JP2000340161A - 光電子顕微鏡装置 - Google Patents
光電子顕微鏡装置Info
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- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 12
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- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 試料表面−対物レンズ間での放電が生じ難
く、かつ高い空間分解能を達成できる光電子顕微鏡装置
を提供する。 【解決手段】 紫外光9等を固体試料6の表面に照射す
ることによって発生する光電子を、対物レンズ2等を介
して検出する光電子顕微鏡装置において、固体試料6の
表面と対物レンズ2の間に、円筒形静電レンズ10(ま
たは円形ワイヤ)を備えることを特徴とする光電子顕微
鏡装置。この円筒形静電レンズ10は、電圧印加によ
り、固体試料6の表面付近に発散型の電位分布を形成す
る。
く、かつ高い空間分解能を達成できる光電子顕微鏡装置
を提供する。 【解決手段】 紫外光9等を固体試料6の表面に照射す
ることによって発生する光電子を、対物レンズ2等を介
して検出する光電子顕微鏡装置において、固体試料6の
表面と対物レンズ2の間に、円筒形静電レンズ10(ま
たは円形ワイヤ)を備えることを特徴とする光電子顕微
鏡装置。この円筒形静電レンズ10は、電圧印加によ
り、固体試料6の表面付近に発散型の電位分布を形成す
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、紫外光またはX線
を固体試料の表面に照射することによって発生する光電
子を結像して、固体試料の表面を観察する光電子顕微鏡
装置に関する。
を固体試料の表面に照射することによって発生する光電
子を結像して、固体試料の表面を観察する光電子顕微鏡
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光電子顕微鏡(Photo-Emission Electro
n Microscopy:PEEM)は、表面科学の分野で広く応
用されている。しかし、PEEMの空間分解能は数10
〜数100nm程度であり、透過電子顕微鏡や走査電子
顕微鏡などの分解能と比べると桁違に悪いのが現状であ
る。この空間分解能および像質が改善されれば、PEE
Mの有用性は飛躍的に向上すると考えられる。
n Microscopy:PEEM)は、表面科学の分野で広く応
用されている。しかし、PEEMの空間分解能は数10
〜数100nm程度であり、透過電子顕微鏡や走査電子
顕微鏡などの分解能と比べると桁違に悪いのが現状であ
る。この空間分解能および像質が改善されれば、PEE
Mの有用性は飛躍的に向上すると考えられる。
【0003】PEEMの空間分解能を決めている主要な
因子として、 (1)電子レンズの収差 (2)光電子の信号量 の二つが挙げられる。すなわち、高い空間分解能を得る
には、電子レンズの収差の影響をできるだけ小さくし、
かつ光電子の信号量を大きくする必要がある。
因子として、 (1)電子レンズの収差 (2)光電子の信号量 の二つが挙げられる。すなわち、高い空間分解能を得る
には、電子レンズの収差の影響をできるだけ小さくし、
かつ光電子の信号量を大きくする必要がある。
【0004】上記(2)の光電子の信号量については、
近年、光電子の信号量を増幅する高性能なマルチチャン
ネルプレートが開発されており、その信号量を十分確保
できるようになってきている。
近年、光電子の信号量を増幅する高性能なマルチチャン
ネルプレートが開発されており、その信号量を十分確保
できるようになってきている。
【0005】一方、上記(1)の電子レンズの収差につ
いては、試料表面から対物レンズまでのギャップをでき
るだけ小さくすれば、収差の影響が小さくなる。また、
対物レンズまでの加速電圧を大きくとるほど電子の速度
が大きくなり(波長が短くなり)、収差の影響を押さえ
て空間分解能を上げることができる。しかしながら、加
速電圧とギャップの値には、おのずと限界が存在する。
小さなギャップ間に大きな電圧を印加すると、試料表面
−対物レンズ間で放電の危険が生じるからである。この
放電防止の点から、通常、試料表面にかかる電界は、少
なくとも、50kV/cm以下にする必要がある。特
に、放電し易い試料または条件(雰囲気など)において
は、5kV/cmでも放電が発生することもある。
いては、試料表面から対物レンズまでのギャップをでき
るだけ小さくすれば、収差の影響が小さくなる。また、
対物レンズまでの加速電圧を大きくとるほど電子の速度
が大きくなり(波長が短くなり)、収差の影響を押さえ
て空間分解能を上げることができる。しかしながら、加
速電圧とギャップの値には、おのずと限界が存在する。
小さなギャップ間に大きな電圧を印加すると、試料表面
−対物レンズ間で放電の危険が生じるからである。この
放電防止の点から、通常、試料表面にかかる電界は、少
なくとも、50kV/cm以下にする必要がある。特
に、放電し易い試料または条件(雰囲気など)において
は、5kV/cmでも放電が発生することもある。
【0006】実際には、例えばギャップを5mmとする
と、最大加速電圧は精々25kV程度であり、場合によ
っては2.5kV程度が限界値となる。しかし、このよ
うな低い加速電圧では、色収差や球面収差の影響を強く
受け、分解能が制限されてしまう。
と、最大加速電圧は精々25kV程度であり、場合によ
っては2.5kV程度が限界値となる。しかし、このよ
うな低い加速電圧では、色収差や球面収差の影響を強く
受け、分解能が制限されてしまう。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の従来技術の課題を解決すること、すなわち、試料表面
−対物レンズ間での放電が生じ難く、かつ高い空間分解
能を達成できる光電子顕微鏡装置を提供することにあ
る。
の従来技術の課題を解決すること、すなわち、試料表面
−対物レンズ間での放電が生じ難く、かつ高い空間分解
能を達成できる光電子顕微鏡装置を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、紫外光または
X線を固体試料の表面に照射することによって発生する
光電子を、少なくとも対物レンズを介して検出する光電
子顕微鏡装置において、該固体試料の表面と該対物レン
ズの間に、円筒形静電レンズまたは円形ワイヤを備える
ことを特徴とする光電子顕微鏡装置である。
X線を固体試料の表面に照射することによって発生する
光電子を、少なくとも対物レンズを介して検出する光電
子顕微鏡装置において、該固体試料の表面と該対物レン
ズの間に、円筒形静電レンズまたは円形ワイヤを備える
ことを特徴とする光電子顕微鏡装置である。
【0009】以下、本発明の光電子顕微鏡装置の円筒形
静電レンズまたは円形ワイヤの機能およびその有効性
を、本発明以外の手段と比較して説明する。
静電レンズまたは円形ワイヤの機能およびその有効性
を、本発明以外の手段と比較して説明する。
【0010】PEEMでは、試料表面−電子レンズ間の
一様な加速電場によって形成される虚像の広がりが、そ
の空間分解能を制限している。この虚像は、試料表面−
電子レンズ間の距離をaとして、試料表面からほぼ−a
の位置に形成され、その錯円(disc of confusion)の径
δは次式で与えられる。
一様な加速電場によって形成される虚像の広がりが、そ
の空間分解能を制限している。この虚像は、試料表面−
電子レンズ間の距離をaとして、試料表面からほぼ−a
の位置に形成され、その錯円(disc of confusion)の径
δは次式で与えられる。
【0011】δ=a(ΔE/E) ここで、ΔEは光電子の初期エネルギーの広がり(初期
エネルギー分布)、Eは加速電圧によって与えるエネル
ギーを表す。
エネルギー分布)、Eは加速電圧によって与えるエネル
ギーを表す。
【0012】初期エネルギー分布ΔEを固定すると、分
解能を上げるにはE/a、すなわち試料表面にかかる電
界を大きくする必要がある。しかし、それでは放電の危
険性が必然的に増加してしまう。したがって、放電の危
険性を避けつつ高い分解能を得るには、E/aを低く押
さえたまま、虚像の広がりを小さくしなければならな
い。
解能を上げるにはE/a、すなわち試料表面にかかる電
界を大きくする必要がある。しかし、それでは放電の危
険性が必然的に増加してしまう。したがって、放電の危
険性を避けつつ高い分解能を得るには、E/aを低く押
さえたまま、虚像の広がりを小さくしなければならな
い。
【0013】本来、その錯円が形成されるのは、一様電
界によって、光電子が放物線状に曲げられることが原因
である。もし、任意の角度に放出された光電子が直線状
の軌道をとるならば、虚像の位置は試料表面と一致し、
錯円の径は0になる。このような理想的軌道を与える電
界は、理論上、電界=0を除いてはあり得ない。ただ
し、試料の狭い領域で、虚像の位置を試料表面に近付け
ることによって、錯円の径を小さくすることは可能であ
る。その一つの方法として、試料に対向する電子レンズ
の外形を非平面にする方法がある。しかし、この方法で
は、レンズの加工精度や試料の位置に強い制約が生じる
ので、あまり実用的とはいえない。
界によって、光電子が放物線状に曲げられることが原因
である。もし、任意の角度に放出された光電子が直線状
の軌道をとるならば、虚像の位置は試料表面と一致し、
錯円の径は0になる。このような理想的軌道を与える電
界は、理論上、電界=0を除いてはあり得ない。ただ
し、試料の狭い領域で、虚像の位置を試料表面に近付け
ることによって、錯円の径を小さくすることは可能であ
る。その一つの方法として、試料に対向する電子レンズ
の外形を非平面にする方法がある。しかし、この方法で
は、レンズの加工精度や試料の位置に強い制約が生じる
ので、あまり実用的とはいえない。
【0014】そこで、本発明では、試料表面−電子レン
ズ間に円筒形静電レンズまたは円形ワイヤを付加し、試
料に対して正の電位をこの円筒形静電レンズまたは円形
ワイヤに与えることにより、試料表面付近に発散型の電
位分布を形成する。この発散型の電位分布により、虚像
は−aの位置よりも試料表面側に近付き、錯円の径を小
さくすることができるのである。
ズ間に円筒形静電レンズまたは円形ワイヤを付加し、試
料に対して正の電位をこの円筒形静電レンズまたは円形
ワイヤに与えることにより、試料表面付近に発散型の電
位分布を形成する。この発散型の電位分布により、虚像
は−aの位置よりも試料表面側に近付き、錯円の径を小
さくすることができるのである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、発明の好適な実施形態につ
いて説明する。
いて説明する。
【0016】図1は、本発明の光電子顕微鏡装置の主要
部についての一実施形態を示す模式図である。図1に示
す光電子顕微鏡装置は、鏡筒1内に、対物レンズ2、中
間レンズ3、投影レンズ4を備え、各々のレンズが減速
−加速型静電レンズを構成している。さら光電子を検出
する側に蛍光板5が設けられ、真空容器7の側壁のうち
紫外光9を導入する箇所には紫外光導入用ポート8が設
けられている。
部についての一実施形態を示す模式図である。図1に示
す光電子顕微鏡装置は、鏡筒1内に、対物レンズ2、中
間レンズ3、投影レンズ4を備え、各々のレンズが減速
−加速型静電レンズを構成している。さら光電子を検出
する側に蛍光板5が設けられ、真空容器7の側壁のうち
紫外光9を導入する箇所には紫外光導入用ポート8が設
けられている。
【0017】この紫外光導入用ポート8から紫外光9を
固体試料6の表面に照射すると、光電子が発生する。こ
の光電子を、加速電圧の印加によって減速−加速型静電
レンズ側に投入し、光電子の結像および蛍光板5への投
影を行なう。このような光電子の検出によって、固体試
料6の表面の像を観察できる。この際の加速電圧は、特
に制限されない。また、固体試料6の表面と対物レンズ
2の間のギャップは、諸条件に応じて適宜設定できる。
固体試料6の表面に照射すると、光電子が発生する。こ
の光電子を、加速電圧の印加によって減速−加速型静電
レンズ側に投入し、光電子の結像および蛍光板5への投
影を行なう。このような光電子の検出によって、固体試
料6の表面の像を観察できる。この際の加速電圧は、特
に制限されない。また、固体試料6の表面と対物レンズ
2の間のギャップは、諸条件に応じて適宜設定できる。
【0018】そして、図1に示す光電子顕微鏡装置にお
いては、固体試料6の表面と対物レンズ2の間に、円筒
形静電レンズ10が設けられている。この円筒形静電レ
ンズ10は、セラミック部材11により電子レンズの鏡
筒1から絶縁されかつ固定され、また紫外光9が透過で
きるようにグリッド状になっている。
いては、固体試料6の表面と対物レンズ2の間に、円筒
形静電レンズ10が設けられている。この円筒形静電レ
ンズ10は、セラミック部材11により電子レンズの鏡
筒1から絶縁されかつ固定され、また紫外光9が透過で
きるようにグリッド状になっている。
【0019】不図示の電圧印加手段により、この円筒形
静電レンズ10に電位(試料6に対して正の電位)を印
加すれば、固体試料6の表面付近に発散型の電位分布を
形成でき、これにより、虚像を固体試料6の表面側に近
付け、錯円の径を小さくできる。
静電レンズ10に電位(試料6に対して正の電位)を印
加すれば、固体試料6の表面付近に発散型の電位分布を
形成でき、これにより、虚像を固体試料6の表面側に近
付け、錯円の径を小さくできる。
【0020】この円筒形静電レンズ10は、発散型の電
位分布を形成できるものであれば良く、従来より知られ
る各種の円筒形静電レンズを使用できる。この円筒形静
電レンズ10に印加する電圧も、諸条件に応じて適宜決
定すれば良いが、通常は、20kV以下程度が好まし
い。
位分布を形成できるものであれば良く、従来より知られ
る各種の円筒形静電レンズを使用できる。この円筒形静
電レンズ10に印加する電圧も、諸条件に応じて適宜決
定すれば良いが、通常は、20kV以下程度が好まし
い。
【0021】図2は、図1に示した円筒形静電レンズ1
0の代わりに使用できる円形ワイヤーを示す模式図であ
る。この図2に示す円形ワイヤー12を使用して、電位
を印加した場合も、同様に固体試料6の表面付近に発散
型の電位分布を形成でき、錯円の径を小さくできる。こ
の円形ワイヤー12は、マニピュレータ等の手段により
上下移動可能な構成にするとよい。
0の代わりに使用できる円形ワイヤーを示す模式図であ
る。この図2に示す円形ワイヤー12を使用して、電位
を印加した場合も、同様に固体試料6の表面付近に発散
型の電位分布を形成でき、錯円の径を小さくできる。こ
の円形ワイヤー12は、マニピュレータ等の手段により
上下移動可能な構成にするとよい。
【0022】この円形ワイヤー12も、発散型の電位分
布を形成できるものであれば良く、従来より知られる各
種の円形ワイヤーを使用できる。この円形ワイヤー12
に印加する電圧についても、諸条件に応じて適宜決定す
れば良い。
布を形成できるものであれば良く、従来より知られる各
種の円形ワイヤーを使用できる。この円形ワイヤー12
に印加する電圧についても、諸条件に応じて適宜決定す
れば良い。
【0023】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0024】<実施例1>図1に示した光電子顕微鏡装
置を作製した。本実施例においては、円筒形静電レンズ
10として、内径50mm、長さ10mmの形状の円筒
レンズを用いた。また、固体試料6の表面と対物レンズ
2の間のギャップは5mmとした。
置を作製した。本実施例においては、円筒形静電レンズ
10として、内径50mm、長さ10mmの形状の円筒
レンズを用いた。また、固体試料6の表面と対物レンズ
2の間のギャップは5mmとした。
【0025】この光電子顕微鏡装置に、固体試料6を設
置した。この固体試料6および円筒形静電レンズ10を
アース準位と一致させ、加速電圧15kVの条件でPE
EM像観察を行った。その結果、約200nmの空間分
解能が得られた。この空間分解能は、円筒レンズ10を
設けない場合の分解能に完全に一致している。
置した。この固体試料6および円筒形静電レンズ10を
アース準位と一致させ、加速電圧15kVの条件でPE
EM像観察を行った。その結果、約200nmの空間分
解能が得られた。この空間分解能は、円筒レンズ10を
設けない場合の分解能に完全に一致している。
【0026】次に、円筒形静電レンズ10に2.5kV
の電圧を印加して同様のPEEM像観察を行った。する
と、PEEM像はピンボケ状態になったが、対物レンズ
10によるフォーカスつまみでピント調整を行った結
果、約50nmの空間分解能が達成された。この空間分
解能は、円筒レンズ10を設けない場合の分解能200
nmに比べて1/4の値である。
の電圧を印加して同様のPEEM像観察を行った。する
と、PEEM像はピンボケ状態になったが、対物レンズ
10によるフォーカスつまみでピント調整を行った結
果、約50nmの空間分解能が達成された。この空間分
解能は、円筒レンズ10を設けない場合の分解能200
nmに比べて1/4の値である。
【0027】すなわち、本実施例の光電子顕微鏡装置を
用い、その円筒形静電レンズ10に電圧を印加して、固
体試料6の表面付近に発散型の電位分布を形成すれば、
円筒形静電レンズ10を使用しない従来の光電子顕微鏡
装置と比較して、同一条件(同一の加速電圧、ギャップ
等)における空間分解能を格段に向上できることが確認
できた。
用い、その円筒形静電レンズ10に電圧を印加して、固
体試料6の表面付近に発散型の電位分布を形成すれば、
円筒形静電レンズ10を使用しない従来の光電子顕微鏡
装置と比較して、同一条件(同一の加速電圧、ギャップ
等)における空間分解能を格段に向上できることが確認
できた。
【0028】<実施例2>実施例1の光電子顕微鏡装置
において、円筒形静電レンズ10の代わりに、図2に示
した円形ワイヤー12を取り付けた。本実施例において
は、円形ワイヤー12として、直径50mmの円形ワイ
ヤーを用い、マニピュレータにより上下移動を可能にし
た構成にした。
において、円筒形静電レンズ10の代わりに、図2に示
した円形ワイヤー12を取り付けた。本実施例において
は、円形ワイヤー12として、直径50mmの円形ワイ
ヤーを用い、マニピュレータにより上下移動を可能にし
た構成にした。
【0029】この光電子顕微鏡装置に、放電しやすい材
料からなる固体試料6を設置した。この固体試料6およ
び円形ワイヤー12をアース準位と一致させ、加速電圧
6kVの条件でPEEM像観察を実施しようとしたとこ
ろ、放電が生じる場合があったので観察は不可能であっ
た。
料からなる固体試料6を設置した。この固体試料6およ
び円形ワイヤー12をアース準位と一致させ、加速電圧
6kVの条件でPEEM像観察を実施しようとしたとこ
ろ、放電が生じる場合があったので観察は不可能であっ
た。
【0030】そこで、加速電圧を5kVとし、かつ、こ
の円形ワイヤー12に2kVの電圧を印加し、上下位置
とピント調整を行った結果、約200nmの空間分解能
が得られた。この空間分解能は、円形ワイヤー12を設
けない場合の分解能600nmに比べて1/3の値であ
り、加速電圧15kVに相当するものである。
の円形ワイヤー12に2kVの電圧を印加し、上下位置
とピント調整を行った結果、約200nmの空間分解能
が得られた。この空間分解能は、円形ワイヤー12を設
けない場合の分解能600nmに比べて1/3の値であ
り、加速電圧15kVに相当するものである。
【0031】すなわち、本実施例の光電子顕微鏡装置に
おいても、同様に、空間分解能を格段に向上できること
が確認できた。
おいても、同様に、空間分解能を格段に向上できること
が確認できた。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光電子顕
微鏡装置は、試料表面−電子レンズ間に円筒形静電レン
ズまたは円形ワイヤを備えているので、試料表面付近に
発散型の電位分布を形成でき、これにより色収差等を低
減でき、空間分解能を向上できる。
微鏡装置は、試料表面−電子レンズ間に円筒形静電レン
ズまたは円形ワイヤを備えているので、試料表面付近に
発散型の電位分布を形成でき、これにより色収差等を低
減でき、空間分解能を向上できる。
【0033】さらに、試料表面−電子レンズ間のギャッ
プを狭くしなくても、また、加速電圧を特に高くしなく
ても空間分解能を向上できるので、電子レンズと試料間
で生じる放電を抑制できる。すなわち、たとえ試料が放
電し易い材料であっても、放電の危険をおかさずに、高
い空間分解能でPEEM観察を実施できる。
プを狭くしなくても、また、加速電圧を特に高くしなく
ても空間分解能を向上できるので、電子レンズと試料間
で生じる放電を抑制できる。すなわち、たとえ試料が放
電し易い材料であっても、放電の危険をおかさずに、高
い空間分解能でPEEM観察を実施できる。
【図1】本発明の光電子顕微鏡装置の主要部の一実施形
態を示す模式図である。
態を示す模式図である。
【図2】図1に示した円筒形静電レンズ10の代わりに
使用できる円形ワイヤーを示す模式図である。
使用できる円形ワイヤーを示す模式図である。
1 鏡筒 2 対物レンズ 3 中間レンズ 4 投射レンズ 5 蛍光板 6 固体試料 7 真空容器 8 紫外光導入ポート 9 紫外光 10 円筒形静電レンズ 11 セラミック部材 12 円形ワイヤー
Claims (4)
- 【請求項1】 紫外光またはX線を固体試料の表面に照
射することによって発生する光電子を、少なくとも対物
レンズを介して検出する光電子顕微鏡装置において、該
固体試料の表面と該対物レンズの間に、円筒形静電レン
ズまたは円形ワイヤを備えることを特徴とする光電子顕
微鏡装置。 - 【請求項2】 円筒形静電レンズまたは円形ワイヤに電
圧を印加する手段を備える請求項1記載の光電子顕微鏡
装置。 - 【請求項3】 円筒形静電レンズまたは円形ワイヤに印
加する電圧が、20kV以下である請求項2記載の光電
子顕微鏡装置。 - 【請求項4】 円筒形静電レンズまたは円形ワイヤは、
固体試料の表面付近に発散型の電位分布を形成するもの
である請求項1〜3の何れか一項記載の光電子顕微鏡装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11148195A JP2000340161A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 光電子顕微鏡装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11148195A JP2000340161A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 光電子顕微鏡装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000340161A true JP2000340161A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15447392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11148195A Pending JP2000340161A (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 光電子顕微鏡装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000340161A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006349384A (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | National Institute For Materials Science | 絶縁物試料の帯電又は電位歪みを抑制した放射電子顕微鏡装置及び試料観察方法 |
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1999
- 1999-05-27 JP JP11148195A patent/JP2000340161A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006349384A (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | National Institute For Materials Science | 絶縁物試料の帯電又は電位歪みを抑制した放射電子顕微鏡装置及び試料観察方法 |
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