JP3533335B2 - 化学分析用複合放出電子顕微鏡装置 - Google Patents
化学分析用複合放出電子顕微鏡装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線、電子線、紫
外線を用いた化学分析用複合放出電子顕微鏡装置に関す
るものである。
外線を用いた化学分析用複合放出電子顕微鏡装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】１９７０年以後の超高真空技術の進歩に
より、金属、半導体、酸化物などの単結晶清浄表面の調
製が容易となり、電子分光、電子線回折を中心とした表
面分析手法の進展とあいまって、素姓が明確な（ｗｅｌ
ｌ−ｄｅｆｉｎｅｄ）固体表面における構造や再配列、
電子状態、吸着状態等の様々な現象が明らかになった。
こうした素姓が明確な単結晶表面は、その構造と表面の
化学反応や触媒作用との関連性を解明するためのモデル
となると考えられ、例えば、結晶面方位、ステップやキ
ンクによる活性の違い、修飾表面の活性変化等の新しい
事実が明らかにされてきた。一方、反応条件下（気相ガ
ス存在下、高温下）で固体表面の構造がダイナミックに
変化していることも明らかになり、その場〔インサイチ
ュー（ｉｎ ｓｉｔｕ）〕条件下での実時間分析が重要
視されている。
より、金属、半導体、酸化物などの単結晶清浄表面の調
製が容易となり、電子分光、電子線回折を中心とした表
面分析手法の進展とあいまって、素姓が明確な（ｗｅｌ
ｌ−ｄｅｆｉｎｅｄ）固体表面における構造や再配列、
電子状態、吸着状態等の様々な現象が明らかになった。
こうした素姓が明確な単結晶表面は、その構造と表面の
化学反応や触媒作用との関連性を解明するためのモデル
となると考えられ、例えば、結晶面方位、ステップやキ
ンクによる活性の違い、修飾表面の活性変化等の新しい
事実が明らかにされてきた。一方、反応条件下（気相ガ
ス存在下、高温下）で固体表面の構造がダイナミックに
変化していることも明らかになり、その場〔インサイチ
ュー（ｉｎ ｓｉｔｕ）〕条件下での実時間分析が重要
視されている。
【０００３】さて、単結晶表面における化学反応や相転
移吸着拡散などの表面現象は、空間的に均一に起きてい
るわけではない。したがって「リアルタイム」での表面
イメージングを行うことで、こうした表面現象を直感的
にとらえることができる。
移吸着拡散などの表面現象は、空間的に均一に起きてい
るわけではない。したがって「リアルタイム」での表面
イメージングを行うことで、こうした表面現象を直感的
にとらえることができる。
【０００４】走査トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ
Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＴ
Ｍ）、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＦＭ）などの走査プローブ顕微
鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｙ：ＳＰＭ）や透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓ
ｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：Ｔ
ＥＭ）は、原子・分子レベルのミクロ現象を直接とらえ
ることができる。
Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＴ
Ｍ）、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＦＭ）などの走査プローブ顕微
鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｙ：ＳＰＭ）や透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓ
ｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：Ｔ
ＥＭ）は、原子・分子レベルのミクロ現象を直接とらえ
ることができる。
【０００５】一方、単結晶表面の物性は原子・分子がい
くつか集まった数ｎｍから数μｍのいわゆるメゾスコピ
ック領域で発現されることが多い。こうしたメゾスコピ
ック領域のリアルタイムイメージング法として、光放出
電子顕微鏡（Ｐｈｏｔｏｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＰＥＥＭ）がある。
くつか集まった数ｎｍから数μｍのいわゆるメゾスコピ
ック領域で発現されることが多い。こうしたメゾスコピ
ック領域のリアルタイムイメージング法として、光放出
電子顕微鏡（Ｐｈｏｔｏｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＰＥＥＭ）がある。
【０００６】このＰＥＥＭは、表面の仕事関数に比例し
て光電子が飛び出すことを利用して、表面のリアルタイ
ムイメージングを行う手法である。これを用いてＣＯ酸
化反応中にＰt （１１０）表面に発生する拡散反応濃度
パターンの動画像の測定に成功している。
て光電子が飛び出すことを利用して、表面のリアルタイ
ムイメージングを行う手法である。これを用いてＣＯ酸
化反応中にＰt （１１０）表面に発生する拡散反応濃度
パターンの動画像の測定に成功している。
【０００７】単結晶表面の化学過程では、様々な元素が
共存し、その元素の状態が変化していく。そのため元素
あるいはその電子状態に対し、マッピングができる測定
法が望まれる。元素分析によりマッピングを行える手法
としては、分析電子顕微鏡やＳＡＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ
Ａｕｇｅｒ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）等があり、１０ｎ
ｍを切る分解能で元素分析を行うことができる。また、
表面に敏感な手法としてはＩｍａｇｉｎｇ ＸＰＳが近
年盛んに用いられるようになっている。
共存し、その元素の状態が変化していく。そのため元素
あるいはその電子状態に対し、マッピングができる測定
法が望まれる。元素分析によりマッピングを行える手法
としては、分析電子顕微鏡やＳＡＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ
Ａｕｇｅｒ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）等があり、１０ｎ
ｍを切る分解能で元素分析を行うことができる。また、
表面に敏感な手法としてはＩｍａｇｉｎｇ ＸＰＳが近
年盛んに用いられるようになっている。
【０００８】一方、原田らは、低速電子線回折顕微鏡
（Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ：ＬＥＥＭ）装置に新たに光源として準安
定原子源を装備し、さらにエネルギー分析器を装着した
メタステーブル電子放出顕微鏡（Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ：ＭＥＥＭ）を開発した。
（Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ：ＬＥＥＭ）装置に新たに光源として準安
定原子源を装備し、さらにエネルギー分析器を装着した
メタステーブル電子放出顕微鏡（Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ：ＭＥＥＭ）を開発した。
【０００９】上記した低速電子線回折顕微鏡（ＬＥＥ
Ｍ）は、低速電子線回折の技術の応用により表面の構造
や電子状態の情報が得られる装置である。メタステーブ
ル電子放出顕微鏡（ＭＥＥＭ）では、この装置に、メタ
ステーブル原子源を組み込み、表面原子とのペニングイ
オン化過程にて発生する電子を用いて表面像の観察及び
ペニングイオン化スペクトルを観察することで、表面の
化学状態が観察されている。しかしながら、このメタス
テーブル電子放出顕微鏡（ＭＥＥＭ）の分光エネルギー
はせいぜい４０〜５０ｅＶ程度で、表面原子の価電子状
態の情報により、分析、表面マッピングするものであ
る。
Ｍ）は、低速電子線回折の技術の応用により表面の構造
や電子状態の情報が得られる装置である。メタステーブ
ル電子放出顕微鏡（ＭＥＥＭ）では、この装置に、メタ
ステーブル原子源を組み込み、表面原子とのペニングイ
オン化過程にて発生する電子を用いて表面像の観察及び
ペニングイオン化スペクトルを観察することで、表面の
化学状態が観察されている。しかしながら、このメタス
テーブル電子放出顕微鏡（ＭＥＥＭ）の分光エネルギー
はせいぜい４０〜５０ｅＶ程度で、表面原子の価電子状
態の情報により、分析、表面マッピングするものであ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】一方、原子の種類や価
数等の化学状態に関する情報によりマッピングするため
には、１００ｅＶ以上の結合エネルギーを持つ内殻電子
を励起しなければならないが、上記した従来のＬＥＥ
Ｍ、ＭＥＥＭとも、光源のエネルギーが低加速（４０〜
５０ｅＶ程度）のため、内殻電子の励起に用いることが
できないという問題があった。
数等の化学状態に関する情報によりマッピングするため
には、１００ｅＶ以上の結合エネルギーを持つ内殻電子
を励起しなければならないが、上記した従来のＬＥＥ
Ｍ、ＭＥＥＭとも、光源のエネルギーが低加速（４０〜
５０ｅＶ程度）のため、内殻電子の励起に用いることが
できないという問題があった。
【００１１】本発明は、上記問題点を除去し、内殻電子
の励起を可能にし、原子の種類や価数等の化学状態に関
する情報によりマッピングすることにより、サンプル表
面のメゾスコピックサイズの微小領域の計測を行うこと
ができる化学分析用複合放出電子顕微鏡装置を提供する
ことを目的とする。
の励起を可能にし、原子の種類や価数等の化学状態に関
する情報によりマッピングすることにより、サンプル表
面のメゾスコピックサイズの微小領域の計測を行うこと
ができる化学分析用複合放出電子顕微鏡装置を提供する
ことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕化学分析用複合放出電子顕微鏡装置において、内
殻電子の励起用高速の電子線源とＸ線源と重水素ランプ
との３種類の光源と、サンプルにかかる印加電圧調整手
段とを低速電子線回折顕微鏡の装置に組み込み、同一の
場所を、同一光学系を用いて前記光源を選択することに
より、サンプルの構造の情報を０．１μｍの位置分解能
で測定する低速電子 線回折顕微鏡（ＬＥＥＭ）、サンプ
ルの表面の凹凸の情報を１μｍの位置分解能で測定する
ミラー電子顕微鏡（ＭＥＭ）、元素・化学状態の情報を
０．１μｍの位置分解能で測定するオージェ放出電子顕
微鏡（ＡＥＥＭ）、化学状態の情報を０．１μｍの位置
分解能で測定する２次放出電子顕微鏡（ＳＥＥＭ）、仕
事関数の情報を０．１μｍの位置分解能で測定する光放
出電子顕微鏡（ＰＥＥＭ）、元素・化学状態の情報を
０．１μｍの位置分解能で測定するＸ線光放出電子顕微
鏡（ＸＰＥＥＭ）として用いて、微小領域の同一表面を
多面的に解析するようにしたものである。
成するために、 〔１〕化学分析用複合放出電子顕微鏡装置において、内
殻電子の励起用高速の電子線源とＸ線源と重水素ランプ
との３種類の光源と、サンプルにかかる印加電圧調整手
段とを低速電子線回折顕微鏡の装置に組み込み、同一の
場所を、同一光学系を用いて前記光源を選択することに
より、サンプルの構造の情報を０．１μｍの位置分解能
で測定する低速電子 線回折顕微鏡（ＬＥＥＭ）、サンプ
ルの表面の凹凸の情報を１μｍの位置分解能で測定する
ミラー電子顕微鏡（ＭＥＭ）、元素・化学状態の情報を
０．１μｍの位置分解能で測定するオージェ放出電子顕
微鏡（ＡＥＥＭ）、化学状態の情報を０．１μｍの位置
分解能で測定する２次放出電子顕微鏡（ＳＥＥＭ）、仕
事関数の情報を０．１μｍの位置分解能で測定する光放
出電子顕微鏡（ＰＥＥＭ）、元素・化学状態の情報を
０．１μｍの位置分解能で測定するＸ線光放出電子顕微
鏡（ＸＰＥＥＭ）として用いて、微小領域の同一表面を
多面的に解析するようにしたものである。
【００１３】〔２〕上記〔１〕記載の化学分析用複合放
出電子顕微鏡装置において、前記電子線源からの入射電
子を曲げて前記サンプルに対して垂直に照射するととも
に、前記サンプルからの出射電子を電場と磁場を調整し
て光軸に直進するようにしたビーム分離電極を具備する
ようにしたものである。
出電子顕微鏡装置において、前記電子線源からの入射電
子を曲げて前記サンプルに対して垂直に照射するととも
に、前記サンプルからの出射電子を電場と磁場を調整し
て光軸に直進するようにしたビーム分離電極を具備する
ようにしたものである。
【００１４】〔３〕上記〔１〕記載の化学分析用複合放
出電子顕微鏡装置において、前記重水素ランプを用いる
ことにより、前記サンプルの表面の仕事関数により出射
する電子の数が異なることを利用して光放出電子顕微鏡
（ＰＥＥＭ）法による前記サンプルの表面観察を行うよ
うにしたものである。
出電子顕微鏡装置において、前記重水素ランプを用いる
ことにより、前記サンプルの表面の仕事関数により出射
する電子の数が異なることを利用して光放出電子顕微鏡
（ＰＥＥＭ）法による前記サンプルの表面観察を行うよ
うにしたものである。
【００１５】〔４〕上記〔１〕記載の化学分析用複合放
出電子顕微鏡装置において、前記顕微鏡部にアパーチャ
を導入することにより、サンプル部にガスを１０ -2 Ｐａ
くらいまで導入し、前記顕微鏡部の圧力の悪化を防ぎな
がら触媒反応下でのその場観察を可能にするようにした
ものである。
出電子顕微鏡装置において、前記顕微鏡部にアパーチャ
を導入することにより、サンプル部にガスを１０ -2 Ｐａ
くらいまで導入し、前記顕微鏡部の圧力の悪化を防ぎな
がら触媒反応下でのその場観察を可能にするようにした
ものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１７】エネルギー分析器を持つＬＥＥＭ装置に単
色Ｘ線源を付け、光電子ピークのエネルギー選別像を捕
らえることのできる、Ｘ線光放出電子顕微鏡（Ｘ−ｒａ
ｙ Ｐｈｏｔｏｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＥＥＭ）装置を開発した。
色Ｘ線源を付け、光電子ピークのエネルギー選別像を捕
らえることのできる、Ｘ線光放出電子顕微鏡（Ｘ−ｒａ
ｙ Ｐｈｏｔｏｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＥＥＭ）装置を開発した。
【００１８】この装置は、同一光学系を用いて光源を選
択することで構造に敏感なＬＥＥＭや鏡面反射を見るミ
ラー電子顕微鏡（Ｍｉｒｒｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＭＥＭ）、数ｋｅＶの電子を照射
し２次電子を結像する２次放出電子顕微鏡（Ｓｅｃｏｎ
ｄａｒｙ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＥＥＭ）、元素情報を含むオージ
ェ電子を結像するオージェ放出電子顕微鏡（Ａｕｇｅｒ
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ：ＡＥＥＭ）、さらに、ＰＥＥＭやＸＰＥＥＭ
を同時に設置できるという特徴を持っている。
択することで構造に敏感なＬＥＥＭや鏡面反射を見るミ
ラー電子顕微鏡（Ｍｉｒｒｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＭＥＭ）、数ｋｅＶの電子を照射
し２次電子を結像する２次放出電子顕微鏡（Ｓｅｃｏｎ
ｄａｒｙ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉ
ｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＥＥＭ）、元素情報を含むオージ
ェ電子を結像するオージェ放出電子顕微鏡（Ａｕｇｅｒ
Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｙ：ＡＥＥＭ）、さらに、ＰＥＥＭやＸＰＥＥＭ
を同時に設置できるという特徴を持っている。
【００１９】また、顕微鏡部にアパーチャーを導入する
ことにより、サンプル部にガスを１０-2Ｐａくらいまで
導入することができ、さらに顕微鏡部の圧力が悪化しな
いという特徴がある。これにより、触媒反応条件下での
その場観察が可能となった。
ことにより、サンプル部にガスを１０-2Ｐａくらいまで
導入することができ、さらに顕微鏡部の圧力が悪化しな
いという特徴がある。これにより、触媒反応条件下での
その場観察が可能となった。
【００２０】まず、本発明の第１実施例について説明す
る。
る。
【００２１】図１は本発明の化学分析用複合放出電子顕
微鏡装置の構成図である。
微鏡装置の構成図である。
【００２２】図１において、１はサンプル、１０はＸ線
源、１１はモノクロメーター、１２はＸ線、２０は電子
銃（電子線源）、２１，３３はスティグマー〔非点収差
補正レンズ（ＳＴＧ）〕、２２Ａ，２２Ｂは収束レン
ズ、２３，４３はスリット、２４は四重極、２６はビー
ム分離電極（ＢＳＥ：Ｂｅａｍ Ｓｅｐａｒａｔｏｒ
Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）、２７は対物レンズ、３０は重水
素ランプ、２５，３１，３５，３８，４５はディフレク
ター（偏光器）、３２，３７は中間レンズ（ＩＬ１，Ｉ
Ｌ２）、３４は角度制限スリット、３６は視野制限スリ
ット、３９は可動スクリーン（ＳＣ１）（蛍光板）、４
０はミラー、４１，４９はカメラ、４２はエネルギー分
析器（ＥＡ）、４２Ａはリタデーションレンズ〔減速レ
ンズ（ＲＬ）〕、４２Ｂはウィーンフィルタ、４２Ｃは
アクセレーションレンズ〔加速レンズ（ＡＬ）〕、４
４，４６，４７は投影レンズ、４８は蛍光スクリーン
〔ＳＣ２（ＭＰＣ）〕である。
源、１１はモノクロメーター、１２はＸ線、２０は電子
銃（電子線源）、２１，３３はスティグマー〔非点収差
補正レンズ（ＳＴＧ）〕、２２Ａ，２２Ｂは収束レン
ズ、２３，４３はスリット、２４は四重極、２６はビー
ム分離電極（ＢＳＥ：Ｂｅａｍ Ｓｅｐａｒａｔｏｒ
Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）、２７は対物レンズ、３０は重水
素ランプ、２５，３１，３５，３８，４５はディフレク
ター（偏光器）、３２，３７は中間レンズ（ＩＬ１，Ｉ
Ｌ２）、３４は角度制限スリット、３６は視野制限スリ
ット、３９は可動スクリーン（ＳＣ１）（蛍光板）、４
０はミラー、４１，４９はカメラ、４２はエネルギー分
析器（ＥＡ）、４２Ａはリタデーションレンズ〔減速レ
ンズ（ＲＬ）〕、４２Ｂはウィーンフィルタ、４２Ｃは
アクセレーションレンズ〔加速レンズ（ＡＬ）〕、４
４，４６，４７は投影レンズ、４８は蛍光スクリーン
〔ＳＣ２（ＭＰＣ）〕である。
【００２３】図１に示すように、内殻電子の励起用とし
ては、高加速の電子銃（約２ｋＶ以上）２０、またはＸ
線源（Ａｌ−Ｘ線：ｋα）１０をＬＥＥＭ（低速電子線
回折顕微鏡）の装置に組み込み、オージェ放出電子顕微
鏡（ＡＥＥＭ）、または光放出電子顕微鏡（ＸＰＥＥ
Ｍ）として利用することにより、表面原子の電子状態、
化学状態の分析が可能になる。
ては、高加速の電子銃（約２ｋＶ以上）２０、またはＸ
線源（Ａｌ−Ｘ線：ｋα）１０をＬＥＥＭ（低速電子線
回折顕微鏡）の装置に組み込み、オージェ放出電子顕微
鏡（ＡＥＥＭ）、または光放出電子顕微鏡（ＸＰＥＥ
Ｍ）として利用することにより、表面原子の電子状態、
化学状態の分析が可能になる。
【００２４】特に、ＡＥＥＭでは、電子線はサンプル１
に垂直に入射し、放出電子をサンプルの表面においてオ
ージェ電子の出射光軸に対して約±８度の検出角度で検
出するため、高感度の測定が可能である。また、ビーム
分離電極２６を用いて、入射と出射電子の光軸を一致さ
せ、出射電子の光軸は一直線上に配置する、いわゆる同
軸の検出法になるため、凹凸の影響が少ない表面像の観
察が可能である。
に垂直に入射し、放出電子をサンプルの表面においてオ
ージェ電子の出射光軸に対して約±８度の検出角度で検
出するため、高感度の測定が可能である。また、ビーム
分離電極２６を用いて、入射と出射電子の光軸を一致さ
せ、出射電子の光軸は一直線上に配置する、いわゆる同
軸の検出法になるため、凹凸の影響が少ない表面像の観
察が可能である。
【００２５】また、電子やＸ線照射により、表面から発
生する二次電子を利用して二次放出電子顕微鏡（ＳＥＥ
Ｍ）としても利用できる。
生する二次電子を利用して二次放出電子顕微鏡（ＳＥＥ
Ｍ）としても利用できる。
【００２６】図２は本発明の実施例を示す化学分析用複
合放出電子顕微鏡装置の電子線、Ｘ線照射部及びサンプ
ル室を示す図である。
合放出電子顕微鏡装置の電子線、Ｘ線照射部及びサンプ
ル室を示す図である。
【００２７】電子銃２０は電子線源にイオンポンプ（Ｉ
Ｐ２）１０１及びスリット２３を装着し、その場条件下
での測定が可能である。
Ｐ２）１０１及びスリット２３を装着し、その場条件下
での測定が可能である。
【００２８】Ｘ線源１０はＦの位置にフィラメントとＸ
線発生用のターゲットをおく。
線発生用のターゲットをおく。
【００２９】Ｘ線発生用のターゲットとしては、Ａｌを
使用した。Ｘ線に印加できる最大の負荷は１２ｋＶ×５
０ｍＡ（６００Ｗ）である。光源点より５００ｍｍ離れ
たところに、半径５００ｍｍのローランド円を持つ湾曲
分光結晶ミラー（Ｍ）１０３をおき、集光と分光を同時
に行う。ミラー１０３の材質としてはＳｉＯ2 （１０１
０）を今回使用した。更に、ミラー１０３から４８５ｍ
ｍ離れたところに、サンプル１をおき、Ｘ線を照射し、
光電子を飛び出させる。ミラー１０３とサンプル１の間
に、１．０μｍのアルミニウム薄膜Ｗをおき、サンプル
室とＸ線室を真空的に遮断することで、Ｘ線室内を高真
空に保ったまま、サンプル室にガスを導入し、その場観
測をすることが可能である。フィラメントとＸ線発生用
のターゲットの位置Ｆをサンプル室から離すことで、Ｘ
線発生用のターゲット及びフィラメントの酸化を防ぎ、
長時間のその場観測が可能である。また、独立のイオン
ポンプ１０１及びターボ分子ポンプにより、Ｘ線室内の
みを排気することにより、その場観測を可能にした。
使用した。Ｘ線に印加できる最大の負荷は１２ｋＶ×５
０ｍＡ（６００Ｗ）である。光源点より５００ｍｍ離れ
たところに、半径５００ｍｍのローランド円を持つ湾曲
分光結晶ミラー（Ｍ）１０３をおき、集光と分光を同時
に行う。ミラー１０３の材質としてはＳｉＯ2 （１０１
０）を今回使用した。更に、ミラー１０３から４８５ｍ
ｍ離れたところに、サンプル１をおき、Ｘ線を照射し、
光電子を飛び出させる。ミラー１０３とサンプル１の間
に、１．０μｍのアルミニウム薄膜Ｗをおき、サンプル
室とＸ線室を真空的に遮断することで、Ｘ線室内を高真
空に保ったまま、サンプル室にガスを導入し、その場観
測をすることが可能である。フィラメントとＸ線発生用
のターゲットの位置Ｆをサンプル室から離すことで、Ｘ
線発生用のターゲット及びフィラメントの酸化を防ぎ、
長時間のその場観測が可能である。また、独立のイオン
ポンプ１０１及びターボ分子ポンプにより、Ｘ線室内の
みを排気することにより、その場観測を可能にした。
【００３０】表１に本発明の化学分析用複合放出電子顕
微鏡装置で測定可能な方法とその特徴をまとめている。
微鏡装置で測定可能な方法とその特徴をまとめている。
【００３１】
【表１】
すなわち、この表に示すように、低速電子線回折顕微鏡
（ＬＥＥＭ）は、構造の情報を０．１μｍの位置分解能
で、ミラー電子顕微鏡（ＭＥＭ）は、表面の凹凸の情報
を１μｍの位置分解能で、オージェ放出電子顕微鏡（Ａ
ＥＥＭ）は、元素・化学状態の情報を０．１μｍの位置
分解能で、２次放出電子顕微鏡（ＳＥＥＭ）は、化学状
態の情報を０．１μｍの位置分解能で、光放出電子顕微
鏡（ＰＥＥＭ）は、仕事関数の情報を０．１μｍの位置
分解能で、Ｘ線光放出電子顕微鏡（ＸＰＥＥＭ）は、元
素・化学状態の情報を０．１μｍの位置分解能で、それ
ぞれ測定可能である。
（ＬＥＥＭ）は、構造の情報を０．１μｍの位置分解能
で、ミラー電子顕微鏡（ＭＥＭ）は、表面の凹凸の情報
を１μｍの位置分解能で、オージェ放出電子顕微鏡（Ａ
ＥＥＭ）は、元素・化学状態の情報を０．１μｍの位置
分解能で、２次放出電子顕微鏡（ＳＥＥＭ）は、化学状
態の情報を０．１μｍの位置分解能で、光放出電子顕微
鏡（ＰＥＥＭ）は、仕事関数の情報を０．１μｍの位置
分解能で、Ｘ線光放出電子顕微鏡（ＸＰＥＥＭ）は、元
素・化学状態の情報を０．１μｍの位置分解能で、それ
ぞれ測定可能である。
【００３２】このように、ＬＥＥＭの装置と別の光源と
の組み合わせにて、従来は利用されていない内殻電子の
情報を利用し、化学状態の分析、化学マッピングが可能
になる。
の組み合わせにて、従来は利用されていない内殻電子の
情報を利用し、化学状態の分析、化学マッピングが可能
になる。
【００３３】以下、この化学分析用複合放出電子顕微鏡
装置の各部をより具体的に説明する。
装置の各部をより具体的に説明する。
【００３４】この化学分析用複合放出電子顕微鏡装置は
３つの部分からなる。
３つの部分からなる。
【００３５】（１）第１の部分は光源である。
【００３６】この化学分析用複合放出電子顕微鏡装置の
特徴は、光源及びサンプルにかかる印加電圧を変えるだ
けで、同一の場所を別々の観測手段（ＬＥＥＭ，ＭＥ
Ｍ，ＡＥＥＭ，ＳＥＥＭ，ＰＥＥＭ及びＸＰＥＥＭ）で
サブμｍからμｍオーダーでの表面の画像化やスペクト
ル測定ができることである。
特徴は、光源及びサンプルにかかる印加電圧を変えるだ
けで、同一の場所を別々の観測手段（ＬＥＥＭ，ＭＥ
Ｍ，ＡＥＥＭ，ＳＥＥＭ，ＰＥＥＭ及びＸＰＥＥＭ）で
サブμｍからμｍオーダーでの表面の画像化やスペクト
ル測定ができることである。
【００３７】この化学分析用複合放出電子顕微鏡装置で
は、図１に示すように、光源としてＸ線源１０、電子銃
２０、重水素ランプ３０を装備した。この装置では、サ
ンプル１にかかる印加電圧を調整して、サンプル１への
入射電子やサンプル１からの出射電子の運動エネルギー
を変えることができる。
は、図１に示すように、光源としてＸ線源１０、電子銃
２０、重水素ランプ３０を装備した。この装置では、サ
ンプル１にかかる印加電圧を調整して、サンプル１への
入射電子やサンプル１からの出射電子の運動エネルギー
を変えることができる。
【００３８】Ｘ線源１０は、ＶＧ社製ＸＲ３Ｅ２Ｍを使
用し、最大負荷６００ＷのＡｌ−Ｋα線を用いた。ロー
ランド半径５００ｍｍのモノクロメーター１１により単
色化され、サンプル１の位置でＸ線１２の照射サイズは
１×３ｍｍ2 となる。Ｘ線源１０はＡｌ窓により隔離さ
れ、イオンポンプにより常に高真空に保つことができ
る。Ｘ線１２により励起された電子のうち最も強度の強
い、運動エネルギーがほぼ０ｅＶの２次電子を用いて結
像する場合、サンプル１に−１０ｋＶの高圧をかける
と、２次電子は約＋１０ｋＶの運動エネルギーを持つ電
子として対物レンズ（ＣＯＬ）２７に入射する。
用し、最大負荷６００ＷのＡｌ−Ｋα線を用いた。ロー
ランド半径５００ｍｍのモノクロメーター１１により単
色化され、サンプル１の位置でＸ線１２の照射サイズは
１×３ｍｍ2 となる。Ｘ線源１０はＡｌ窓により隔離さ
れ、イオンポンプにより常に高真空に保つことができ
る。Ｘ線１２により励起された電子のうち最も強度の強
い、運動エネルギーがほぼ０ｅＶの２次電子を用いて結
像する場合、サンプル１に−１０ｋＶの高圧をかける
と、２次電子は約＋１０ｋＶの運動エネルギーを持つ電
子として対物レンズ（ＣＯＬ）２７に入射する。
【００３９】電子線を光源にする場合は、ＬａＢ6 フィ
ラメントの電子銃２０を電子線源にし、電子銃２０に−
１０ｋｅＶを加える。電子銃２０から０Ｖの電圧がかか
る対物レンズ（ＣＯＬ）２７にいたるまでの間に電子は
１０ｋｅＶに加速されてサンプル１に向かうが、サンプ
ル１に−７．５ｋＶから−１０．１ｋＶの印加電圧をか
けているため電子は減速される。それぞれの入射電子の
運動エネルギーに応じて、表面の構造に敏感な低速電子
線回折スポットにより結像したＬＥＥＭ像、表面の電場
に敏感な鏡面反射電子によるＭＥＭ像、強度の強い２次
電子放出によるＳＥＥＭ像、さらにオージェ電子による
ＡＥＥＭ像に切り替えることができる。
ラメントの電子銃２０を電子線源にし、電子銃２０に−
１０ｋｅＶを加える。電子銃２０から０Ｖの電圧がかか
る対物レンズ（ＣＯＬ）２７にいたるまでの間に電子は
１０ｋｅＶに加速されてサンプル１に向かうが、サンプ
ル１に−７．５ｋＶから−１０．１ｋＶの印加電圧をか
けているため電子は減速される。それぞれの入射電子の
運動エネルギーに応じて、表面の構造に敏感な低速電子
線回折スポットにより結像したＬＥＥＭ像、表面の電場
に敏感な鏡面反射電子によるＭＥＭ像、強度の強い２次
電子放出によるＳＥＥＭ像、さらにオージェ電子による
ＡＥＥＭ像に切り替えることができる。
【００４０】さて、入射電子は上部の電子銃２０から、
サンプル１に対して垂直に照射し、さらにサンプル１か
らの出射電子についても光軸に直進するようにウィーン
フィルタ（Ｗｉｅｎ ｆｉｌｔｅｒ）をビーム分離電極
２６として使用した。すなわち、後述するように、電子
の進行方向により働くローレンツ力の方向が異なること
を利用して入射電子は、ビーム分離電極２６の部分で曲
げられるが、出射電子はビーム分離電極２６で直進する
ように電場と磁場を調整する。Ｂａｕｅｒ等は、入射電
子線と出射電子線がサンプルに対して対称になるような
配置をとっているが、本装置では、入射電子のみの進行
方向を曲げ、出射電子を直進させるようにしているの
で、軸あわせ等の光学条件を得る操作を行いやすくなっ
ている。
サンプル１に対して垂直に照射し、さらにサンプル１か
らの出射電子についても光軸に直進するようにウィーン
フィルタ（Ｗｉｅｎ ｆｉｌｔｅｒ）をビーム分離電極
２６として使用した。すなわち、後述するように、電子
の進行方向により働くローレンツ力の方向が異なること
を利用して入射電子は、ビーム分離電極２６の部分で曲
げられるが、出射電子はビーム分離電極２６で直進する
ように電場と磁場を調整する。Ｂａｕｅｒ等は、入射電
子線と出射電子線がサンプルに対して対称になるような
配置をとっているが、本装置では、入射電子のみの進行
方向を曲げ、出射電子を直進させるようにしているの
で、軸あわせ等の光学条件を得る操作を行いやすくなっ
ている。
【００４１】重水素ランプ３０を用いた場合、表面の仕
事関数φにより出射する電子の数Ｉが異なることを利用
したＰＥＥＭ法による表面観察を行うことができる。表
面から光励起により放出される光電子の数Ｉは、次式に
より表すことができる。
事関数φにより出射する電子の数Ｉが異なることを利用
したＰＥＥＭ法による表面観察を行うことができる。表
面から光励起により放出される光電子の数Ｉは、次式に
より表すことができる。
【００４２】
Ｉ＝（ｈν−φ）2 …（１）
重水素ランプ３０は、６．５ｅＶにピークをもつ幅広い
分布のスペクトルを与え、仕事関数に応じた光電子放出
が行われ、仕事関数の違いによる表面のイメージを得る
ことができる。電子の持つ運動エネルギーは、ｈν−φ
であり、サンプル１と対物レンズ（ＣＯＬ）２７の間に
かかっている８．５〜１０ｋＶの電場により加速されて
対物レンズ（ＣＯＬ）２７に入る。
分布のスペクトルを与え、仕事関数に応じた光電子放出
が行われ、仕事関数の違いによる表面のイメージを得る
ことができる。電子の持つ運動エネルギーは、ｈν−φ
であり、サンプル１と対物レンズ（ＣＯＬ）２７の間に
かかっている８．５〜１０ｋＶの電場により加速されて
対物レンズ（ＣＯＬ）２７に入る。
【００４３】（２）第２の部分は電子レンズ系である。
【００４４】対物レンズ（ＣＯＬ）２７は、サンプル１
を１つの電極とした４極対物レンズ系を採用した。３極
対物レンズに比べ、高圧を加える必要があるが、分解能
は高くなる特徴を有する。対物レンズ（ＣＯＬ）２７の
開孔径は、直径２ｍｍの細孔である。第１電極と第３電
極とはグラウンドに落ちている。第２電極に焦点を合わ
せるための電圧を印加する。サンプル１には−１０ｋＶ
の高圧をかけ第１電極の間に形成された電場で電子を加
速し、電極に集める。
を１つの電極とした４極対物レンズ系を採用した。３極
対物レンズに比べ、高圧を加える必要があるが、分解能
は高くなる特徴を有する。対物レンズ（ＣＯＬ）２７の
開孔径は、直径２ｍｍの細孔である。第１電極と第３電
極とはグラウンドに落ちている。第２電極に焦点を合わ
せるための電圧を印加する。サンプル１には−１０ｋＶ
の高圧をかけ第１電極の間に形成された電場で電子を加
速し、電極に集める。
【００４５】対物レンズ（ＣＯＬ）２７を通過した電子
は非点収差補正レンズ（ＳＴＧ）３３、光路を調整する
偏光器（ＤＦ，ＳＡＡ，ＡＮＡ）３１，３５，３８を通
り中間レンズ（ＩＬ１，ＩＬ２）３２，３７により、可
動スクリーン（ＳＣ１）３９の位置に結像する。中間レ
ンズ３２と第１結像位置との間には、収差を取り除き空
間分解能を向上させるための角度制限スリット（Ａｎｇ
ｌｅ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ａｐｅｒｔｕｒｅ）３４およ
び特定のドメインからの光電子を取り出すための視野制
限スリット（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｒｅａ ａｐｅｒｔ
ｕｒｅ）３６がある。
は非点収差補正レンズ（ＳＴＧ）３３、光路を調整する
偏光器（ＤＦ，ＳＡＡ，ＡＮＡ）３１，３５，３８を通
り中間レンズ（ＩＬ１，ＩＬ２）３２，３７により、可
動スクリーン（ＳＣ１）３９の位置に結像する。中間レ
ンズ３２と第１結像位置との間には、収差を取り除き空
間分解能を向上させるための角度制限スリット（Ａｎｇ
ｌｅ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ａｐｅｒｔｕｒｅ）３４およ
び特定のドメインからの光電子を取り出すための視野制
限スリット（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｒｅａ ａｐｅｒｔ
ｕｒｅ）３６がある。
【００４６】可動スクリーン（ＳＣ１）３９の位置で観
測される像はＰＥＥＭやＸＰＥＥＭでは、サンプル１か
ら出た時の運動エネルギーが０ｅＶに近い２次電子の像
であり、ＬＥＥＭやＭＥＭでは弾性反射や回折の電子像
となる。これをさらに投影レンズ（ＰＬ）４４，４６，
４７で拡大し、ＭＣＰで感度をあげて最終的に蛍光スク
リーン（ＳＣ２）４８上に投影させる。最後の倍率は、
約１０００倍程度である。
測される像はＰＥＥＭやＸＰＥＥＭでは、サンプル１か
ら出た時の運動エネルギーが０ｅＶに近い２次電子の像
であり、ＬＥＥＭやＭＥＭでは弾性反射や回折の電子像
となる。これをさらに投影レンズ（ＰＬ）４４，４６，
４７で拡大し、ＭＣＰで感度をあげて最終的に蛍光スク
リーン（ＳＣ２）４８上に投影させる。最後の倍率は、
約１０００倍程度である。
【００４７】（３）一方、特定の運動エネルギーをもつ
光電子やオージェ電子により像を得たいときには、第３
の部分であるエネルギー分析器（ＥＡ）４２を用いて、
光電子等のエネルギーを選別した後、投影レンズ系４
４，４６，４７で拡大し蛍光スクリーン〔ＳＣ２（ＭＣ
Ｐ）〕４８上にエネルギー分析像として結像される。
光電子やオージェ電子により像を得たいときには、第３
の部分であるエネルギー分析器（ＥＡ）４２を用いて、
光電子等のエネルギーを選別した後、投影レンズ系４
４，４６，４７で拡大し蛍光スクリーン〔ＳＣ２（ＭＣ
Ｐ）〕４８上にエネルギー分析像として結像される。
【００４８】エネルギー分析器（以下、ＥＡと略す）４
２として、光軸がずれず、高感度、高分解能でエネルギ
ー選別ができるウィーンフィルタ４２Ｂを用いた。ま
ず、減速レンズ（ＲＬ）４２Ａで入射電子を減速させ
る。減速された電子は、ウィーンフィルタ４２Ｂに入
る。ウィーンフィルタ４２Ｂ部分では電場Ｅと磁場Ｂを
電子の進行方向に垂直にかける。これにより、電子は、 Ｆ＝−ｅ（Ｅ＋ｖ×Ｂ） …（２） の力を受ける。したがって、電場Ｅと磁場Ｂを適当に選
ぶことで、特定の運動エネルギーＥkin ＝ｍｖ2 ／２を
もつ電子が受ける力を０にし、その電子を直進させるこ
とができる。しかし、Ｅkin がこの値と異なる場合は、
電子の軌道は曲げられてしまう。ウィーンフィルタ４２
Ｂを通った電子は加速レンズ（ＡＬ）４２Ｃにより加速
され、再び、１０ｋｅＶのエネルギーを持つ。図１のエ
ネルギー選別スリット（Ｅｎｅｒｇｙ ｓｅｌｅｃｔｉ
ｏｎ ｓｌｉｔ）４３を入れて掃引することで、光電子
スペクトルを測定できる。さらに、ウィーンフィルタ４
２Ｂのレンズ効果により特定エネルギーをスリット４３
で選別して結像することで、ＡＥＥＭやＸＰＥＥＭのエ
ネルギー選別像を取ることができる。減速率とエネルギ
ー選別スリット４３の幅でエネルギー分解能が決められ
る。これらのシグナルや像はＭＣＰにより増幅され、蛍
光スクリーン（ＳＣ２）４８に結像される。
２として、光軸がずれず、高感度、高分解能でエネルギ
ー選別ができるウィーンフィルタ４２Ｂを用いた。ま
ず、減速レンズ（ＲＬ）４２Ａで入射電子を減速させ
る。減速された電子は、ウィーンフィルタ４２Ｂに入
る。ウィーンフィルタ４２Ｂ部分では電場Ｅと磁場Ｂを
電子の進行方向に垂直にかける。これにより、電子は、 Ｆ＝−ｅ（Ｅ＋ｖ×Ｂ） …（２） の力を受ける。したがって、電場Ｅと磁場Ｂを適当に選
ぶことで、特定の運動エネルギーＥkin ＝ｍｖ2 ／２を
もつ電子が受ける力を０にし、その電子を直進させるこ
とができる。しかし、Ｅkin がこの値と異なる場合は、
電子の軌道は曲げられてしまう。ウィーンフィルタ４２
Ｂを通った電子は加速レンズ（ＡＬ）４２Ｃにより加速
され、再び、１０ｋｅＶのエネルギーを持つ。図１のエ
ネルギー選別スリット（Ｅｎｅｒｇｙ ｓｅｌｅｃｔｉ
ｏｎ ｓｌｉｔ）４３を入れて掃引することで、光電子
スペクトルを測定できる。さらに、ウィーンフィルタ４
２Ｂのレンズ効果により特定エネルギーをスリット４３
で選別して結像することで、ＡＥＥＭやＸＰＥＥＭのエ
ネルギー選別像を取ることができる。減速率とエネルギ
ー選別スリット４３の幅でエネルギー分解能が決められ
る。これらのシグナルや像はＭＣＰにより増幅され、蛍
光スクリーン（ＳＣ２）４８に結像される。
【００４９】その結果
〔１〕ＡＥＥＭ
一方、サンプルに−８ｋＶから−９ｋＶの電圧を印加す
ると、１〜２ｋｅＶの高速の電子がサンプルに入射す
る。この場合、サンプルからは、オージェ電子や２次電
子などが放出される。強度が強い２次電子を用いて結像
したものがＳＥＥＭ像である。一方、元素および化学状
態情報を持つオージェ電子をＥＡにより選別し元素種の
違い、化学状態の違いを画像化したものがＡＥＥＭであ
る。Ａｇ蒸着ＣｕメッシュにおいてＡｇのオージェ電子
を選別し、ＡＥＥＭ像を検出した。
ると、１〜２ｋｅＶの高速の電子がサンプルに入射す
る。この場合、サンプルからは、オージェ電子や２次電
子などが放出される。強度が強い２次電子を用いて結像
したものがＳＥＥＭ像である。一方、元素および化学状
態情報を持つオージェ電子をＥＡにより選別し元素種の
違い、化学状態の違いを画像化したものがＡＥＥＭであ
る。Ａｇ蒸着ＣｕメッシュにおいてＡｇのオージェ電子
を選別し、ＡＥＥＭ像を検出した。
【００５０】図３はそのＡＥＥＭ像を示す図である。
【００５１】図３（ａ）は、ＥＡでエネルギー分散させ
た、電子の分散像を得たものである。ここでは、運動エ
ネルギー３５０ｅＶ付近のＡｇＭＮＮのオージェ電子放
出に対応するピークを与えた。次に、エネルギー選別ス
リットを入れて、このピークに対応したエネルギーを切
り出し、実空間を結像したのが図３（ｂ）である。Ａｇ
が存在する３０μｍ間隔のメッシュ部分がより明るく見
えている。これはビデオの１フレーム（２５ｍｓ）によ
り得られた像であり、リアルタイムイメージが可能であ
る。
た、電子の分散像を得たものである。ここでは、運動エ
ネルギー３５０ｅＶ付近のＡｇＭＮＮのオージェ電子放
出に対応するピークを与えた。次に、エネルギー選別ス
リットを入れて、このピークに対応したエネルギーを切
り出し、実空間を結像したのが図３（ｂ）である。Ａｇ
が存在する３０μｍ間隔のメッシュ部分がより明るく見
えている。これはビデオの１フレーム（２５ｍｓ）によ
り得られた像であり、リアルタイムイメージが可能であ
る。
【００５２】〔２〕ＸＰＥＥＭ
一方、光源をＸ線に変えることでＸＰＥＥＭの測定がで
きる。Ｘ線をサンプル表面に照射するとフェルミ付近の
価電子、光電子、オージェ電子などが励起され、最もエ
ネルギーの低いところに２次電子が出現する。２次電子
は、直接元素に関する情報は含んでいないが、重い元素
は光電子放出しやすいので強度は最も強く、明るくな
る。そのため、原子番号の違いで粗いマッピングをする
ことができる。
きる。Ｘ線をサンプル表面に照射するとフェルミ付近の
価電子、光電子、オージェ電子などが励起され、最もエ
ネルギーの低いところに２次電子が出現する。２次電子
は、直接元素に関する情報は含んでいないが、重い元素
は光電子放出しやすいので強度は最も強く、明るくな
る。そのため、原子番号の違いで粗いマッピングをする
ことができる。
【００５３】図４はそのＸＰＥＥＭ像を示す図である。
【００５４】図４（ａ）に２次電子によるＳｉ（１１
１）基板上にＡｕの３０×３０μｍ2 の正方形アイラン
ドを格子状に並べたもののＸＰＥＥＭ像を示した。Ａｕ
からのＸ線光電子放出が多く起こっているため最も明る
く見える。またこの像もリアルタイムで観察できる。
１）基板上にＡｕの３０×３０μｍ2 の正方形アイラン
ドを格子状に並べたもののＸＰＥＥＭ像を示した。Ａｕ
からのＸ線光電子放出が多く起こっているため最も明る
く見える。またこの像もリアルタイムで観察できる。
【００５５】一方、Ｘ線光電子ピークをＥＡによりエネ
ルギー分散させ、そのＡｕのエネルギー分散像を測定し
たのが、図４（ｂ）である。Ａｕ４ｆ7/2 と４ｆ5/2 の
それぞれ８４．０と８７．７ｅＶのものが分離して見え
る。ここでＡｕ４ｆ5/2 のスペクトルの半値幅を測定す
ると１．３ｅＶであった。測定は高感度冷却ＣＣＤカメ
ラで１０分積算したものである。
ルギー分散させ、そのＡｕのエネルギー分散像を測定し
たのが、図４（ｂ）である。Ａｕ４ｆ7/2 と４ｆ5/2 の
それぞれ８４．０と８７．７ｅＶのものが分離して見え
る。ここでＡｕ４ｆ5/2 のスペクトルの半値幅を測定す
ると１．３ｅＶであった。測定は高感度冷却ＣＣＤカメ
ラで１０分積算したものである。
【００５６】このように、この装置は、電子線や光、Ｘ
線を用いて表面の物質分布、構造分布、元素分布を実時
間に近い速さで画像化することができる。さらに、光源
やサンプルの印加電圧を変えることにより、同一の表面
をＬＥＥＭ，ＭＥＭ，ＡＥＥＭ，ＳＥＥＭ，ＰＥＥＭお
よびＸＰＥＥＭの様々な顕微鏡的手法に切り替えて観察
できる。それにより、微小領域の同一表面を多面的に解
析できる。
線を用いて表面の物質分布、構造分布、元素分布を実時
間に近い速さで画像化することができる。さらに、光源
やサンプルの印加電圧を変えることにより、同一の表面
をＬＥＥＭ，ＭＥＭ，ＡＥＥＭ，ＳＥＥＭ，ＰＥＥＭお
よびＸＰＥＥＭの様々な顕微鏡的手法に切り替えて観察
できる。それにより、微小領域の同一表面を多面的に解
析できる。
【００５７】オージェピークをマッピングするＡＥＥＭ
は、従来使用されているＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）などに組み込
まれたＳＡＭに比べ、電子線を走査する必要がないため
リアルタイム画像化ができるという特徴がある。また、
物質の分布だけで元素の同定を必要としない場合には、
ＳＥＥＭのみで非常に明るい像を極めて短時間に得るこ
とができる。
は、従来使用されているＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）などに組み込
まれたＳＡＭに比べ、電子線を走査する必要がないため
リアルタイム画像化ができるという特徴がある。また、
物質の分布だけで元素の同定を必要としない場合には、
ＳＥＥＭのみで非常に明るい像を極めて短時間に得るこ
とができる。
【００５８】なお、本装置は光源として汎用のＸ線源を
用いているが、シンクロトロン放出をＸＰＥＥＭの線源
とすることで相当の時間短縮が期待できる。
用いているが、シンクロトロン放出をＸＰＥＥＭの線源
とすることで相当の時間短縮が期待できる。
【００５９】しかし、シンクロトロン放出では、電子蓄
積リングという特別な巨大施設を必要とすることから、
研究室で用いる装置とするには問題がある。したがっ
て、今後プラズマＸ線源の利用などが考えられる。
積リングという特別な巨大施設を必要とすることから、
研究室で用いる装置とするには問題がある。したがっ
て、今後プラズマＸ線源の利用などが考えられる。
【００６０】こうした光源の進歩により、測定の高速
化、高空間分解能化、高エネルギー分解能化が進み、メ
ゾスコピック領域の表面科学の進歩を促すものと期待さ
れる。
化、高空間分解能化、高エネルギー分解能化が進み、メ
ゾスコピック領域の表面科学の進歩を促すものと期待さ
れる。
【００６１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００６２】
【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果を奏
することができる。
することができる。
【００６３】（Ａ）従来の放出電子顕微鏡装置を改良
し、Ｘ線光電子やオージェ電子といった内殻励起電子分
光による表面化学状態マッピングを高感度で行うことが
できる。
し、Ｘ線光電子やオージェ電子といった内殻励起電子分
光による表面化学状態マッピングを高感度で行うことが
できる。
【００６４】このように、ＬＥＥＭの装置と別の光源と
の組み合わせにより、従来は利用されていない内殻電子
の情報を利用し、化学状態の分析、化学マッピングが可
能になる。
の組み合わせにより、従来は利用されていない内殻電子
の情報を利用し、化学状態の分析、化学マッピングが可
能になる。
【００６５】（Ｂ）特に、ＡＥＥＭでは、電子線はサン
プルに垂直に入射し、放出電子をサンプルの表面におい
てオージェ電子の出射光軸に対して約±８度の検出角度
で検出するため、高感度の測定が可能である。
プルに垂直に入射し、放出電子をサンプルの表面におい
てオージェ電子の出射光軸に対して約±８度の検出角度
で検出するため、高感度の測定が可能である。
【００６６】（Ｃ）また、ビーム分離電極を用いて、入
射と出射電子の光軸と一致させ、出射電子の光軸を一直
線に配置するようにしているため、いわゆる、同軸の検
出法になり、凹凸の影響が少ない表面像の観察が可能で
ある。
射と出射電子の光軸と一致させ、出射電子の光軸を一直
線に配置するようにしているため、いわゆる、同軸の検
出法になり、凹凸の影響が少ない表面像の観察が可能で
ある。
【００６７】（Ｄ）更に、電子やＸ線照射により表面か
ら発生する二次電子を利用して二次放出電子顕微鏡（Ｓ
ＥＥＭ）としても利用できる。
ら発生する二次電子を利用して二次放出電子顕微鏡（Ｓ
ＥＥＭ）としても利用できる。
【図１】本発明の化学分析用複合放出電子顕微鏡装置の
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明の実施例を示す化学分析用複合放出電子
顕微鏡装置の電子線、Ｘ線照射部及びサンプル室を示す
図である。
顕微鏡装置の電子線、Ｘ線照射部及びサンプル室を示す
図である。
【図３】本発明の実施例を示す化学分析用複合放出電子
顕微鏡装置のＡＥＥＭ像を示す図である。
顕微鏡装置のＡＥＥＭ像を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す化学分析用複合放出電子
顕微鏡装置のＸＰＥＥＭ像を示す図である。
顕微鏡装置のＸＰＥＥＭ像を示す図である。
１ サンプル
１０ Ｘ線源
１１ モノクロメーター
１２ Ｘ線
２０ 電子銃（電子線源）
２１，３３ スティグマー〔非点収差補正レンズ（Ｓ
ＴＧ）〕 ２２Ａ，２２Ｂ 収束レンズ ２３，４３ スリット ２４ 四重極 ２５，３１，３５，３８，４５ ディフレクター（偏
光器） ２６ ビーム分離電極（ＢＳＥ） ２７ 対物レンズ ３０ 重水素ランプ ３２，３７ 中間レンズ（ＩＬ１，ＩＬ２） ３４ 角度制限スリット ３６ 視野制限スリット ３９ 蛍光板 ４０ ミラー ４１，４９ カメラ ４２ エネルギー分析器 ４２Ａ リタデーションレンズ〔減速レンズ（Ｒ
Ｌ）〕 ４２Ｂ ウィーンフィルタ ４２Ｃ アクセレーションレンズ〔加速レンズ（Ａ
Ｌ）〕 ４４，４６，４７ 投影レンズ ４８ 蛍光スクリーン〔ＳＣ２（ＭＣＰ）〕 １０１ イオンポンプ（ＩＰ２） １０３ 湾曲分光結晶ミラー
ＴＧ）〕 ２２Ａ，２２Ｂ 収束レンズ ２３，４３ スリット ２４ 四重極 ２５，３１，３５，３８，４５ ディフレクター（偏
光器） ２６ ビーム分離電極（ＢＳＥ） ２７ 対物レンズ ３０ 重水素ランプ ３２，３７ 中間レンズ（ＩＬ１，ＩＬ２） ３４ 角度制限スリット ３６ 視野制限スリット ３９ 蛍光板 ４０ ミラー ４１，４９ カメラ ４２ エネルギー分析器 ４２Ａ リタデーションレンズ〔減速レンズ（Ｒ
Ｌ）〕 ４２Ｂ ウィーンフィルタ ４２Ｃ アクセレーションレンズ〔加速レンズ（Ａ
Ｌ）〕 ４４，４６，４７ 投影レンズ ４８ 蛍光スクリーン〔ＳＣ２（ＭＣＰ）〕 １０１ イオンポンプ（ＩＰ２） １０３ 湾曲分光結晶ミラー
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フロントページの続き
(72)発明者 境 悠治
東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号 日
本電子株式会社内
(72)発明者 嘉藤 誠
東京都昭島市武蔵野３丁目１番２号 日
本電子株式会社内
(56)参考文献 特開 平10−208678（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−172492（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−109381（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−27058（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−176733（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−176722（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−184445（ＪＰ，Ａ)
特開2000−215840（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 37/26
G01N 23/227
Claims (4)
- 【請求項１】 内殻電子の励起用高速の電子線源とＸ線
源と重水素ランプとの３種類の光源と、サンプルにかか
る印加電圧調整手段とを低速電子線回折顕微鏡の装置に
組み込み、同一の場所を、同一光学系を用いて前記光源
を選択することにより、サンプルの構造の情報を０．１
μｍの位置分解能で測定する低速電子線回折顕微鏡（Ｌ
ＥＥＭ）、サンプルの表面の凹凸の情報を１μｍの位置
分解能で測定するミラー電子顕微鏡（ＭＥＭ）、元素・
化学状態の情報を０．１μｍの位置分解能で測定するオ
ージェ放出電子顕微鏡（ＡＥＥＭ）、化学状態の情報を
０．１μｍの位置分解能で測定する２次放出電子顕微鏡
（ＳＥＥＭ）、仕事関数の情報を０．１μｍの位置分解
能で測定する光放出電子顕微鏡（ＰＥＥＭ）、元素・化
学状態の情報を０．１μｍの位置分解能で測定するＸ線
光放出電子顕微鏡（ＸＰＥＥＭ）として用いて、微小領
域の同一表面を多面的に解析することを特徴とする化学
分析用複合放出電子顕微鏡装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の化学分析用複合放出電子
顕微鏡装置において、前記電子線源からの入射電子を曲
げて前記サンプルに対して垂直に照射するとともに、前
記サンプルからの出射電子を電場と磁場を調整して光軸
に直進するようにしたビーム分離電極を具備することを
特徴とする化学分析用複合放出電子顕微鏡装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の化学分析用複合放出電子
顕微鏡装置において、前記重水素ランプを用いることに
より、前記サンプルの表面の仕事関数により出射する電
子の数が異なることを利用して光放出電子顕微鏡（ＰＥ
ＥＭ）法による前記サンプルの表面観察を行うことを特
徴とする化学分析用複合放出電子顕微鏡装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の化学分析用複合放出電子
顕微鏡装置において、前記顕微鏡部にアパーチャを導入
することにより、サンプル部にガスを１０ -2 Ｐａくらい
まで導入し、前記顕微鏡部の圧力の悪化を防ぎながら触
媒反応下でのその場観察を可能にすることを特徴とする
化学分析用複合放出電子顕微鏡装置。
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|---|---|---|---|
| JP01653099A JP3533335B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 化学分析用複合放出電子顕微鏡装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01653099A JP3533335B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 化学分析用複合放出電子顕微鏡装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000215841A JP2000215841A (ja) | 2000-08-04 |
| JP3533335B2 true JP3533335B2 (ja) | 2004-05-31 |
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ID=11918834
Family Applications (1)
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| JP01653099A Expired - Fee Related JP3533335B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 化学分析用複合放出電子顕微鏡装置 |
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-
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