JPH0453070B2 - - Google Patents

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JPH0453070B2
JPH0453070B2 JP61032068A JP3206886A JPH0453070B2 JP H0453070 B2 JPH0453070 B2 JP H0453070B2 JP 61032068 A JP61032068 A JP 61032068A JP 3206886 A JP3206886 A JP 3206886A JP H0453070 B2 JPH0453070 B2 JP H0453070B2
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electron
specimen
scanning
electrons
electrode
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Ansonii Sumisu Deebitsudo
Kureigu Ueruzu Oribaa
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International Business Machines Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は透過モードにある自己スパツタされた
薄膜の性質を検査するための低エネルギ走査式電
子顕微鏡に関する。本明細書でいう低エネルギ電
子とは10電子ボルトを越えない範囲のエネルギを
有する電子を意味する。
Ｂ 開示の概要 本発明の低エネルギ走査透過電子顕微鏡の技術
は、10電子ボルト以下のエネルギを有する電子の
供給源として鋭く尖つた尖頭電極を使用し、且つ
ナノメータの程度のほぼ一定の距離で、検査され
るべき自立した薄フイルム材料の表面をよぎつ
て、電子放射する尖頭電極で検査することにより
達成される。標本を通過して透過された電子は適
当な検出器によつて感知され、検出器の信号は陰
極線管デイスプレー又はプロツタのようなデイス
プレー装置を制御するのに使われる。走査信号発
生手段は電子放射尖頭電極と、デイスプレー装置
との両方を同時に制御し、他方、分離制御ユニツ
トは一定値で尖頭電極と標本の表面の間の距離を
維持する。電子放射尖頭電極と関連した機械的駆
動装置、フイルム材料、即ち標本及び電子検出器
のすべては真空室内に置かれ、制動緩衝装置によ
つて振動から縁切りされる。
Ｃ 従来の技術 従来の通常の透過型の電子顕微鏡において、電
子供給源は、代表的に言えば、加熱された時、電
子を放射するヘアピン形のタングステン線であ
る。放射された電子は、代表的には40KV乃至
100KVの電圧降下を介して加速される。標本か
ら下流に配列された電子レンズは代表的には、50
倍乃至100倍の拡大中間像を生ずる。１個又はそ
れ以上の付加的な電子レンズによつて、中間像は
更に拡大されて、観察するためのスクリーン上に
投影される。
Ｄ 発明が解決しようとする問題点 通常の電子顕微鏡においては、標本を通過する
１万電子ボルト、或る場合には10万電子ボルトの
エネルギを持つ電子によつて生ずるイオン化現象
によつて標本が破壊されることがある。実際、電
子ビーム石版印刷にような或る場合には、そのよ
うなイオン化現象は有用な機能である。然し乍
ら、蛋白質の検査、又は生物医学目的の生物学的
分子において、そのようなイオン化の効果は標本
に破滅的な破壊を起すので全く望ましくない。然
し乍ら、不幸にして、数電子ボルト又はそれ以下
に電子のエネルギを減少することは、通常の電子
顕微鏡にとつて現実的でない。何故ならば、非常
に低い加速電圧は適正に焦点を結ばせることの出
来ない電子ビームを生ずるからである。即ち、生
じた電子ビームの電子密度が実用的な使用のため
にあまりにも低い。この状態は、電子顕微鏡が通
常の像モードで動作した時と、電子顕微鏡が走査
モードで動作した時との両方の電子顕微鏡に対し
て存在する。
本発明の目的は、高いエネルギの電子ビームの
使用を避け、これにより標本の破損を少なくし、
又は回避する方法を与えることによつて透過型電
子顕微鏡の利用価値を高めることにある。
本発明のこの目的及び他の目的は、低エネルギ
走査透過電子顕微鏡が形成された本発明によつて
達成される。低速の電子、即ち低エネルギの電子
は自立した薄いフイルムを通過して透過すること
は既に達成されている。1967年のアプライド・フ
イジツクス（10Appl Phys.Lett.）の73頁乃至75
頁の“金薄膜による低速電子ビームの減衰”
（Slow−Electron Beam Attenuaion）と題する
カンタ−の文献は、1.1電子ボルトの電子が20ナ
ノメータの厚さを有する自立した金フイルムに投
射されると、５万個の電子中の１個の電子がエネ
ルギを失うことなく、そのフイルムの裏側に抜け
出すことが示されている。カンターの発見的事実
に従えば約５ナノメータの厚さの金フイルムに対
しては約500個の電子中の１個の電子が抜け出す
ことを推論できる。これらは広い領域の電子ビー
ムに対する平均値であるから、より高い密度の小
領域低エネルギ電子ビームを形成するために、若
し、低エネルギの電子ビームを、非常に小さい焦
点にすることが出来るならば、より高い値を期待
することが出来る。然し乍ら、既に指摘したよう
に、実用上の電子濃度の小領域を形成するために
低エネルギの電子ビームは焦点を結ばせることが
出来ないので、上述のことは通常の電子ビーム装
置で行うことは出来ない。
Ｅ 問題点を解決するための手段 本発明に従つて、焦点を結ばせることなく、電
子放射尖頭電極から低エネルギ電子を放射するこ
とにより、そして検査されるフイルムに適当に近
接して尖頭電極を位置することによつて、材料の
表面上の小領域が低エネルギ電子で衝撃される。
電子放射尖頭電極が自立した薄フイルム標本、
即ちターゲツトに近接して物理的に走査される。
フイルムと電極間の電圧は、低エネルギの電子が
電極から放射され且つフイルムに向つて移動する
ように、１ボルト又はそれ以下であることが好ま
しい。電子感知装置は、電極により放射され、且
つ薄フイルムを通過した低エネルギ電子を検出す
るため薄フイルムの反対側に置かれる。
位置された尖頭電極とフイルムの間の間隔が１
ナノメータ以下である時、尖頭電極の先端及び該
電極の先端が接触する面と反対側の面に生ずる電
子雲と、トンネル電流路とが、尖頭電極の先端及
びフイルムとの間に設定される。その間隔が３ナ
ノメータより大きい時、電子は電界放射によつ
て、尖頭電極から離れねばならない。間隔が１ナ
ノメータと３ナノメータの間にある時、両方の電
極効果が生じる。何れの場合にも、電子を受ける
取る表面の領域は尖頭電極と標本間の距離にほぼ
等しい直径を持つている。
従来技術において、低エネルギの電子は、走査
型電子顕微鏡の表面に近接して置かれた尖頭放射
源からも放射されており、それは、例えば1982年
のフイジカル・レビユー（49Phys.Rev.Lett.）の
59頁乃至61頁に記載された“走査トンネル電子顕
微鏡による表面の研究”（Surface Studies by
Seanning Tunneling Microscopy）と題するビ
ニング等の文献、1982年の応用物理誌（40Appl.
Phys.Lett.）の178頁乃至180頁の“制御可能な真
空ギヤツプを通るトンネル効果”（Tunneling
Through ａ Controllable Vacuum Gap）ｔ
題する文献及び米国特許第4343993号に開示され
ている走査トンネル効果電子顕微鏡の表面に近接
して置かれた尖頭源から放射されている。低エネ
ルギ電子はまた、1966年の科学機器レビユー
（37Rev.Sci.Instrum.）の275頁乃至278頁の“電
界放射型超マイクロメータ”（Field Emission
Ultramicrometer）と題するヤングの文献に記載
された装置の表面に近接して置かれた尖頭源から
放射されている。
これらの従来の装置は低エネルギの電子で小面
積の領域を投射することを先例として掲げたが、
これらの装置は透過電子顕微鏡に適用するように
は使われておらず、距離又は高さを測定するのに
使われている。本発明において、電子源からの低
エネルギ電子は、電子検出器によつて収集するた
めに、フイルムを通過する幾つかの電子を透過す
る目的で、薄フイルムに印加される。従来の装置
で投射された標本は薄フイルムの形にはなつてい
ない。低エネルギ電子は従来の装置の標本を通過
しない。従来の装置においては、電子放射源の放
射特性により近接面の受ける効果は、近接面の位
置又は高さを測る目的のために、表面に対する電
子放射源の位置を制御し又は測定するのに使われ
ていた。表面の相対的な位置又は高さを検出する
目的でなく、表面の小さい領域へ低エネルギの電
子を印加する直接且つ単独の目的のために、表面
に極めて近接して置かれた尖頭電子放射源、即ち
尖頭電子放射電極を使つた技術は、従来知られて
いない。
Ｆ 実施例 第３図は分散事象の間で、電子のエネルギに関
連して、電子が動きうる範囲を示すグラフであ
る。このグラフは、代表的には約10電子ボルト以
下のエネルギを持つ電子に対して“低エネルギの
窓”が存在することを示している。
第２図を参照すると、調べるべき材料３の表面
２に到達する電子のために、電子放射尖頭電極１
の頂点及び表面２の間の距離は約10電子ボルトの
エネルギに対して１ナノメータの程度である。こ
の装置の動作は、二つの動作モードに区別され
る。約３ナノメータよりも大きい距離の第１のモ
ードでは、電子は電界放射によつて尖頭電極１を
離れる。約１ナノメータよりも短い距離の第２モ
ードでは、尖頭電極１を離れた電子はその距離を
トンネル通過する。トンネルモードにおいて、電
子のエネルギは１電子ボルトより小さい。電界放
射モードにおいて、電子のエネルギは距離と共に
増加する。
調べられる材料は自立した薄フイルムの形を取
る。換言すれば、第１図に詳細が示されているよ
うに、材料はサポータ６の孔に跨がつて装着され
る。電子４は薄フイルム３の表面２上に投射さ
れ、或る数の電子はエネルギを失い又は失わずし
て材料を通過して透過される。これらの透過され
た電子フイルム３の反対側に置かれた通常の電子
検出器５によつて検出される。
第２図の配列は標本３の特定の一つのスポツト
を通る電子４の透過を示している。標本全体の像
を形成するように、通常の仕方で標本を走査する
種々の方法が従来から知られている。通常の走査
型電子顕微鏡における走査動作は電子銃（又は電
界放射源）から標本への通路内の電子ビームを適
当に屈折して得られる。標本上の各ビーム位置が
陰極線管上の特定の位置に応答するように、陰極
線管はビームは屈折する電子回路と同期して走査
される。
通常の走査型電子顕微鏡とは対象的に、本発明
に従つた電子顕微鏡は、放射した電子が、如何な
る屈折コイル又は屈折電極のための空間又は電子
の屈折を許容しない数ナノメータ（最大でも）の
距離しか動かないので、機械的走査システムを必
要とする。例えば、フイルム３に対する電極１の
粗位置調整用のねじと、微細な位置付け用及び走
査用のピエゾ電気素子を使用した簡単な機械的位
置付け機構が使われる。この目的に適当な機械的
位置付け及び走査機構は上述のビニン等の文献や
米国特許に示されている。他の適当なピエゾ電気
式のXY位置付け器が1984年３月のIBM技報
Vol.26、No.10Aの4898頁乃至4899頁に開示されて
いる。
これらの従来の機械的位置付け装置は、標本即
ちフイルム３上の各点と陰極線管上の各点との間
に１対１の対応を設定することを可能とする。陰
極線管の代りに、例えばプロツタの如き図形記録
器又はそれと同じようなデイスプレー装置が、標
本上の位置と、像上の位置との間の上述した１対
１の関係が維持される限りにおいて使用すること
が出来るのは、この道の専門家にとつて自明な事
柄であろう。
電子放射尖頭電極が標本をよぎると、標本上の
各スポツトは、走査の速度及び投射領域のサイズ
により決められる或る一定時間（滞在時間）の
間、電子に露出される。この滞在時間（又は滞在
時間の一部）の間で標本と多数の透過電子とで相
互作用した電子は、その特定の走査位置における
標本の性質に依存する。転送された電子は適宜の
検出器（“パルス計数”技術によつて個々独立に
検出するか、又は電子流として収集的に検出する
か）によつて感知され、そして検出器によつて形
成された信号は適当に増幅され、そして、特定の
走査に対して陰極線管デイスプレーの輝度を制御
することか、又は検出された各電子に対して明る
いドツトを与えることか、又はプロツタの同時プ
リント濃度を制御することか、又は単一の走査ラ
イン又は複数ライン走査のアレーをプロツトする
ことなどに使われる。更に、検出器で形成された
信号（又は増幅後の信号）は図形表示のための後
刻の変換用、又は画像処理が可能なコンピユータ
用として付加的に記憶することが出来るのはこの
道の専門家には自明なことであろう。
透過された電子をモニタするのに有用な検出器
は公知技術に属する。一例として、1960年の科学
用機器（J.Sci.Inst.）のVol.37の245頁に示された
Everhart−Thornleyの検出器を挙げる。走査電
子顕微鏡に使うことの出来るすべての二次電子検
出器もまた本発明の目的に充分利用可能である。
本発明に従つた電子顕微鏡が第１図に示されて
いる。電子放射尖頭電極１、調べられる材料の薄
フイルム３のためにホルダ１４及び電子検出器が
真空室１２（従来の走査電子顕微鏡の一部でもあ
る）内の共通フレーム１０により支持されてい
る。（直接にか、又は１個或はそれ以上の機械的
な駆動装置によつて間接的に）。
電源１６は電子放射尖頭電極１及び薄フイルム
３を分離した小さなギヤツプ１８に跨がつて一定
の電圧か又は一定電流の何れか維持する。定電圧
モードの動作において、例えば、電極１の電圧は
電源１６により薄フイルム３の電位に対して約
0.5乃至10ボルトに維持される。
電極１か又は標本ホルダ１４の何れか便利な方
に機械的走査機構が関連される。第１図におい
て、Ｘ−Ｙ機械的走査機構２０はフレーム１０に
直接に装着され、且つアーム２２によつてＸ及び
Ｙ方向に電極１の運動を制御する。電極１はＺ方
向の機械的走査機構２４により動かされ、他方、
機構２４はまた、フレーム１０に装着される。走
査方向Ｘ−Ｙに加えて、Ｚ位置の動的制御は、表
面がどんな粗さであつても、標本と電極の間の距
離を一定に保たせる。Ｘ−Ｙ走査ゼネレータ２６
は、尖頭電極１が表面２をＸ及びＹ座標に沿つて
走査する信号を駆動器２０へ与える。同時に、表
面と電極１の間の実際の距離の感知信号特性に応
答する分離制御ユニツト２８はＺ方向駆動器２４
により分離制御のための信号Ｚを発生する。
若し、電源１６がギヤツプ１８に跨がる一定電
圧を維持しているならば、分離制御ユニツト２８
は、表面２及び電極１の間の距離が減少すると一
定電圧における電流が増加する。この電流は、標
本（又は標本ホルダ）に流れる電流の大きさをモ
ニタすることにより、電流増幅器３０で間接的に
検出される。他の案として、電極１から一定電流
源１４へ流れる電流が直接モニタされる。（図示
せず）。
その代りに、若し電源１６がギヤツプ１８を通
る一定電流を維持したとすると、分離制御ユニツ
ト２８は、一定電流における電圧が電極１及び表
面２の間の距離に依存するので、ギヤツプ１８に
跨がる電圧に応答する。
検出器５はフイルム３を通る電子を収集し、デ
イスプレー装置３４のための増幅器３２へ増幅信
号か、又は一連のパルスの何れかを与える。デイ
スプレー装置３４は、デイスプレー装置及び尖頭
電極１の両方が同じ走査ゼネレータ２６から夫々
の走査信号を受け取るので、尖頭電極１の走査と
同期する。デイスプレー装置３４は陰極線管か又
はブロツタなどの図形出力装置である。電極１は
ナイメータの範囲の分離距離で表面２の上を走査
され、且つピエゾ電気Ｘ−Ｙ翻訳機能で達成され
る分解能が同じ程度の大きさであるという事実を
考慮して、電極１及び標本３が外部音及び外部振
動から隔離されることは注意を喚起する必要があ
る。これは、例えば、振動緩衝装置３６上に真空
室の内部のすべての要素を装着することによつて
達成することが出来る。制動緩衝装置３６は可塑
性の部材４０で分離された層状のプレート３８で
簡単に構成することが出来る。異なつた周波数の
振動を吸収するために、可塑性部材４０の断面積
又は可塑率を層に沿つて変化させる。
Ｇ 発明の効果 本発明に従つた電子顕微鏡は、例えば蛋白質の
ように電子の衝撃によつて破壊され易い標本であ
つても容易に且つ安全に観測することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従つた電子顕微鏡の実施例を
説明するための模式図、第２図は本発明に従つた
電子顕微鏡の原理を説明するため、要素の寸法を
誇張して示した模式図、第３図は分散事象の間
で、電子のエネルギに関連して電子が動きうる範
囲を示すグラフである。 １……尖頭電極、３……薄フイルム標本、４…
…電子、５……電子検出器、１２……真空室、２
０……Ｘ−Ｙ方向機械的走査機構、２４……Ｚ方
向機械的走査機構、２８……分離制御ユニツト、
３４……デイスプレー装置、３６……制動緩衝装
置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 尖頭電極と、 上記尖頭電極から離隔して上記尖頭電極と直接
    に対向する標本を支持するサポータと、 上記尖頭電極から10電子ボルト以下の低エネル
    ギ電子の流れを与えて、上記標本を通過する幾つ
    かの低エネルギ電子を与える手段と、 標本に対する上記尖頭電極の位置を相対的に走
    査する機械的走査手段と、 上記尖頭電極から上記標本を通過した低エネル
    ギ電子を検知する電子検知手段とを具備する低エ
    ネルギ走査透過電子顕微鏡。 ２ 上記電子感知手段によつて検出された低エネ
    ルギ電子の像表示を発生するために上記走査手段
    と同期されたデイスプレー手段を具備する特許請
    求の範囲第１項記載の低エネルギ走査透過電子顕
    微鏡。 ３ 上記電子感知手段によつて検出された低エネ
    ルギ電子のライン走査表示を発生するために、上
    記走査手段と同期されたデイスプレー手段を具備
    する特許請求の範囲第１項記載の低エネルギ走査
    透過電子顕微鏡。
JP61032068A 1985-03-22 1986-02-18 電子顕微鏡 Granted JPS61220260A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/715,139 US4618767A (en) 1985-03-22 1985-03-22 Low-energy scanning transmission electron microscope
US715139 1985-03-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61220260A JPS61220260A (ja) 1986-09-30
JPH0453070B2 true JPH0453070B2 (ja) 1992-08-25

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ID=24872814

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61032068A Granted JPS61220260A (ja) 1985-03-22 1986-02-18 電子顕微鏡

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Country Link
US (1) US4618767A (ja)
EP (1) EP0195349B1 (ja)
JP (1) JPS61220260A (ja)
CA (1) CA1223678A (ja)
DE (1) DE3681051D1 (ja)

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