成分を除去する吸着成分除去工程を有していることを特徴とする請求項１に記載の電子スペクトルの測定方法。
【請求項３】
前記吸着成分除去工程に引き続いて、前記清浄用ビームが照射された箇所が、前記被測定試料の組成であることを確認する組成確認工程を有していることを特徴とする請求項２に記載の電子スペクトルの測定方法。
【請求項４】
前記照射条件選定工程におけるイオンビームの加速電圧条件が、５００Ｖ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子スペクトルの測定方法。
【請求項５】
前記照射条件選定工程におけるイオンビームのイオン種として、希ガスを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子スペクトルの測定方法。
【請求項６】
真空雰囲気中に設置された被測定試料にイオンビームを照射した際に発生する二次電子スペクトルを測定する電子スペクトルの測定装置であって、
前記被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定手段と、
前記照射条件選定手段で選定されたイオンビーム照射条件に基づいて、前記被測定試料にイオンビームを照射する照射手段と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料から放出された二次電子スペクトルを、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置された同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて測定する測定手段と
を備えていることを特徴とする電子スペクトルの測定装置。
【請求項７】
前記被測定試料のイオンビームが照射される箇所に清浄用ビームを照射して、前記箇所に吸着している成分を除去する吸着成分除去手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載の電子スペクトルの測定装置。
【請求項８】
前記清浄用ビームが照射された箇所が、前記被測定試料の組成であることを確認する組成確認手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の電子スペクトルの測定装置。
【請求項９】
被測定試料の表面に電子線を照射する電界放出型電子銃と、
前記被測定試料の表面にイオンビームを照射するイオン銃と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料の表面から放出された二次電子を検出する同軸円筒鏡型エネルギー分析器と
が真空容器に備えられており、
前記イオン銃には、被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定手段が設けられ、
前記同軸円筒鏡型エネルギー分析器は、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置されている
ことを特徴とする電子スペクトルの測定装置。
【請求項１０】
さらに、前記電子線または前記イオンビームの照射により、前記被測定試料の表面から放出された二次電子を検出する二次電子検出器が備えられていることを特徴とする請求項９に記載の電子スペクトルの測定装置。
【請求項１】
真空雰囲気中に設置された被測定試料にイオンビームを照射した際に発生する二次電子スペクトルを測定する電子スペクトルの測定方法であって、
前記被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定工程と、
前記照射条件選定工程で選定されたイオンビーム照射条件に基づいて、前記被測定試料にイオンビームを照射する照射工程と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料から放出された二次電子スペクトルを、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置された同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて測定する測定工程と
を有していることを特徴とする電子スペクトルの測定方法。
【請求項２】
前記照射工程に先立って、前記被測定試料のイオンビームが照射される箇所に清浄用ビームを照射して、前記箇所に吸着している成分を除去する吸着成分除去工程を有していることを特徴とする請求項１に記載の電子スペクトルの測定方法。
【請求項３】
前記吸着成分除去工程に引き続いて、前記清浄用ビームが照射された箇所が、前記被測定試料の組成であることを確認する組成確認工程を有していることを特徴とする請求項２に記載の電子スペクトルの測定方法。
【請求項４】
前記照射条件選定工程におけるイオンビームの加速電圧条件が、５００Ｖ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電子スペクトルの測定方法。
【請求項５】
前記照射条件選定工程におけるイオンビームのイオン種として、希ガスを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電子スペクトルの測定方法。
【請求項６】
真空雰囲気中に設置された被測定試料にイオンビームを照射した際に発生する二次電子スペクトルを測定する電子スペクトルの測定装置であって、
前記被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定手段と、
前記照射条件選定手段で選定されたイオンビーム照射条件に基づいて、前記被測定試料にイオンビームを照射する照射手段と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料から放出された二次電子スペクトルを、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置された同軸円筒鏡型エネルギー分析器を用いて測定する測定手段と
を備えていることを特徴とする電子スペクトルの測定装置。
【請求項７】
前記被測定試料のイオンビームが照射される箇所に清浄用ビームを照射して、前記箇所に吸着している成分を除去する吸着成分除去手段を備えていることを特徴とする請求項６に記載の電子スペクトルの測定装置。
【請求項８】
前記清浄用ビームが照射された箇所が、前記被測定試料の組成であることを確認する組成確認手段を備えていることを特徴とする請求項７に記載の電子スペクトルの測定装置。
【請求項９】
被測定試料の表面に電子線を照射する電界放出型電子銃と、
前記被測定試料の表面にイオンビームを照射するイオン銃と、
前記イオンビームの照射により前記被測定試料の表面から放出された二次電子を検出する同軸円筒鏡型エネルギー分析器と
が真空容器に備えられており、
前記イオン銃には、被測定試料の表面状態を実質的に変化させないイオンビーム照射条件を選定する照射条件選定手段が設けられ、
前記同軸円筒鏡型エネルギー分析器は、前記イオンビームの照射軸と異なる方向に設置されている
ことを特徴とする電子スペクトルの測定装置。
【請求項１０】
さらに、前記電子線または前記イオンビームの照射により、前記被測定試料の表面から放出された二次電子を検出する二次電子検出器が備えられていることを特徴とする請求項９に記載の電子スペクトルの測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２８１７１０（Ｐ２０１０−２８１７１０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３５７７８（Ｐ２００９−１３５７７８）
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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