JP2000241371A - Ｘ線光電子分光装置およびｘ線光電子分光法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 帯電現象が生じて分析が困難な絶縁物試料に
対して、帯電中和を十分に行うことができ、これによ
り、帯電現象に基づく誤差が低減された有効なＸＰＳス
ペクトルを取得することができるＸ線光電子分光法およ
びＸ線光電子分光装置を提供する。 【解決手段】 Ｘ線光電子分光装置が、Ｘ線を発生する
Ｘ線発生部と、該Ｘ線発生部で発生されたＸ線を試料に
照射したときに該試料から放射される光電子を受ける検
出部と、該Ｘ線の照射によって該試料の表面に生じる電
荷を中和させるように該試料のすくなくとも一部にエネ
ルギーを放射するエネルギー放射部と、を備え、該Ｘ線
発生部は、Ｘ線励起用電子線を放射するフィラメント
と、該フィラメントに接続された電源と、を含み、該電
源は、該Ｘ線が該試料に間欠的に照射されるように、該
フィラメントに間欠的に電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空中で測定を行
う表面分析技術に関する。より詳細には、本発明は、元
素の識別についてあるいは元素の化学状態についての情
報を得るための表面分析技術に関し、特に、Ｘ線光電子
分光法およびＸ線光電子分光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高密度化および
微細化が進むにつれて、表面分析技術の果たす役割が増
大してきている。この分野で用いられている表面分析技
術としては、例えば、X-ray Photoelectron Spectrosco
py（ＸＰＳ：Ｘ線光電子分光法）、Ultra Violet Photo
electron Spectroscopy（ＵＰＳ：真空紫外光電子分光
法）、Auger Electron Spectroscopy（ＡＥＳ：オージ
ェ電子分光法）等が挙げられる。これらの表面分析技術
のうち、特に、Ｘ線を試料に照射するＸＰＳ、およびＸ
ＰＳを適用したＸ線光電子分光装置について、以下に説
明する。

【０００３】ＸＰＳは、超高真空中に置かれた試料に軟
Ｘ線を照射した時に、試料から放射される光電子の運動
エネルギーを分光し、分光された運動エネルギーのピー
クエネルギーに基づいて、試料表面を構成する原子また
は分子の電子軌道の種類を決定する分析技術である。さ
らに、ＸＰＳによれば、このピークエネルギーの基準ピ
ークエネルギーに対するシフト量に基づいて、構成元素
のイオン化の価数および化学結合状態についての情報を
得ることができる。ＸＰＳに用いられる軟Ｘ線として
は、Ａｌ−Ｋα（１４８６．６ｅＶ）またはＭｇ−Ｋα
（１２５３．６ｅＶ）などが挙げられる。

【０００４】一般に、絶縁物試料をＸＰＳ測定する場
合、試料のＸ線が照射された領域が正に帯電する。これ
は、Ｘ線を照射することによって光電子が脱出し、この
光電子が脱出したＸ線照射領域へは電荷の流入が起こり
にくくなることに起因する。光電子の運動エネルギー
は、上記のようにＸ線照射領域が正に帯電している場
合、Ｘ線照射領域の正の帯電によって負の帯電粒子であ
る光電子の脱出が妨げられるために、Ｘ線照射領域が帯
電していない場合に比べて小さくなる。ＸＰＳによれ
ば、運動エネルギーに基づいて結合エネルギーが求めら
れ、結合エネルギーの理論値からのシフト量に基づいて
化学結合状態を解析する。Ｘ線照射領域が正に帯電して
いる場合には、Ｘ線照射領域が帯電していない場合に比
べて、運動エネルギーが小さくなるので、より大きい結
合エネルギー（見かけの結合エネルギー）が求められ
て、これにより、結合エネルギーのシフト量に誤差が生
じる。上記のように、試料表面が正に帯電することは、
化学結合状態の解析に用いられる情報（結合エネルギー
のシフト量）に誤差を付与する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＸＰＳ解析をより正確
にするためには、Ｘ線照射領域が正に帯電する現象が起
こらないようにする必要がある。従来技術においては、
上記のような帯電を中和させるために、タングステンフ
ィラメントを用いた電子銃を被測定試料の近傍に配し、
この電子銃を用いて試料表面に電子線をＸ線照射と同時
に照射できる装置および方法が用いられている。

【０００６】このような方法を用いてＸＰＳ測定時の帯
電を中和させる、従来の装置について、図１２を参照し
て以下に説明する。図１２は、従来のＸ線光電子分光装
置の要部構成を説明する概略図である。

【０００７】図１２を参照して、従来のＸ線光電子分光
装置６００は、Ｘ線発生部７０と、検出部８０と、中和
用電子線発生部９０とを含む。これらのＸ線発生部７０
と、中和用電子線発生部９０と、検出部８０とは、Ｘ線
発生部７０および中和用電子線発生部９０が所定の位置
に配置された被測定試料６１に、単色化されたＡｌ−Ｋ
α線７１および中和用電子線９１をそれぞれ同時に照射
し、検出部８０がこれにより放出される光電子８１を検
出し得るように構成されている。Ｘ線発生部７０は、Ｘ
線励起用電子線７４を放射するＸ線励起用電子線発生フ
ィラメント７２と、Ｘ線励起用電子線発生フィラメント
７２に接続された直流電源７３と、Ｘ線励起用電子線７
４により照射されるＡｌターゲット７５と、Ａｌターゲ
ット７５から放射されるＡｌ−Ｋα線７６を単色化する
モノクロメーター７７とを含む。検出部８０は、光電子
８１を受けるインプットレンズ８２と、光電子検出器８
４と、これらを接続する同心半球型アナライザー８３と
を含む。中和用電子線発生部９０は、中和用電子線発生
フィラメント９２と、中和用電子線発生フィラメント９
２に接続された直流電源９３と、中和用電子線発生フィ
ラメント９２から放射される電子線を加速するための引
き出し電極９４と、引き出し電極９４に接続された直流
電源９５とを含む。ここで、試料６１の表面において、
単色化されたＡｌ−Ｋα線７１の照射領域は約２００μ
ｍの直径を有し、中和用電子線９１の照射領域は約５ｍ
ｍの直径を有する。

【０００８】次に、従来のＸ線光電子分光装置６００を
用いたＸＰＳ測定方法について以下に説明する。Ｘ線励
起用電子線発生フィラメント７２より放射されたＸ線励
起用電子線７４は、Ａｌターゲット７５に達する。これ
により、特性Ｘ線（Ａｌ−Ｋα線）７６がＡｌターゲッ
ト７５から放射され、次いで、モノクロメーター７７に
よって単色化される。単色化されたＡｌ−Ｋα線７１
は、試料６１に照射される。光電効果によって、試料６
１の表面から光電子８１が放射される。光電子８１は、
インプットレンズ８２へ導かれ、同心半球型アナライザ
ー８３によってエネルギー分光される。これにより、特
定のエネルギーの光電子強度が光電子検出器８４によっ
て測定される。その後、測定されたデータは、ＡＤコン
バーター、コンピューター、およびデータ出力装置によ
って処理される。

【０００９】一方、帯電防止のための電子線放射が、上
記のＸ線（すなわち、単色化されたＡｌ−Ｋα線７１）
の放射と同時に以下のように行われる。中和用電子線９
１は、中和用電子線発生フィラメント９２（タングステ
ンフィラメント、標準電流約２００ｍＡの条件下）より
放射され、引き出し電極９４によって加速エネルギー
（約５００ｅＶ）まで加速される。このときの電子線の
加速は、直流電源９５（直流電圧約５００Ｖ）によって
行われる。引き出し電極９４を通して引き出された電子
線９１は、試料６１の表面にＸ線７１の照射と同時に照
射される。試料６１の表面における電子線９１が照射さ
れた領域（以下、「電子線照射領域」とする）は、Ｘ線
７１が照射された領域（以下、「Ｘ線照射領域」とす
る）より広く、かつＸ線照射領域を含む。

【００１０】次に、ＸＰＳ測定時の試料表面における電
荷分布について、図１３（ａ）〜（ｄ）を参照して以下
に説明する。図１３（ａ）〜（ｄ）において、縦軸は帯
電量であり、正の帯電をプラス側に、負の帯電をマイナ
ス側に示している。図１３（ａ）は、Ｘ線照射領域が正
に帯電することを示す模式図である。図１３（ｂ）は、
電子線照射領域が負に帯電していることを示す模式図で
ある。図１３（ｃ）は、電子線照射が適切であり、Ｘ線
照射領域に電荷が存在していないことを示す模式図であ
る。図１３（ｄ）は、電子線照射が不十分であり、Ｘ線
照射領域に正の電荷が残留していることを示す模式図で
ある。

【００１１】Ｘ線のみが照射され、電子線が照射されな
い場合には、図１３（ａ）に示すように、試料表面のＸ
線照射領域（直径約２００μｍ）は正に帯電する。この
とき、上述のように、負の電荷を有する光電子は、試料
表面から脱出することが困難になる。この帯電現象によ
る影響を低減するために、従来のＸ線光電子分光装置に
よれば、Ｘ線照射領域より広くかつこれを含む領域に電
子線を照射している。このとき、図１３（ｂ）に示すよ
うに、電子線照射領域（直径約５ｍｍ）が負に帯電す
る。ここで、図１３（ｂ）は、電子線のみが照射される
場合を仮想的に示している。従って、Ｘ線照射と同時に
電子線照射を行う従来のＸ線光電子分光装置において
は、図１３（ｃ）に示すように、試料表面において、Ｘ
線照射による正の帯電（図１３（ａ））と、電子線照射
による負の帯電（図１３（ｂ））とが重ね合わされる。
これにより、Ｘ線照射領域においては、Ｘ線照射による
正の電荷と電子線照射による負の電荷とがキャンセルさ
れて、帯電が中和され得る。

【００１２】しかしながら、上記のような従来のＸ線光
電子分光装置を用いる方法では、Ｘ線照射領域の正の帯
電量と電子線照射領域の負の帯電量が等しい場合にし
か、Ｘ線照射領域における帯電が完全に中和されない。
従って、電子線の照射が不十分であり、電子線照射によ
る負の帯電量がＸ線照射による正の帯電量よりも小さい
場合には、図１３（ｄ）に示すように、帯電の中和が不
十分となり、Ｘ線照射による正の電荷が試料表面のＸ線
照射領域に残留する。この残留している正の電荷は、上
述のように、光電子が試料表面から脱出することを妨げ
るので、ＸＰＳ測定における結合エネルギーのシフト量
に誤差を生じさせる。

【００１３】上記のように、Ｘ線照射によって生じた正
の帯電が電子線の照射によって完全に中和できない例
は、被測定試料が厚い絶縁物である場合など、Ｘ線照射
によって生じた正電荷を中和する負電荷が、試料および
試料周辺より供給されない場合にしばしば見られ得る。

【００１４】例として、従来の装置および方法を用い、
被測定試料としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）を用いた場合について、図１４ならびに図１５
（ａ）および（ｂ）を参照して以下に説明する。図１４
は、Ｘ線照射のみを行った場合のＰＥＴのＸＰＳ測定ス
ペクトルを示す。図１５（ａ）および（ｂ）は、Ｘ線照
射と同時に電子線照射を行った場合のＰＥＴのＸＰＳ測
定スペクトルを示す。このとき用いたＰＥＴは、約２ｍ
ｍの厚さを有していた。Ｘ線光電子分光装置としては、
ＰＨＩ社（米国）製Model 5400MCを使用し、Ｘ線として
は、単色化されたＡｌ−Ｋαを使用した。測定条件は、
以下とした；Pass Energy：１８７．６５ｅＶ、Step Si
ze：１．６ｅＶ、Ｘ線照射部分直径：２００μｍ、電子
線照射部分直径：５ｍｍ、電子線加速エネルギー：５０
０ｅＶ、ＸＰＳスペクトル取得時間：１５分（連続的実
計測時間）。

【００１５】図１４は、電子銃による帯電中和を行わな
かった場合のＸＰＳ測定スペクトルを示す。本来、Ｃ１
ｓ（炭素１ｓ軌道）は、２８５ｅＶ近傍にピークが観察
されるはずである。しかし、図１４を参照すると、Ｃ１
ｓは６５０ｅＶ近傍へシフトし、ピーク幅が広がってし
まっているために、明瞭なピークが観察されていないこ
とがわかる。このような現象は、測定表面において強い
正の帯電が生じることに起因する。このような帯電に起
因するシフトが生じると、Ｃ１ｓおよびＯ１ｓのピーク
形状に歪が生じる。これにより、ピーク形状をカーブフ
ィティングにより解析する化学状態解析が困難となる。

【００１６】一方、図１５（ａ）および（ｂ）は、スペ
クトル測定中に、タングステンフィラメントを有する電
子銃を用いて帯電中和を行った場合のＸＰＳ測定スペク
トルを示す。図１５（ａ）は、サーベイスペクトル（横
軸：０〜１１００ｅＶの範囲の結合エネルギー）、図１
５（ｂ）は、Ｃ１ｓのスペクトルが本来存在する２８５
ｅＶ近傍における図１５（ａ）の拡大図である。図１５
（ａ）を参照すると、スペクトラムは低エネルギー側に
シフトし、明瞭なピークが見られ得るので、図１４の方
法に比べて、測定方法が改善されていることがわかる。
これは、電子線照射作用により、帯電中和が行われたこ
とに起因する。しかし、より詳細に図１５（ｂ）を参照
すると、Ｃ１ｓのピーク位置が２９７ｅＶ近傍に観察さ
れ、本来のＣ１ｓのスペクトルのピーク位置である２８
５ｅＶ近傍からシフトされている。従って、上記のよう
な従来の方法では、電子線照射による帯電の中和が不十
分であることがわかる。

【００１７】上述してきたように、従来のＸ線光電子分
光法および装置を用いると、電子線照射による帯電の中
和が十分に行われない場合に、ＸＰＳ測定スペクトルに
誤差を生じさせる問題を解決できない。電子線照射が不
十分である場合は、ＸＰＳ分析、特に半導体技術などに
適用される微小領域を対象とするＸＰＳ分析において、
しばしば起こり得る。

【００１８】ＸＰＳ分析は、半導体集積回路の不良解析
および薄膜材料の分析などにも広く利用されている。近
年の微細加工技術の発展にともなって、微小領域を解析
する必要が生じている。この要請により、ＸＰＳ分析に
おいても、Ｘ線被照射領域を小面積化する必要がある。
試料表面におけるＸ線照射領域を小面積化する手段のひ
とつとしては、Ｘ線を発生させる電子線断面を微小領域
に絞ることによって、Ｘ線の発生点の大きさを小さくし
（すなわち、点光源とし）、この点光源をモノクロメー
ターを使用して試料に投影することが挙げられる。

【００１９】例えば、Ｘ線照射面積については、１９９
０年に発売された米国ＰＨＩ社製Model 5400MCでは、Ｘ
線照射面積が２００μｍの直径を有していた。これに対
して、１９９４年に発売された同社製Quantum2000（特
開平７−３２５０５２を参照のこと）では、Ｘ線照射面
積が２０μｍの直径を有し、小口径化すなわち小面積化
された。

【００２０】Ｘ線照射面積の小面積化は、上記のように
Ｘ線を集束することによって行われるので、照射Ｘ線密
度は大きくなる。ここで、照射Ｘ線密度がどの程度増加
したかを、上記２つの装置のカタログにもとづいて見積
もった結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１より、照射Ｘ線密度（単位面積あたり
の強度）は、小面積化によって４８０倍に増大している
ことがわかる。このようなＸ線照射領域の小面積化が行
われる場合、Ｘ線照射による試料表面の正の帯電量も照
射Ｘ線密度の増加に対応して増大する。このとき、試料
近傍にタングステンフィラメントよりなる電子銃を配置
し、これを用いて電子線を試料表面に照射する従来の方
法では、Ｘ線照射により試料表面に帯電した正電荷を中
和するのに十分な電子量を供給することは事実上不可能
である。

【００２３】Ｘ線照射により試料表面が正に帯電して、
測定誤差を生じさせる問題を解決するために、電子銃を
用いる上記方法の他に、次の２つの方法が提案されてい
る。第１の方法は、被分析試料に影響を与えない導電性
薄膜（導電性のＣまたはＡｕなど）を試料表面に薄く蒸
着する方法である。第２の方法は、帯電電荷が試料台を
介して接地されるように、導電性電極を測定点近傍に設
ける方法、例えば、メッシュと呼ばれる網状治具で試料
を覆う等の方法である（参考文献：日本表面化学会編、
Ｘ線光電子分光法、ｐ．５７（１９９８）丸善）。しか
し、第１の方法によれば、試料表面に、ＣまたはＡｕを
蒸着することによって、試料に含有されるＣまたはＡｕ
の測定が不能になる。さらに、第１の方法によれば、試
料作製のための前処理として、導電性薄膜を蒸着する必
要があり、余分な工程および時間を要する。さらに、こ
の蒸着において、導電性を有し、かつ試料表面からの光
電子が影響を受けないような、適当な厚さの膜を蒸着し
なくてはならない。また、第２の方法によれば、被測定
領域が露出されたメッシュ間領域よりも小さい必要があ
るので、試料の被測定領域が狭くなるなどの欠点を有す
る。

【００２４】また、近年、半導体集積回路製造の分野で
は、パッケージに用いられるエポキシ樹脂およびポリイ
ミド等を始め、メモリ用の容量絶縁膜として使用される
Ｔａ ₂Ｏ₅（酸化タンタル）またはＰＺＴ（ジルコン酸チ
タン酸鉛）等、上記の電子銃を用いる従来の帯電防止方
法では帯電を十分に中和させることが困難な材料が、多
種採用され始めている。特に、小口径化したＸ線照射領
域を用いるＸＰＳ測定による従来の材料解析は、困難で
ある。

【００２５】本発明は、上記の従来の問題を解決するた
めになされたものであり、本発明の目的は、ＸＰＳ分析
時に生じる試料表面における正の帯電を効果的に中和す
る方法およびその方法を用いた装置を提供することにあ
る。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明のある局面におい
て、本発明のＸ線光電子分光装置は、Ｘ線を発生するＸ
線発生部と、該Ｘ線発生部で発生されたＸ線を試料に照
射したときに該試料から放射される光電子を受ける検出
部と、該Ｘ線の照射によって該試料の表面に生じる電荷
を中和させるように該試料のすくなくとも一部にエネル
ギーを放射するエネルギー放射部と、を備えるＸ線光電
子分光装置であって、該Ｘ線発生部は、Ｘ線励起用電子
線を放射するフィラメントと、該フィラメントに接続さ
れた電源と、を含み、該電源は、該Ｘ線が該試料に間欠
的に照射されるように、該フィラメントに間欠的に電力
を供給し、このことにより上記課題が解決される。

【００２７】本発明の別の局面において、本発明のＸ線
光電子分光装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、該Ｘ
線発生部で発生されたＸ線を試料に照射したときに該試
料から放射される光電子を受ける検出部と、該Ｘ線の照
射によって該試料の表面に生じる電荷を中和させるよう
に該試料のすくなくとも一部にエネルギーを放射するエ
ネルギー放射部と、を備えるＸ線光電子分光装置であっ
て、該Ｘ線発生部は、Ｘ線励起用電子線を放射するフィ
ラメントと、該フィラメントの近傍に配設された制御電
極と、該制御電極に接続された電源と、を含み、該電源
は、該Ｘ線が該試料の被測定領域に間欠的に照射される
ように、該制御電極に間欠的に電力を供給し、このこと
により上記課題が解決される。

【００２８】上記エネルギー放射部は、上記試料に電子
線を照射する中和用電子線発生部であり、該中和用電子
線発生部は、該試料に電子線を連続的に照射してもよ
い。

【００２９】上記エネルギー放射部は、上記試料に磁界
を印加する磁界発生部であり、該磁界発生部は、該試料
に磁界を間欠的かつ該Ｘ線の照射と相補的に印加しても
よい。

【００３０】上記エネルギー放射部は、上記試料に紫外
光を照射する紫外光発生部をさらに備え、該紫外光発生
部は、該試料に紫外光を間欠的かつ該Ｘ線の照射と相補
的に照射してもよい。

【００３１】本発明のある局面において、本発明のＸ線
光電子分光法は、Ｘ線発生部で発生されたＸ線を試料に
照射し、該試料から放射される光電子を検出部で受け
る、Ｘ線光電子分光法であって、該Ｘ線の照射によって
該試料の表面に生じる電荷を中和させるように、該試料
のすくなくとも一部にエネルギーを放射する工程と、Ｘ
線が試料に間欠的に照射されるように、フィラメントに
接続された電源から該フィラメントに間欠的に電力を供
給する工程と、を含み、このことにより上記課題が解決
される。

【００３２】上記エネルギー放射工程は、上記試料に電
子線を連続的に照射する工程を含んでいてもよい。

【００３３】上記エネルギー放射工程は、上記試料に磁
界を間欠的かつ上記Ｘ線の照射と相補的に印加する工程
を含んでいてもよい。

【００３４】上記エネルギー放射工程は、上記試料に紫
外光を間欠的かつ上記Ｘ線の照射と相補的に照射する工
程を含んでいてもよい。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態として、第１
〜第３の実施形態を図面を参照しながら以下に説明す
る。

【００３６】（第１の実施形態）本実施形態は、ＸＰＳ
測定時に電子線を照射しながらＸ線を間欠的に照射する
ことによって、試料表面における帯電を中和させるＸ線
光電子分光法およびその方法を用いる装置に関し、図１
〜４を参照しながら以下により詳細に説明する。

【００３７】図１は、本実施形態のＸ線光電子分光装置
の要部構成を説明する概略図である。図１を参照して、
本実施形態のＸ線光電子分光装置１００は、Ｘ線発生部
１０と、検出部２０と、中和用電子線発生部（エネルギ
ー放射部）３０とを含む。これらのＸ線発生部１０と、
検出部２０と、中和用電子線発生部３０とは、Ｘ線発生
部１０および中和用電子線発生部３０が所定の位置に配
置された被測定試料１に、単色化されたＡｌ−Ｋα線１
１および中和用電子線３１をそれぞれ同時に照射し、検
出部２０がこれにより放出される光電子２１を検出し得
るように構成されている。Ｘ線発生部１０は、Ｘ線励起
用電子線１４を放射するＸ線励起用電子線発生フィラメ
ント１２と、Ｘ線励起用電子線発生フィラメント１２に
接続された電源（任意波形発生パルス電源）１３と、Ｘ
線励起用電子線１４により照射されるＡｌターゲット１
５と、Ａｌターゲット１５から放射されるＡｌ−Ｋα線
１６を単色化するモノクロメーター１７とを含む。検出
部２０は、光電子２１を受けるインプットレンズ２２
と、光電子検出器２４と、これらを接続する同心半球型
アナライザー２３とを含む。中和用電子線発生部３０
は、中和用電子線発生フィラメント３２と、中和用電子
線発生フィラメント３２に接続された電源３３と、中和
用電子線発生フィラメント３２から放射される電子線を
加速するための引き出し電極３４と、引き出し電極３４
に接続された電源３５とを含む。ここで、試料１の表面
において、単色化されたＡｌ−Ｋα線１１の照射領域は
約２０μｍの直径を有し、中和用電子線３１の照射領域
は約５ｍｍの直径を有する。

【００３８】ここで、Ｘ線励起用電子線発生フィラメン
ト１２に接続された電源１３は、任意波形発生パルス電
源であり、Ｘ線励起用電子線発生フィラメント１２ヘ間
欠的に電流を供給することができる。これにより、Ｘ線
励起用電子線１４が間欠的にＡｌターゲット１５に照射
され得、単色化されたＡｌ−Ｋα線１１が間欠的に試料
１の表面に照射され得る。

【００３９】次に、本実施形態のＸ線光電子分光装置１
００を用いたＸＰＳ測定方法について以下に説明する。
Ｘ線励起用電子線発生フィラメント１２より間欠的に放
射されたＸ線励起用電子線１４は、Ａｌターゲット１５
に達する。これにより、特性Ｘ線（Ａｌ−Ｋα線）１６
がＡｌターゲット１５から放射され、次いで、モノクロ
メーター１７によって単色化される。単色化されたＡｌ
−Ｋα線１１は、試料１に照射される。光電効果によっ
て、試料１の表面から光電子２１が放射される。光電子
２１は、インプットレンズ２２へ導かれ、同心半球型ア
ナライザー２３によってエネルギー分光される。これに
より、特定のエネルギーの光電子強度が光電子検出器２
４によって測定される。その後、測定されたデータは、
ＡＤコンバーター、コンピューター、およびデータ出力
装置によって処理される。

【００４０】一方、帯電防止のための電子線放射が、上
記のＸ線（すなわち、単色化されたＡｌ−Ｋα線１１）
の放射と同時に以下のように行われ、これは図１４を用
いて説明した従来の機構と実質的に同じ機構である。中
和用電子線３１は、中和用電子線発生フィラメント３２
（タングステンフィラメント、標準電流約２００ｍＡの
条件下）より放射され、引き出し電極３４によって加速
エネルギー（５００ｅＶ）まで加速される。このときの
電子線の加速は、電源３５（直流電圧５００Ｖ）によっ
て行われる。引き出し電極３４を通して引き出された電
子線３１は、試料１の表面にＸ線１１の照射と同時に照
射される。試料１の表面における電子線照射領域は、Ｘ
線照射領域より広く、かつＸ線照射領域を含む。

【００４１】次に、ＸＰＳ測定時の試料表面における帯
電の様子について、図２（ａ）〜（ｄ）を参照して以下
に説明する。図２（ａ）および（ｃ）は、Ｘ線照射領域
が正に帯電することを示す模式図である。図２（ｂ）お
よび（ｄ）は、Ｘ線照射を停止し、電子線照射によって
負の帯電が生じることを示す模式図である。図２におい
て、試料表面の電荷分布は、（ａ）〜（ｄ）の順に経時
変化する。

【００４２】まず、図２（ａ）に示すように、電子線を
照射しながらＸ線を試料表面に照射し、Ｘ線照射領域
（直径約２０μｍ）が、Ｘ線照射によって正に帯電す
る。その後、図２（ｂ）に示すように、Ｘ線照射を停止
し、電子線のみを照射することによって、試料表面の帯
電の中和を十分に行う。上記の図２（ａ）および（ｂ）
からなる工程を１周期とし、その後、図２（ｃ）および
（ｄ）に示すように、上記の図２（ａ）および（ｂ）の
工程を繰り返す。ここで、図２（ａ）〜（ｄ）に示すＸ
線照射の１周期に相当する期間は、１ｍ秒とした。この
ようにして、図２（ａ）および（ｂ）の工程を必要に応
じて複数回繰り返し行い、これにより、電子線照射を連
続的に行い、かつＸ線照射を間欠的に（本実施形態にお
いては、周期的に）行うことができる。ここで、ＸＰＳ
測定は、図２（ａ）および（ｃ）に示すようにＸ線を照
射して、光電子を基板表面より発生させている間につい
て行う。

【００４３】この場合において、図３（ａ）および
（ｂ）を参照して、帯電量の時間変化を以下に説明す
る。図３（ａ）は、Ｘ線および電子線の照射のタイミン
グチャートであり、横軸は時間、縦軸は照射強度であ
る。ここで、理解を容易にするために、Ｘ線照射強度を
プラス側に示し、電子線照射強度をマイナス側に示して
いる。図３（ａ）を参照すると、電子線照射が連続的に
行われ、かつＸ線照射が間欠的に（本実施形態において
は、１ｍ秒の周期で）行われることが容易に理解され得
る。

【００４４】図３（ｂ）は、Ｘ線照射および電子線照射
によって試料表面のＸ線照射領域に現れる帯電現象を模
式的に説明する図である。ここで、理解を容易にするた
めに、Ｘ線照射による正の帯電量をプラス側に示し、電
子線照射による負の帯電量をマイナス側に示している。
図３（ｂ）によれば、Ｘ線照射による正の帯電量は、Ｘ
線照射の開始よりも約０．２ｍ秒遅れて発生しはじめ、
やがて正の帯電量が緩やかに増加している。このこと
は、Ｘ線照射によって試料表面より光電子が放出されて
起こる正の帯電現象が、Ｘ線照射時間の経過につれかつ
時間遅れをともなって、電子線照射によって試料表面に
生じる負の帯電現象よりも大きな影響を与えるようにな
り、これにより、試料表面が正に帯電することに起因し
ている。その後、Ｘ線照射を停止すると、Ｘ線照射によ
る正の帯電現象が、電子線照射による負の帯電現象によ
り次第に中和されるので、Ｘ線照射による正の帯電量は
次第に減少する。これに対して、同じく図３（ｂ）よ
り、電子線照射による試料表面の負の帯電量は、Ｘ線照
射の終了よりも約０．２ｍ秒遅れて発生しはじめ、やが
て緩やかに帯電量が増加している。このことは、電子線
照射によって試料表面に生じる負の帯電現象が、Ｘ線照
射停止時間の経過につれかつ時間遅れをともなって、光
電子放出による正の帯電現象よりも大きな影響を与える
ようになり、試料表面が負に帯電することに起因してい
る。その後、Ｘ線照射による正の帯電現象が、電子線照
射による負の帯電現象よりも大きな影響を与えるように
なると、電子線照射による負の帯電量は次第に減少す
る。

【００４５】図３（ｃ）は、図３（ｂ）を参照して説明
したＸ線照射による正の帯電量と電子線照射による負の
帯電量とを重ね合わせて示した模式図である。図３
（ｃ）によれば、周期的（間欠的）なＸ線照射によって
生じる正の帯電現象と、連続的な電子線照射による負の
帯電現象が試料表面で交互に生じていることが示され
る。なお、実際には、これらが重ね合わされた波形は、
過渡的な帯電状態を示しているので、波形になまりが生
じて丸みを帯び得る。

【００４６】次に、本実施形態の装置および方法を用
い、被測定試料としてポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）を用いた場合について、図４（ａ）および（ｂ）
を参照して以下に説明する。このとき用いたＰＥＴは、
約２ｍｍの厚さを有していた。Ｘ線光電子分光装置とし
ては、ＰＨＩ社（米国）製Quantum2000を使用し、Ｘ線
としては、単色化されたＡｌ−Ｋαを使用した。測定条
件は、以下とした；PassEnergy：１８７．６５ｅＶ、St
ep Size：１．６ｅＶ、Ｘ線照射部分直径：２０μｍ、
電子線照射部分直径：２ｍｍ、電子線加速エネルギー：
５００ｅＶ、ＸＰＳスペクトル取得時間：１５分（連続
的実計測時間）。

【００４７】図４（ａ）は、サーベイスペクトル（横
軸：０〜１１００ｅＶの範囲の結合エネルギー）、図４
（ｂ）は、Ｃ１ｓのスペクトルが本来存在する２８５ｅ
Ｖ近傍における図４（ａ）の拡大図である。図４（ａ）
および（ｂ）を参照すると、Ｃ１ｓのピーク位置が本来
のピーク位置（２８５ｅＶ）とほぼ等しくなっているの
で、従来法で取得したＸＰＳスペクトルを示す図１４な
らびに図１５（ａ）および（ｂ）の方法に比べて、測定
方法が改善されていることがわかる。これは、間欠的な
Ｘ線照射と連続的な電子線照射との相互作用により、帯
電中和が十分に行われたことに起因する。

【００４８】以上、本実施形態によれば、試料表面に電
子線を連続的に照射し、かつ、Ｘ線励起用電子線発生フ
ィラメントに接続された電源（任意波形発生パルス電
源）の出力を間欠的にオンオフすることによって、Ｘ線
を試料に間欠的に照射し、これにより、試料表面の帯電
を効果的に中和させて、Ｘ線光電子分析法および装置の
分析精度を向上させることができる。

【００４９】Ｘ線（単色化されたＡｌ−Ｋα線）を間欠
的に照射する方法としては、本実施形態の他に、図１を
参照して、モノクロメーター１７と試料１との間に機械
的開閉装置（シャッター）を設けて、この機械的シャッ
ターの開閉を制御することも考えられ得る。しかし、Ｘ
線光電子分光装置などの超高真空条件下で試料分析を行
う装置が、機械的シャッターを備えることは好ましくな
い。なぜなら、機械的シャッターすなわち機械的可動部
分が動作すると、ガスの発生を招いて、装置中の真空度
を低下させる原因となるからである。さらに、このこと
は、機械的シャッターに単色化されたＡｌ−Ｋα線１１
が照射されると、不要な電磁波を発生させる原因とな
る。本実施形態によれば、このような問題を回避するこ
とができる。

【００５０】また、本実施形態の改変例として、図５に
示すＸ線光電子分光装置１１０が挙げられる。図５を参
照して、Ｘ線光電子分光装置１１０は、図１のＸ線光電
子分光装置１００の構成に加えて、Ｘ線励起用電子線発
生フィラメント１２とＡｌターゲット１４の間に配設さ
れた制御電極１８と、制御電極１８に接続された電源１
９とをさらに備えている。ここで、フィラメント１２に
接続された電源１３は、フィラメント１２に電力を間欠
的に供給する必要はないので、任意波形発生パルス電源
に限定されない。このＸ線光電子分光装置１１０によれ
ば、本実施形態と同様に、機械的開閉装置を用いずにＸ
線を間欠的に試料に照射する方法および装置が提供され
る。具体的には、Ｘ線光電子分光装置１１０では、電源
（任意波形発生パルス電源）１９の出力をオンオフさせ
て、Ａｌターゲット１５へのＸ線励起用電子線１４の入
射位置を制御することができ、これにより、試料１の被
測定領域に間欠的にＸ線を照射してもよい。この改変例
によっても、本実施形態と同様の効果を奏することがで
きる。

【００５１】（第２の実施形態）本実施形態は、ＸＰＳ
測定時に磁界を間欠的に印加しながらＸ線を間欠的に照
射することによって、試料表面における帯電を中和させ
るＸ線光電子分光法およびその方法を用いる装置に関
し、図６〜８を参照しながら以下により詳細に説明す
る。なお、上述の実施形態と同様の構成部品について
は、同じ参照符号を付すものとし、異なる点を中心に説
明する。

【００５２】図６は、本実施形態のＸ線光電子分光装置
の要部構成を説明する概略図である。図６を参照して、
本実施形態のＸ線光電子分光装置２００は、Ｘ線発生部
１０と、検出部２０と、磁界発生部（エネルギー放射
部）４０とを含む。これらのＸ線発生部１０と、検出部
２０と、磁界発生部４０とは、Ｘ線発生部１０が単色化
されたＡｌ−Ｋα線１１を試料１に照射し、磁界発生部
４０が試料１の周囲に磁界を発生させ、検出部２０がこ
れにより放出される光電子２１を検出し得るように構成
されている。Ｘ線発生部１０および検出部２０は、第１
の実施形態と同様の構成を有し、ここではこれらの説明
を省略する。磁界発生部４０は、電磁石４１と、電磁石
４１に接続された電源（任意波形発生パルス装置）４２
とを含む。

【００５３】ここで、電磁石４１に接続された電源４２
は、任意波形発生パルス装置であり、電磁石４１ヘ間欠
的に電流を供給することができる。この電磁石４１は、
ステンレス製（非磁性）の試料台（図示せず）の裏面に
配設されている。これにより、電磁石４１は試料１の裏
面に磁界を間欠的に形成し得る。さらに、本実施形態に
おいても、第１の実施形態と同様に、Ｘ線励起用電子線
１４が間欠的にＡｌターゲット１５に照射され得、単色
化されたＡｌ−Ｋα線１１が間欠的に試料１の表面に照
射され得る。

【００５４】次に、本実施形態のＸ線光電子分光装置２
００を用いたＸＰＳ測定方法について以下に説明する。
Ｘ線（Ａｌ−Ｋα線）１１の間欠的照射機構、および光
電子２１の分析機構については、第１の実施形態と同様
であり、ここではこれらの機構の説明を省略する。この
とき、帯電防止のための試料１の裏面における磁界発生
が、Ｘ線（すなわち、単色化されたＡｌ−Ｋα線１１）
の間欠的照射と相補的かつ間欠的に行われる。

【００５５】この場合において、図７（ａ）および
（ｂ）を参照して、帯電量の時間変化を以下に説明す
る。図７（ａ）は、Ｘ線照射および磁界印加のタイミン
グチャートであり、横軸は時間、縦軸は任意強度であ
る。ここで、理解を容易にするために、Ｘ線照射強度を
プラス側に示し、印加した磁界強度をマイナス側に示し
ている。図７（ａ）を参照すると、Ｘ線照射および磁界
印加が間欠的かつ相補的に（本実施形態においては、い
ずれも１ｍ秒の周期で）行われることが容易に理解され
得る。

【００５６】図７（ｂ）は、Ｘ線照射および磁界印加に
よって試料表面のＸ線照射領域に現れる帯電現象を模式
的に説明する図である。ここで、理解を容易にするため
に、Ｘ線照射による正の帯電量をプラス側に示し、Ｘ線
照射によって生じた正の帯電であり、かつ磁界印加によ
って減少した正の帯電量をマイナス側に示している。図
７（ｂ）によれば、Ｘ線照射による正の帯電量は、Ｘ線
照射の開始よりも約０．５ｍ秒遅れて発生しはじめ、や
がて正の帯電量が緩やかに増加している。このことは、
Ｘ線照射によって試料表面より光電子が放出されて起こ
る正の帯電現象が、Ｘ線照射時間の経過につれかつ時間
遅れをともなって、磁界印加によって正の帯電量が減少
される現象よりも大きな影響を与えるようになり、これ
により、試料表面が正に帯電することに起因している。
その後、Ｘ線照射を停止すると、Ｘ線照射による正の帯
電現象が、磁界印加によって正の帯電量が減少される現
象により次第に中和されるので、Ｘ線照射による正の帯
電量は次第に減少する。これに対して、同じく図７
（ｂ）より、磁界印加によって減少される正の帯電量
は、Ｘ線照射の終了よりも約０．５ｍ秒遅れて発生しは
じめ、やがて緩やかに帯電量が増加している。このこと
は、磁界印加によって正の帯電量が減少される現象が、
Ｘ線照射停止時間の経過につれかつ時間遅れをともなっ
て、光電子放出による正の帯電現象よりも大きな影響を
与えるようになり、試料表面の正の帯電量が減少される
ことに起因している。その後、Ｘ線照射による正の帯電
現象が、磁界印加によって正の帯電量が減少される現象
よりも大きな影響を与えるようになると、磁界印加によ
って減少される正の帯電量は次第に減少する。

【００５７】この正の帯電が、試料裏面に磁界を間欠的
に印加することによって発散する理由は次のように考え
られる。磁界印加がない場合には、正の電荷の拡散は、
単純に自然拡散機構による。これに対して、磁界印加が
ある場合には、正の電荷の自然拡散に加えて、磁界によ
って生じたローレンツ力が正の電荷の運動を加速する。
従って、試料表面に生じた正の帯電量は、このローレン
ツ力により強制的に排除される。この排除される正の帯
電量を、「減少される正の帯電量＝負の帯電量」として
示している。

【００５８】図７（ｃ）は、図７（ｂ）を参照して説明
したＸ線照射による正の帯電量と磁界印加による負の帯
電量とを重ね合わせて示した模式図である。図７（ｃ）
によれば、第１の実施形態を説明する図３（ｃ）と同様
に、周期的（間欠的）なＸ線照射によって生じる正の帯
電現象と、周期的かつＸ線照射の周期と相補的な磁界印
加によって負の帯電が生じる現象が試料表面で交互に生
じていることが示される。

【００５９】次に、本実施形態の装置および方法を用
い、被測定試料としてポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）を用いた場合について、図８（ａ）および（ｂ）
を参照して以下に説明する。このときの測定条件は、電
子線発生に関する条件を除いて、第１の実施形態と同じ
である。ここでさらなる条件として、磁界は、透磁率約
１０００の軟鉄を中心に有する長さ約２センチメートル
の円筒形電磁石に銅線を５００回巻き付けたものに、電
流約０．２Ａを印加して発生させた。このときの電磁石
の強度（磁束密度）は、約６２８０Ｇａｕｓｓである。
なお、電磁石の磁束密度の見積りを以下に示す。

【００６０】

【数１】

【００６１】図８（ａ）は、サーベイスペクトル（横
軸：０〜１１００ｅＶの範囲の結合エネルギー）、図８
（ｂ）は、Ｃ１ｓのスペクトルが本来存在する２８５ｅ
Ｖ近傍における図８（ａ）の拡大図である。図８（ａ）
および（ｂ）を参照すると、Ｃ１ｓのピーク位置が本来
のピーク位置（２８５ｅＶ）とほぼ等しくなっているの
で、従来法で取得したＸＰＳスペクトルを示す図１４な
らびに図１５（ａ）および（ｂ）の方法に比べて、測定
方法が改善されていることがわかる。これは、間欠的な
Ｘ線照射と間欠的な磁界印加との相互作用により、帯電
中和が十分に行われたことに起因する。ここで、本実施
形態で用いた電磁石よりも強力な磁界を発生する電磁石
を用いれば、より効果的に帯電を除去できる。

【００６２】磁界を印加する様式としては、本実施形態
の他に、Ｘ線照射を行いＸＰＳスペクトルを取得すると
同時に連続的に磁界を印加することも考えられ得る。し
かし、連続的に磁界を印加することは、以下の理由によ
り好ましくない。磁界が印加されている場合には、試料
表面から放出され、検出部に達する光電子の経路が、磁
界の影響を受けて偏向および／または分散される。この
ため、検出部によって捕獲される光電子の割合が減少し
て、得られる信号強度が小さくなり、半値幅が広がる。
従って、取得されるスペクトル波形が広がって、エネル
ギー分解能が低下する原因となる。さらにまた、磁界が
印加されている場合には、試料表面から放出され、検出
部に達する光電子の加速または減速が生じ得る。従っ
て、光電子エネルギーのシフトが生じて、スペクトル波
形が歪む原因となる。このような現象は、より磁界の影
響を受けやすいことから、光電子のエネルギーの低運動
エネルギー側において現れやすく、光電子の低運動エネ
ルギー側におけるスペクトル形状に歪が生じやすい。従
って、磁界による悪影響をできるだけ低減するために、
本実施形態のように、Ｘ線照射中に磁界を印加せず、磁
界印加とＸ線照射とを相補的に行う、すなわちＸ線照射
と磁界印加とを交互に繰り返して行うことが望ましい。

【００６３】本実施形態に示した、磁界を間欠的に印加
することによって帯電を中和する装置および方法は、特
に、電子線照射による損傷の影響が顕著な試料、例え
ば、半導体微細加工技術のリソグラフィー工程で用いら
れるレジスト材料を含む試料に対して効果的である。

【００６４】また、本実施形態の改変例として、図５を
参照し上述した第１の実施形態と同様の構成および方法
が可能である。具体的には、改変例は、本実施形態のＸ
線光電子分光装置の構成に加えて、Ｘ線励起用電子線発
生フィラメントとＡｌターゲットの間に配設された制御
電極と、制御電極に接続された電源とをさらに備えてい
る。ここで、フィラメントに接続された電源は、フィラ
メントに電力を間欠的に供給する必要はないので、任意
波形発生パルス電源に限定されない。この改変例によっ
ても、制御電極に接続された電源（任意波形発生パルス
電源）の出力をオンオフさせて、ＡｌターゲットへのＸ
線励起用電子線の入射位置を制御することができ、これ
により、試料の被測定領域に間欠的にＸ線を照射するこ
とが可能である。この改変例によっても、本実施形態と
同様の効果を奏することができる。

【００６５】（第３の実施形態）本実施形態は、ＸＰＳ
測定時に紫外線を間欠的に照射しながらＸ線を間欠的に
照射することによって、試料表面における帯電を中和さ
せるＸ線光電子分光法およびその方法を用いる装置に関
し、図９〜１１を参照しながら以下により詳細に説明す
る。なお、上述の実施形態と同様の構成部品について
は、同じ参照符号を付すものとし、異なる点を中心に説
明する。

【００６６】図９は、本実施形態のＸ線光電子分光装置
の要部構成を説明する概略図である。図９を参照して、
本実施形態のＸ線光電子分光装置３００は、Ｘ線発生部
１０と、検出部２０と、紫外光発生部（エネルギー放射
部）５０とを含む。これらのＸ線発生部１０と、検出部
２０と、紫外光発生部５０とは、Ｘ線発生部１０および
紫外光発生部５０が所定の位置に配置された被測定試料
１に、単色化されたＡｌ−Ｋα線１１および紫外光５１
をそれぞれ同時に照射し、検出部２０がこれにより放出
される光電子２１を検出し得るように構成されている。
Ｘ線発生部１０および検出部２０は、第１の実施形態と
同様の構成を有し、ここではこれらの説明を省略する。
紫外光発生部５０は、紫外光ランプ５２と、紫外光ラン
プ５２に接続された電源（任意波形発生パルス装置）５
３とを含む。

【００６７】ここで、紫外光ランプ５２は低圧水銀ラン
プ（交流点灯、電力：１００Ｗ、主波長：２５３．７ｎ
ｍ）である。また、紫外光ランプ５２に接続された電源
５３は、任意波形発生パルス装置であり、紫外光ランプ
５２ヘ間欠的に電流を供給することができる。これによ
り、紫外光ランプ５２は試料１の表面に紫外光５１を間
欠的に照射し得る。さらに、本実施形態においても、第
１に実施形態と同様に、Ｘ線励起用電子線１４が間欠的
にＡｌターゲット１５に照射され得、単色化されたＡｌ
−Ｋα線１１が間欠的に試料１の表面に照射され得る。

【００６８】次に、本実施形態のＸ線光電子分光装置３
００を用いたＸＰＳ測定方法について以下に説明する。
Ｘ線（Ａｌ−Ｋα線）１１の間欠的照射機構、および光
電子２１の分析機構については、第１の実施形態と同様
であり、ここではこれらの機構の説明を省略する。この
とき、帯電防止のための試料１の表面への紫外光５１の
照射が、Ｘ線（すなわち、単色化されたＡｌ−Ｋα線１
１）の間欠的照射と相補的かつ間欠的に行われる。

【００６９】この場合において、図１０（ａ）および
（ｂ）を参照して、帯電量の時間変化を以下に説明す
る。図１０（ａ）は、Ｘ線および紫外光の照射のタイミ
ングチャートであり、横軸は時間、縦軸は照射強度であ
る。ここで、理解を容易にするために、Ｘ線照射強度を
プラス側に示し、紫外光照射強度をマイナス側に示して
いる。図１０（ａ）を参照すると、Ｘ線および紫外光の
照射が間欠的かつ相補的に（本実施形態においては、い
ずれも１ｍ秒の周期で）行われることが容易に理解され
得る。

【００７０】図１０（ｂ）は、Ｘ線照射および紫外光照
射によって試料表面のＸ線照射領域に現れる帯電現象を
模式的に説明する図である。ここで、理解を容易にする
ために、Ｘ線照射による正の帯電量をプラス側に示し、
Ｘ線照射によって生じた正の帯電であり、かつ紫外光照
射によって発散された正の帯電量をマイナス側に示して
いる。図１０（ｂ）によれば、Ｘ線照射による正の帯電
量は、Ｘ線照射の開始よりも約０．５ｍ秒遅れて発生し
はじめ、やがて正の帯電量が緩やかに増加している。こ
のことは、Ｘ線照射によって試料表面より光電子が放出
されて起こる正の帯電現象が、Ｘ線照射時間の経過につ
れかつ時間遅れをともなって、紫外光照射によって正の
帯電量が発散される現象よりも大きな影響を与えるよう
になり、これにより、試料表面が正に帯電することに起
因している。その後、Ｘ線照射を停止すると、Ｘ線照射
による正の帯電現象が、紫外光照射によって正の帯電量
が発散される現象により次第に中和されるので、Ｘ線照
射による正の帯電量は次第に減少する。これに対して、
同じく図１０（ｂ）より、紫外光照射によって発散され
る正の帯電量は、Ｘ線照射の終了よりも約０．５ｍ秒遅
れて発生しはじめ、やがて緩やかに帯電量が増加してい
る。このことは、紫外光照射によって正の帯電量が発散
される現象が、Ｘ線照射停止時間の経過につれかつ時間
遅れをともなって、光電子放出による正の帯電現象より
も大きな影響を与えるようになり、試料表面の正の帯電
量が発散されることに起因している。その後、Ｘ線照射
による正の帯電現象が、紫外光照射によって正の帯電量
が発散される現象よりも大きな影響を与えるようになる
と、紫外光照射によって発散される正の帯電量は次第に
減少する。

【００７１】この正の帯電が、試料表面に紫外光を間欠
的に照射することによって減少する理由は次のように考
えられる。紫外光照射がない場合には、正の電荷の拡散
は、単純に自然拡散機構による。これに対して、紫外光
照射がある場合には、試料表面に照射される紫外光のエ
ネルギーによって、電子−正孔対が試料表面に形成され
る。紫外光の照射された領域では、これにより、電荷を
輸送するキャリアが増加されて、電気伝導度が増す。こ
の電気伝導度の増加によって、Ｘ線照射によって生じた
正の電荷が、より速い速度で自然拡散されて発散され
る。この発散される正の帯電量を、「減少される正の帯
電量＝負の帯電量」として示している。

【００７２】図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）を参照して
説明したＸ線照射による正の帯電量と紫外光照射による
負の帯電量とを重ね合わせて示した模式図である。図１
０（ｃ）によれば、第１の実施形態を説明する図３
（ｃ）と同様に、周期的（間欠的）なＸ線照射によって
生じる正の帯電現象と、周期的かつＸ線照射の周期と相
補的な紫外光照射によって負の帯電が生じる現象が試料
表面で交互に生じていることが示される。

【００７３】次に、本実施形態の装置および方法を用
い、被測定試料としてポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）を用いた場合について、図１１（ａ）および
（ｂ）を参照して以下に説明する。このときの測定条件
は、電子線発生に関する条件を除いて、第１の実施形態
と同じである。ここでさらなる条件として、紫外光発生
に関しては、低圧水銀ランプ（交流点灯、電力１００
Ｗ、主波長２５３．７ｎｍ）とした。

【００７４】図１１（ａ）は、サーベイスペクトル（横
軸：０〜１１００ｅＶの範囲の結合エネルギー）、図１
１（ｂ）は、Ｃ１ｓのスペクトルが本来存在する２８５
ｅＶ近傍における図１１（ａ）の拡大図である。図１１
（ａ）および（ｂ）を参照すると、Ｃ１ｓのピーク位置
が本来のピーク位置（２８５ｅＶ）とほぼ等しくなって
いるので、従来法で取得したＸＰＳスペクトルを示す図
１４ならびに図１５（ａ）および（ｂ）の方法に比べ
て、測定方法が改善されていることがわかる。これは、
間欠的なＸ線照射と間欠的な紫外光照射との相互作用に
より、帯電中和が十分に行われたことに起因する。

【００７５】紫外光を照射する様式としては、本実施形
態の他に、Ｘ線照射を行いＸＰＳスペクトルを取得する
と同時に連続的に紫外光を照射することも考えられ得
る。しかし、連続的に紫外光を照射することは、好まし
くない。なぜなら、紫外光によって励起された高運動エ
ネルギーの光電子の放射が生じるからである。従って、
本実施形態のように、Ｘ線照射中に紫外光を照射せず、
紫外光照射とＸ線照射とを相補的に行う、すなわち交互
に繰り返して行うことが望ましい。

【００７６】本実施形態に示した、紫外光を間欠的に照
射することによって帯電を中和する装置および方法は、
特に、紫外線照射によって電子−正孔対の形成されやす
いイオン性結晶材料、および強誘電体セラミックス等を
含む試料に対して効果的である。

【００７７】また、本実施形態の改変例として、図５を
参照し上述した第１の実施形態と同様の構成および方法
が可能である。具体的には、改変例は、本実施形態のＸ
線光電子分光装置の構成に加えて、Ｘ線励起用電子線発
生フィラメントとＡｌターゲットの間に配設された制御
電極と、制御電極に接続された電源とをさらに備えてい
る。ここで、フィラメントに接続された電源は、フィラ
メントに電力を間欠的に供給する必要はないので、任意
波形発生パルス電源に限定されない。この改変例によっ
ても、制御電極に接続された電源（任意波形発生パルス
電源）の出力をオンオフさせて、ＡｌターゲットへのＸ
線励起用電子線の入射位置を制御することができ、これ
により、試料の被測定領域に間欠的にＸ線を照射するこ
とが可能である。この改変例によっても、本実施形態と
同様の効果を奏することができる。

【００７８】以上、本発明の第１から３の実施形態とし
て、試料表面からＸＰＳスペクトルを取得する方法およ
び装置を例示的に示した。本発明は、これらの実施形態
に限定されず、上述の実施形態を少なくとも２つ組み合
わせた場合には、さらに大きな効果が得られ得る。

【００７９】さらに本発明はまた、例えば、Ｘ線照射に
アルゴンイオンビーム照射を組合せて、ＸＰＳスペクト
ルの深さ方向分析を行う場合にも同様の効果を奏する。
本発明はさらに、Ｘ線光電子分光法のみならず、同様の
測定原理に基づく分析方法（例えば、真空紫外光電子分
光法およびオージェ電子分光法等）またはシンクロトロ
ン放射光を光源とした電子分光法にも適用できることは
言うまでもない。

【００８０】

【発明の効果】本発明のＸ線光電子分光法およびＸ線光
電子分光装置によれば、帯電現象が生じて分析が困難で
あった絶縁物試料に対して、帯電中和を十分に行うこと
ができ、これにより、帯電現象に基づく誤差が低減され
た有効なＸＰＳスペクトルを取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における、Ｘ線光電子
分光装置の要部構成を説明する概略図である。

【図２】本発明の第１の実施形態における、ＸＰＳ測定
時の試料表面における帯電の様子を説明する図であり、
（ａ）および（ｃ）は、Ｘ線照射領域が正に帯電するこ
とを示す模式図であり、（ｂ）および（ｄ）は、Ｘ線照
射を停止し、電子線照射によって負の帯電が生じること
を示す模式図である。

【図３】本発明の第１の実施形態における、帯電量の時
間変化を説明する図であり、（ａ）は、Ｘ線および電子
線の照射のタイミングチャートであり、（ｂ）および
（ｃ）は、Ｘ線照射および電子線照射によって試料表面
のＸ線照射領域に現れる帯電現象を模式的に説明する図
である。

【図４】（ａ）は、本発明の第１の実施形態のＸ線電子
分光装置を用いて測定したＸＰＳスペクトルであり、
（ｂ）は、（ａ）の２８５ｅＶ近傍における拡大図であ
る。

【図５】本発明の第１の実施形態の改変例における、Ｘ
線光電子分光装置の要部構成を説明する概略図である。

【図６】本発明の第２の実施形態における、Ｘ線光電子
分光装置の要部構成を説明する概略図である。

【図７】本発明の第２の実施形態における、帯電量の時
間変化を説明する図であり、（ａ）は、Ｘ線照射および
磁界印加のタイミングチャートであり、（ｂ）および
（ｃ）は、Ｘ線照射および磁界印加によって試料表面の
Ｘ線照射領域に現れる帯電現象を模式的に説明する図で
ある。

【図８】（ａ）は、本発明の第２の実施形態のＸ線電子
分光装置を用いて測定したＸＰＳスペクトルであり、
（ｂ）は、（ａ）の２８５ｅＶ近傍における拡大図であ
る。

【図９】本発明の第３の実施形態における、Ｘ線光電子
分光装置の要部構成を説明する概略図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態における、帯電量の
時間変化を説明する図であり、（ａ）は、Ｘ線および紫
外線の照射のタイミングチャートであり、（ｂ）および
（ｃ）は、Ｘ線照射および紫外線照射によって試料表面
のＸ線照射領域に現れる帯電現象を模式的に説明する図
である。

【図１１】（ａ）は、本発明の第３の実施形態のＸ線電
子分光装置を用いて測定したＸＰＳスペクトルであり、
（ｂ）は、（ａ）の２８５ｅＶ近傍における拡大図であ
る。

【図１２】従来のＸ線電子分光装置の要部構成を説明す
る概略図である。

【図１３】従来のＸ線電子分光装置における、試料表面
の帯電状態を説明する模式図であり、（ａ）は、Ｘ線照
射領域が正に帯電していることを示す模式図であり、
（ｂ）は、電子線照射領域が負に帯電していることを示
す模式図であり、（ｃ）は、電子線照射が適切であり、
Ｘ線照射領域に電荷が存在していないことを示す模式図
であり、（ｄ）は、電子線照射が不十分であり、Ｘ線照
射領域に正の電荷が残留していることを示す模式図であ
る。

【図１４】従来のＸ線電子分光装置を用いて測定した、
電子線による帯電の中和を行わなかった場合のＸＰＳス
ペクトルである。

【図１５】従来のＸ線電子分光装置を用いて測定した、
電子線による帯電の中和を行った場合のＸＰＳスペクト
ルである。

【符号の説明】

１ 試料 １０ Ｘ線発生部 １１ 単色化されたＡｌ−Ｋα線 １２ Ｘ線励起用電子線発生フィラメント １３ 電源（任意波形発生パルス電源） １４ Ｘ線励起用電子線 １５ Ａｌターゲット １６ Ａｌ−Ｋα線 １７ モノクロメーター １８ 制御電極 １９ 電源（任意波形発生パルス電源） ２０ 検出部 ２１ 光電子 ２２ インプットレンズ ２３ 同心半球型アナライザー ２４ 光電子検出器 ３０ 中和用電子線発生部（エネルギー放射部） ３１ 中和用電子線 ３２ 中和用電子線発生フィラメント ３３ 電源 ３４ 引き出し電極 ３５ 電源 １００ Ｘ線光電子分光装置

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線を発生するＸ線発生部と、該Ｘ線発
   生部で発生されたＸ線を試料に照射したときに該試料か
   ら放射される光電子を受ける検出部と、該Ｘ線の照射に
   よって該試料の表面に生じる電荷を中和させるように該
   試料のすくなくとも一部にエネルギーを放射するエネル
   ギー放射部と、を備えるＸ線光電子分光装置であって、 該Ｘ線発生部は、Ｘ線励起用電子線を放射するフィラメ
   ントと、該フィラメントに接続された電源と、を含み、 該電源は、該Ｘ線が該試料に間欠的に照射されるよう
   に、該フィラメントに間欠的に電力を供給する、Ｘ線光
   電子分光装置。
2. 【請求項２】 Ｘ線を発生するＸ線発生部と、該Ｘ線発
   生部で発生されたＸ線を試料に照射したときに該試料か
   ら放射される光電子を受ける検出部と、該Ｘ線の照射に
   よって該試料の表面に生じる電荷を中和させるように該
   試料のすくなくとも一部にエネルギーを放射するエネル
   ギー放射部と、を備えるＸ線光電子分光装置であって、 該Ｘ線発生部は、Ｘ線励起用電子線を放射するフィラメ
   ントと、該フィラメントの近傍に配設された制御電極
   と、該制御電極に接続された電源と、を含み、 該電源は、該Ｘ線が該試料の被測定領域に間欠的に照射
   されるように、該制御電極に間欠的に電力を供給する、
   Ｘ線光電子分光装置。
3. 【請求項３】 前記エネルギー放射部は、前記試料に電
   子線を照射する中和用電子線発生部であり、該中和用電
   子線発生部は、該試料に電子線を連続的に照射する、請
   求項１または２に記載のＸ線光電子分光装置。
4. 【請求項４】 前記エネルギー放射部は、前記試料に磁
   界を印加する磁界発生部であり、該磁界発生部は、該試
   料に磁界を間欠的かつ該Ｘ線の照射と相補的に印加す
   る、請求項１または２に記載のＸ線光電子分光装置。
5. 【請求項５】 前記エネルギー放射部は、前記試料に紫
   外光を照射する紫外光発生部をさらに備え、該紫外光発
   生部は、該試料に紫外光を間欠的かつ該Ｘ線の照射と相
   補的に照射する、請求項１または２に記載のＸ線光電子
   分光装置。
6. 【請求項６】 Ｘ線発生部で発生されたＸ線を試料に照
   射し、該試料から放射される光電子を検出部で受ける、
   Ｘ線光電子分光法であって、 該Ｘ線の照射によって該試料の表面に生じる電荷を中和
   させるように、該試料のすくなくとも一部にエネルギー
   を放射する工程と、 Ｘ線が試料に間欠的に照射されるように、フィラメント
   に接続された電源から該フィラメントに間欠的に電力を
   供給する工程と、を含む、Ｘ線光電子分光法。
7. 【請求項７】 前記エネルギー放射工程は、前記試料に
   電子線を連続的に照射する工程を含む、請求項６に記載
   のＸ線光電子分光法。
8. 【請求項８】 前記エネルギー放射工程は、前記試料に
   磁界を間欠的かつ前記Ｘ線の照射と相補的に印加する工
   程を含む、請求項６に記載のＸ線光電子分光法。
9. 【請求項９】 前記エネルギー放射工程は、前記試料に
   紫外光を間欠的かつ前記Ｘ線の照射と相補的に照射する
   工程を含む、請求項６に記載のＸ線光電子分光法。