JPH0518730A

JPH0518730A - 表面分析装置

Info

Publication number: JPH0518730A
Application number: JP3197065A
Authority: JP
Inventors: Toshio Usui; 俊雄臼井; Yuji Aoki; 裕治青木; Masayuki Kamei; 雅之亀井; Tadataka Morishita; 忠隆森下
Original assignee: KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER; Asahi Glass Co Ltd; Fujikura Ltd; Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER; Fujikura Ltd; AGC Inc; SWCC Corp
Priority date: 1991-07-11
Filing date: 1991-07-11
Publication date: 1993-01-26
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JP2656681B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、電子線で励起された試料表面から
の２次電子線を捕らえてその拡大像を得ると同時に特性
Ｘ線を捕らえて試料表面の成分分析ができる装置と方法
を提供することを目的とする。【構成】本発明は、試料表面に電子線を入射する電子
銃と、試料表面から発生された２次電子線の検出器と、
試料表面部からの蛍光Ｘ線を全反射角で捕らえるエネル
ギー分散型Ｘ線検出器とを具備してなるものである。【効果】励起された試料表面から出された特性Ｘ線を
全反射角で捕らえることで、試料表面の薄膜の成分分析
を行なうことができる。また、試料表面からの２次電子
線を検出器で捕らえることで、試料表面の拡大像を得る
ことができ、成分分析と同時に表面観察ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ線分光を利用した表面
分析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】固体表面化学の分野は、基礎研究分野の
みとしての重要性のみならず、吸脱着、触媒作用、腐
食、電極反応、摩擦、電子特性などの色々な産業上の実
際問題とも深く関連しているために極めて重要な分野で
ある。例えば、触媒作用について言えば、化学工業の大
半のプロセスは触媒によって進められているだけでな
く、近年、特に資源、エネルギー問題や環境問題の解決
にとって、触媒はなくてはならない重要な役割を担って
いる。従ってこの分野では過去において、膨大な経験的
な事実の蓄積があった。しかしながら、これまでは、物
質の表面を直接調べる有効な手段がなかったために、間
接的情報に基づいてその本性について推測を重ねていた
時代が長く続いてきた。

【０００３】しかし近年になって、各種の物理的、化学
的機器の開発が急速に進んできたために、固体表面の原
子の並び方、化学組成、電子状態、振動状態、表面から
の深さ分布などを制御することにより、優れた機能を有
する物質、材料、デバイスなどを創り出そうとする傾向
がますます強くなってきている。また、この傾向ととも
に、固体表面状態の計測手段と計測方法の重要性も極め
て大きくなってきている。このような背景において、現
在、表面分析装置の最も一般的なものとして走査型電子
顕微鏡が普及している。この走査型電子顕微鏡は、電子
銃から出された電子線を集光レンズで極めて細く収束
し、偏向コイルで走査しながら試料表面に照射するとと
もに、照射された試料表面部から出された反射電子ある
いは２次電子を電子線検出器で捕らえて増幅するもので
あり、電子線の量を観測用のブラウン管上に輝度に変調
して表示できるものである。また、試料表面での電子線
束の走査とブラウン管上の走査を同期させると、ブラウ
ン管の画面上には反射あるいは２次電子線像として試料
表面の拡大像を得ることができる。

【０００４】前記走査型電子顕微鏡で試料の表面を観察
する場合において、結晶方位差や異相は勿論のこと、凹
凸や階段構造も放出電子線の量に差を生じさせるので、
それらが全て像のコントラストとして検出される。従っ
て結晶粒の粒度と形状、析出物の形と分布などについて
試料を腐食させることなく、その表面を非破壊の状態で
観察することができるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記構成の走査型電子
顕微鏡においては、電子ビームを絞ることで、面分解能
を１００オングストローム以下にすることが可能である
が、実際の蛍光Ｘ線の発生領域は、かなり広い領域とな
る。この理由は、以下に説明する理由によるものと考え
られている。

【０００６】図１８は、基材Ｂの表面に薄膜Ｈを形成し
た試料について、前記走査型電子顕微鏡を用い、試料に
高エネルギー（例えば、２０ｋｅＶ）の電子線を入射し
て観察した場合、この電子線の試料に対する潜り込み状
態を示すものである。図１８に示すようにこの種の電子
線は、試料の薄膜Ｈを貫通して基材Ｂに深く液滴状に潜
り込み、薄膜Ｈからの蛍光Ｘ線と基材Ｂからの蛍光Ｘ線
の両方を発生させてしまう問題がある。従って前記構造
の走査型電子顕微鏡の電子線で励起された蛍光Ｘ線で組
成分析を行なう場合には、液滴状の潜り込み部分よりも
薄い薄膜Ｈを正確には分析できない問題がある。特に、
前記液滴状の潜り込み部分は、深さ数μｍにも達するの
で、０.１μｍ（１０００オングストローム）以下の厚
さの薄膜領域を正確に分析できないことになる。更に、
前記液滴状の潜り込み部分が生じると、薄膜Ｈからの蛍
光Ｘ線量と液敵状の潜り込み部分からの蛍光Ｘ線量が混
じって観測されるので、測定の際の信号ノイズ比（Ｓ／
Ｎ比、薄膜からの電子線量と液敵状の部分からの蛍光Ｘ
線量との比率）が悪くなる問題がある。

【０００７】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、試料表面からの２次電子線を捕らえてその拡大像
を得ることができると同時に、特性Ｘ線を捕らえて試料
表面の成分分析を行なうことができ、また、反射電子線
による回折パターンをも得ることができる表面分析装置
と表面分析方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、試料の表面に電子線を入射す
る電子銃と、電子線が入射されて励起された試料表面部
からの２次電子線を検出する電子線検出器と、前記励起
された試料表面部からの蛍光Ｘ線をＸ線の全反射角近傍
で検出するように配置されたエネルギー分散型Ｘ線検出
器とを具備してなるものである。

【０００９】請求項２記載の発明は前記課題を解決する
ために、試料を収納する真空容器と、この真空容器に接
続されて前記試料に電子線を入射する電子銃と、前記真
空容器に接続されて前記試料から発生された２次電子線
を検出する電子線検出器と、前記励起された試料表面部
からの蛍光Ｘ線をＸ線の全反射角近傍で検出するエネル
ギー分散型Ｘ線検出器とを具備してなるものである。

【００１０】請求項３記載の発明は前記課題を解決する
ために、試料を収納する真空容器と、この真空容器に接
続されて前記試料に電子線を入射する電子銃と、前記真
空容器に接続されて前記試料から発生された２次電子線
を検出する電子線検出器と、前記励起された試料表面部
からの蛍光Ｘ線を検出するエネルギー分散型Ｘ線検出器
と、前記励起された試料表面部で回折され反射された電
子線を蛍光表示する蛍光板とを具備してなるものであ
る。

【００１１】請求項４記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項２または請求項３記載の表面分析装置に
おいて、真空容器に、真空容器の内部とは別個に真空排
気自在な接続室を形成し、この接続室を介してエネルギ
ー分散型Ｘ線検出器を着脱自在に取り付けてなるもので
ある。

【００１２】請求項５記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項１、２、３または４に記載の表面分析装
置において、試料に対する電子線の入射角度を１５゜以
下に設定してなるものである。

【００１３】請求項６記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項１、２、３または４に記載の表面分析装
置において、試料に対する電子線の入射角度を４゜以下
に設定し、試料からの蛍光Ｘ線の取出角度を４゜以下に
設定してなるものである。

【００１４】

【作用】試料の表面に電子線を照射することで試料の表
面が励起されてＸ線と２次電子線が放出される。従って
前記Ｘ線をエネルギー分散型Ｘ線検出器で検出し、２次
電子線を電子線検出器で検出することで、Ｘ線分析によ
る試料の成分分析と２次電子線の分析による試料表面の
拡大画像を同時に得ることができる。また、試料から放
出されたＸ線は４゜以下のＸ線の全反射角領域に多いの
で、この角度でＸ線を検出することで多量のＸ線を検出
することができ、これにより精密な分析ができるように
なる。更に、試料に４゜以下の角度で電子線を入射する
ことで、試料に対する電子線の潜り込み現象を引き起こ
すことなく表面部分のみから励起されるＸ線と２次電子
線を計測することができ、これにより表面部分の正確な
分析を実施できる。また、エネルギー分散型Ｘ線検出器
を予備室を介して着脱自在に真空容器に取り付けること
で、真空容器の真空状態を破ることなくエネルギー分散
型Ｘ線検出器を取り外すことができ、高価なエネルギー
分散型Ｘ線検出器を複数の真空容器で共用して使用でき
るようになる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１と図２は本発明の一実施例の要部の概
略構成を示すもので、図１と図２において、１は基板状
の試料、２は電子銃、３はエネルギー分散型Ｘ線検出
器、４は電子線検出器をそれぞれ示している。試料１は
その表面部分に、分析するべき薄膜あるいは厚膜が形成
されたものであり、電子銃２は試料１の表面に所定の入
射角θｇで電子線（エネルギー粒子）を入射するもので
あり、エネルギー分散型Ｘ線検出器３は試料１の表面か
ら発生された蛍光Ｘ線（特性Ｘ線）を検出するものであ
り、電子線検出器４は試料１の表面から発生された２次
電子線を検出するものである。

【００１６】エネルギー分散型Ｘ線検出器３と試料１と
の間には、図２に示すようにＸ線吸収の少ないＢｅや有
機薄膜製の窓部５とスリット板６とが設けられ、エネル
ギー分散型Ｘ線検出器３は、Ｘ線吸収の少ないＢｅや有
機薄膜などの窓部７と半導体Ｘ線検出部８とこの半導体
Ｘ線検出部８に接続されたＦＥＴ９を備え、ＦＥＴ９は
増幅器を備えた波高分析器１０に接続されている。

【００１７】エネルギー分散型Ｘ線検出器（energy dis
persive X-ray detector, EDX）とは、所定のエネルギ
ー粒子によって励起された特性Ｘ線（または蛍光Ｘ線）
が検出器に入射された際に、前記Ｘ線のエネルギーに比
例した電子、正孔対が生成されることを利用して入射Ｘ
線の強度を電気信号に変換して検出できるものである。

【００１８】前記半導体Ｘ線検出部８について説明する
と、半導体Ｘ線検出部８はＢなどをドープしたＳｉのｐ
型半導体単結晶にＬｉを熱拡散してなり、Ｓｉ（Ｌｉ）
半導体Ｘ線検出素子と一般に称されているものである。
この半導体Ｘ線検出部８に電圧を印加しておき、これに
Ｘ線が入射されると、そのエネルギーに比例した電子、
正孔対が半導体Ｘ線検出部８内に形成され、これらが半
導体Ｘ線検出部８に形成されている＋−両方の電極に収
集され、電流パルスとして出力されるので、これを増幅
すると半導体Ｘ線検出部８に生成した電気信号の強さに
より入力Ｘ線のエネルギーの強さを検出できるものであ
る。なお、前記Ｂｅや有機薄膜製の窓部５、７は、Ｘ線
の透過効率が高いので使用されるものである。

【００１９】一方、電子銃２は、フィラメント１１とウ
ェーネルト円筒１２とアノード１３と第１集光レンズ１
４と第２集光レンズ１５と偏向コイル１６とを具備して
なり、電子銃２の偏向コイル１６には走査電極１７が、
この走査電極１７には観察用のブラウン管１８がそれぞ
れ接続され、ブラウン管１８には電子線検出器４が接続
されている。以上の構成の電子銃２によれば、偏向コイ
ル１６の作用によって試料表面の所用位置に電子線を照
射することができ、試料が励起されて発生された２次電
子線を電子線検出器４で受けて得られた電子線量をブラ
ウン管１８の画面上の輝度に変調できるようになってい
る。

【００２０】図１と図２に示す装置を用いて試料表面を
分析するには、電子銃２によって電子線を試料表面に入
射角θｇ（０〜１５゜、最も好ましくは４゜以下）で入
射する。すると、試料表面は励起されて蛍光Ｘ線（また
は特性Ｘ線）と２次電子線を放出するが、試料表面から
所定のＸ線取出角θｔ（０〜数゜、好ましくは４゜以
下）において特性Ｘ線を前記エネルギー分散型Ｘ線検出
器３によって検出すると、Ｘ線の全反射角度（０〜数
゜、通常４゜以下）においては、著しくＸ線検出感度が
向上するものであり、この高感度検出により試料表面状
態の元素分析と表面の原子配列構造に関する情報も得ら
れる。また、電子線によって励起された試料表面から
は、２次電子線も発生するので、電子線検出器４によっ
て従来と同様に試料の拡大像を観察することができる。
ここでＸ線の全反射角θｃは次の式で与えられることが
知られている。θｃ＝１.１４×ρ^0.5×Ｅここでθｃ
の単位は、ｄｅｇ（度）であり、ρは反射する物質の密
度（ｇ／ｃｍ³）、ＥはＸ線のエネルギー（ｋｅＶ）で
ある。例えば、ＹＬα線（エネルギー１.９２ｋｅＶ）
が、Ａｕ（密度１９.３ｇ／ｃｍ³）で全反射する角度は
θｃ（ＹＬα-Ａｕ）＝２.６０゜となる。同様に、Ａｕ
Ｍ線（２.１５ｋｅＶ）がＳｉ（２.３３ｇ／ｃｍ³）で
全反射する角度は、θｃ（ＡｕＭ-Ｓｉ）＝０.８１゜で
ある。このように、測定したいＸ線の種類と反射する物
質の組み合わせによってＸ線の全反射角は変わるが、基
本的には４゜以下である。

【００２１】図１と図２は本発明装置の要部の配置構成
のみを示しているが、図３と図４に本発明装置の概略構
成を示し、図５〜図１０に本発明装置の詳細構造を示
す。図３と図４において、２０は試料１を収納した真空
容器を示し、この真空容器２０は図示略の真空排気装置
に接続されて内部を真空排気できるようになっている。
この真空容器２０の内上部中央には、板状の試料１を保
持するための試料ホルダ２２が設けられ、この試料ホル
ダ２２の底部に板状の試料１を水平に支持できるように
なっている。

【００２２】また、真空容器２０の側壁２３に、筒状の
支持ポート２５が突設され、この支持ポート２５の先端
部にフランジ板２６、２７を介してエネルギー分散型Ｘ
線検出器２８が取り付けられている。このエネルギー分
散型Ｘ線検出器２８は、液体窒素を貯留するタンク２９
と、このタンク２９の底部にＬ字状に突設されたプロー
ブ３０と、プローブ３０の基端部側外周を覆う補助管３
１と、この補助管３１に固定されたフランジ板２７とを
主体として構成され、フランジ板２７が支持ポート２５
側のフランジ２６にボルト止めされて、補助管３１の内
部に予備室３２が形成され、この予備室３２はフランジ
板２７と２６を介して支持ポート２５側に連通してい
る。また、補助管３１には、真空排気装置３３が接続さ
れていて予備室３２を独自に真空排気できるようになっ
ている。なお、前記プローブ３０はその先端部にＢｅ製
または有機薄膜製の窓部３４が取り付けられ、その内部
側にＸ線測定用の半導体Ｘ線検出部８やＦＥＴ９などが
収納されている。

【００２３】前記支持ポート２５の内部にはステンレス
などの金属からなる筒状の蛇腹部材３５が真空容器２０
の側壁２３を貫通し、真空容器２０の内部側に突出して
設けられ、この蛇腹部材３５の先端にＢｅ製の窓部３６
が設けられている。一方、真空容器２０の内底部には、
試料１の底面側に成膜するための蒸着源３８が設けられ
ている。この蒸着源３８は、るつぼ３９の内部に原料４
０を収納し、るつぼ３９の下方に偏向電子ビームの照射
装置４１を備え、電子ビームの照射方向を偏向させて湾
曲させ、原料４０に照射し、この原料４０を蒸発させて
試料１に成膜することができるようになっている。この
蒸着源３８は、試料ホルダ２２に装着した試料１に対し
て成膜処理を行なう必要を生じた場合に使用するもので
ある。

【００２４】一方、図４に示すように試料ホルダ２２の
下方には、環状管からなるガス供給器４３が設けられ、
このガス供給器４３は真空容器２０の側壁２３を貫通し
た接続管４４を介して酸素ボンベなどのガスの供給源４
５に接続されている。前記ガス供給器４３は環状管の上
面にその周方向に沿って複数の透孔が形成されてなるも
ので、ガス供給源４５から出されたガスを試料ホルダ２
２の底部側の空間部に供給できるようになっている。

【００２５】更に、図４に示すように、真空容器２０の
一側には取付ポート４７が形成され、この取付ポート４
７には図１と図２に示す電子銃２が取り付けられてい
て、この電子銃２によって電子線（エネルギー粒子）を
試料ホルダ２２の底部の試料１に照射できるようになっ
ている。

【００２６】以下に図５〜図１０を基に本発明装置につ
いて更に詳細に説明する。図５〜図１０において、図１
〜図４に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号
を付してそれらの説明は省略する。本実施例の真空容器
２０には、図７に示すように多数の補助ポート５０、５
１、５２、５３、５４、５５が種々の方向に突設されて
いて種々の機器を取り付けできるようになっている。

【００２７】図３を基に先に説明したプローブ３０の支
持構造の部分は、詳細には図８に示す構造になってい
る。即ち、真空容器２０の支持ポート２５には、調整フ
ランジ６０を介してフランジ板２６、２７が取り付けら
れ、フランジ板２７の外部にはスライド架台６１が取り
付けられ、スライド架台６１の外面側には湾曲した案内
レール６２、６２が形成され、これらの案内レール６２
の外側にはこれらに沿って移動するスライド基台６３が
装着されている。

【００２８】前記スライド架台６１の外周部の両側に
は、図８に示すようなコ字状のスライド片６５が形成さ
れ、スライド片６５、６５でフランジ板２７を挟んでス
ライド架台６１がフランジ板２７に沿って移動自在に係
合されている。また、各スライド片６５には、調整ボル
ト６６が貫通されていて各調整ボルト６６はその先端を
フランジ板２７の外周部に当接させて回転自在に設けら
れている。前記スライド基台６３の案内レール６２側の
面には案内レール６２に合致する形状の凹曲面状の案内
面６７が形成されていて、スライド基台６３は案内レー
ル６２、６２に沿って移動できるようになっている。な
お、前記スライド架台６１に突設された突起部６８には
調節ボルト７０が貫通されていて、この調節ボルト７０
はその先端をスライド基台６３の側部に当接させて回転
自在に設けられている。

【００２９】更に、前記スライド架台６１とスライド基
台６３には、これらを貫通して支持ポート２５の内部を
通過し、蛇腹部材３５の先端部を貫通して真空容器２０
の中央部に延出する保護管７１が取り付けられ、この保
護管７１の先端部にＢｅ製の窓部５が装着され、この窓
部５の内側にスリット板６が取り付けられている。ま
た、保護管７１は二重構造とされてその内部には冷却水
を循環させるための通路７３が形成されている。

【００３０】前記保護管７１は、エネルギー分散型Ｘ線
検出器３のプローブ３０を収納できる大きさに形成さ
れ、保護管７１の基端部側、即ち、スライド基台６３の
外面側にはエネルギー分散型Ｘ線検出器３を固定するた
めの支持架台７７が設けられている。なお、図８では省
略されているが、保護管７１の基端部側に真空排気装置
３３に接続するための配管接続部が形成されていて、プ
ローブ３０を備えたエネルギー分散型Ｘ線検出器３をフ
ランジ板２７に取り付け、保護管７１の内部にプローブ
３０を挿入した場合に、真空排気装置３３により、保護
管７１内面とプローブ３０の外面との間の空間と前記し
た予備室３２とを真空排気できるようになっている。即
ち、図３に示すように、保護管７１の内面とプローブ３
０の外面とで囲まれる予備室７８と前記予備室３２とに
より接続室７９が形成されている。

【００３１】なお、支持架台７７は図１０に示すように
スプリング８０を介して移動台８１に支持され、この移
動台８１はＸ型の伸縮機構８２を介して架台８３により
支持されている。また、伸縮機構８２は調整ボルト８４
により上下位置調節自在になっている。

【００３２】次に前記構成の装置を用いて表面分析を行
なう場合について説明する。表面に薄膜Ｈを形成した試
料１の分析を行なうには、真空容器２０に試料１を収納
した後に真空容器２０の内部を真空引きする。また、エ
ネルギー分散型Ｘ線検出器３のプローブ３０を保護管７
１に挿入して支持架台７７にエネルギー分散型Ｘ線検出
器３の全体を支持させる。更に、真空排気装置３３によ
りプローブ３０の周囲の予備室３２と保護管７１の内部
を真空引きする。この状態で電子銃２から試料の表面に
電子線を所定の入射角度で照射する。この入射角度は、
４゜以下が好ましい。この入射角度は、試料表面の薄膜
Ｈの厚さにも関係するが、入射角度が小さい方が、電子
線の潜り込み量が少なくなるので、より薄い薄膜Ｈに適
用することができる。

【００３３】即ち、電子線が入射された試料は、その表
面部分が励起されて２次電子線と蛍光Ｘ線が放出され
る。図１１に、前記のように低い入射角度で電子線を試
料１に入射した場合の励起状態を示す。この状態におい
て、試料１に液滴状の潜り込みは発生せず、薄膜Ｈ部分
のみが励起されて薄膜Ｈの成分に特有の特性Ｘ線と２次
電子線が放出される。

【００３４】ここで走査電極１７により偏向コイル１６
を調整して電子線を偏向させることで２次電子線は逐次
電子線検出器４により検出されて試料表面部の拡大像を
ブラウン管１８に写し出すことができる。ここでブラウ
ン管１８に得られる画像は従来の走査型電子顕微鏡から
得られるものと同等である

【００３５】また、図１１に示すように励起された薄膜
Ｈからは蛍光Ｘ線（特性Ｘ線）が放出される。しかしな
がら、試料１に対して４゜以下の浅い角度で電子線を入
射させることで、従来生じていた基材Ｂに対する液滴状
の潜り込み部分は生じることがなく、また、発生する特
性Ｘ線が４゜以下の所定の取出角（特性Ｘ線の全反射
角）において急激に増大する。この角度においてエネル
ギー分散型Ｘ線検出器３で特性Ｘ線を取り出すことで薄
膜Ｈの成分に見合った特性Ｘ線を特定することができ、
正確な表面分析を行なうことができる。

【００３６】ところで、エネルギー分散型Ｘ線検出器３
のプローブ３０の試料１に対する傾斜角度（即ち、特性
Ｘ線の取出角度）は以下に説明するように調節すること
ができる。図８に示す調節ボルト７０を回転させると、
調節ボルト７０の先端部がスライド基台６３の側面部を
押圧するので、スライド基台６３が案内レール６２、６
２に沿って移動する。ここでエネルギー分散型Ｘ線検出
器３のプローブ３０はスライド架台６３に、支持架台７
７によって支持されているのでエネルギー分散型Ｘ線検
出器３はスライド架台６３とともに傾斜することにな
る。これによりプローブ３０の傾斜角度を変えることが
でき、試料１からの特性Ｘ線の取出角度を調節すること
ができる。ここで取出角度は、４゜以下に設定すること
が好ましい。

【００３７】なお、エネルギー分散型Ｘ線検出器３の高
さ位置調節は、図１０に示す調整ボルト８４を回転させ
て伸縮機構８２を作動させることによって行なうことが
できる。

【００３８】以上説明したようにエネルギー分散型Ｘ線
検出器３のプローブ３０の傾斜角度と上下位置と左右位
置の調整ができるが、前記各架台やボルトを設けて図８
に示すような複雑な構造を採用してエネルギー分散型Ｘ
線検出器３を支持しているのは、エネルギー分散型Ｘ線
検出器３は冷却用の液体窒素を封入しているタンク２９
を備えて重量が大きく、また、プローブ３０の構造が複
雑で装置コストが高いので、このエネルギー分散型Ｘ線
検出器３の破損などを防止する目的とプローブ３０の傾
斜角度を正確に調節する必要があるためである。

【００３９】なお、試料１の分析を行なう前に、図３に
示す真空排気装置３３を作動させて予備室３２とプロー
ブ３０の周囲の空間を真空排気することで、試料から出
された特性Ｘ線を真空部分とＢｅまたは有機薄膜製の窓
部３４、３６とを介してプローブ３０の半導体Ｘ線検出
部８に入射できるので、特性Ｘ線が途中で吸収されるこ
とを極力抑えることができる。これに対しプローブ３０
の先端と試料１との間に空気層が存在すると、１.７ｋ
ｅＶ以下のエネルギーを有する特性Ｘ線が吸収される
か、あるいは減衰されるので、前記のように真空排気す
ることで１.７ｋｅＶ以下の特性Ｘ線からのみの分析が
可能なＣとＮとＯとＦとＮｅとＮａとＭｇとＡｌの分析
が正確にできるようになる。なお、前記元素よりも原子
番号の大きな元素については、Ｋα線の他に、Ｋβ線、
Ｌα線、Ｌβ線、あるいは、Ｌγ線、Ｍ線などを発生す
るので、それぞれの元素に合わせて適宜の特性Ｘ線を利
用して分析に活用することができる。

【００４０】図１２は本発明装置の他の実施例を示すも
のである。この例の装置は、前記実施例の装置に蛍光板
９０を付加した構成である。電子銃２から試料１に照射
された電子線の一部は試料表面で回折され反射する。こ
の反射電子線の放射方向に蛍光板９０を設置しておけ
ば、反射高速電子線に特有のパターンを記録することが
できる。このパターンは試料表面の結晶構造に特有の回
折パターンとなるので、このパターンを解析することで
試料１の解析に有効に利用することができる。

【００４１】従って蛍光板９０を備えることで、電子線
検出器４による拡大像を得ることができ、エネルギー分
散型Ｘ線検出器３による成分分析を行なえると同時に、
蛍光板９０により反射高速電子線の回折パターンを得る
ことができ、３つの面から総合的に試料１を分析できる
ようになる効果がある。なお、この蛍光板９０は、図
４、図７に示す予備ポート５２に装着することで真空容
器２０に容易に取り付けることができる。

【００４２】（試験例１）先に説明した第１実施例の装
置を用い、ＭｇＯ製の基板の（１００）面上にＹＢａ₂
Ｃｕ₃Ｏ_xなる組成の厚さ８００オングストロームの酸化
物超電導薄膜を形成した試料の表面分析を行なった。こ
の酸化物超電導薄膜はＩＰＣ（誘導結合プラズマ）発光
分析による組成分析データでは、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：
１.９：２.８なる組成であることが判明している。真空
容器の内部圧力を１×１０^-7トール（Ｔｏｒｒ）にした
後に、２０ｋｅＶのエネルギーを有する電子線を４゜と
１１゜と９０゜の入射角度（θｇ）で試料の表面に入射
し、エネルギー分散型Ｘ線検出器の取出角（θｇ）を４
゜以下と、５〜８゜と、１０〜１３゜にそれぞれ設定し
て分析を行なった。

【００４３】以上の結果を図１３〜図１５に示す。図１
３に示すθｇ＝４゜の場合、基板ＭｇＯのＭｇｋα線は
全く観察されず、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x薄膜からの特性Ｘ線
のみとなり、基板の特性Ｘ線を検出することなく超電導
薄膜の構成元素の特性Ｘ線のみを極めて明確に捕らえる
ことができた。なお、このような酸化物超電導薄膜の分
析の分野において酸化物超電導薄膜のみの特性Ｘ線を明
確に捕らえた例は従来は存在しないので、極めて有意義
な分析結果であると言える。なお、図１３においては、
ＡｌＫα線が検出されているが、これはＡｌ製の試料ホ
ルダ部分のＡｌからの特性Ｘ線であると思われ、ＣＫα
線は試料ホルダに試料を固定する際に用いたカーボンテ
ープからの特性Ｘ線であると思われる。この図１３に示
す状態であれば、薄膜の組成分析を行なうことができ
る。よって本願発明で用いるＸ線の入射角度は１１゜以
下の範囲でも良い。なお、Ｘ線の基材に対する潜り込み
量を数千オングストローム程度（即ち、基材表面に形成
された膜の厚さに対応する厚さ程度）に抑えることがで
きる入射角度は、１５゜程度が限界であるので、入射角
度は１５゜以下にすることが好ましい。なおまた、前記
の成分分析結果とは別個に２次電子線を検出することで
従来の走査型電子顕微鏡と同等の拡大画像を得ることが
できた。

【００４４】図１４に示すθｇ＝１１゜の場合、電子線
の潜り込みが多少生成するので、基板のＭｇＯのＭｇｋ
α線が多少発生しているが、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x薄膜から
の特性Ｘ線の強度も強く出ているので、薄膜の組成分析
を行なう上では大きな支障はない。図１５に示すθｇ＝
９０゜の場合、基板のＭｇＯのＭｇｋα線の強度が強
く、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x薄膜からの特性Ｘ線の強度は非常
に弱い。これでは、特性Ｘ線を利用して薄膜の組成分析
は行なえない。

【００４５】（試験例２）Ｓｉ基板の（１００）面上
に、膜厚５０オングストロームのＡｕの薄膜を形成し、
これを前記と同等の方法で分析した。ただし、入射角θ
ｇを４゜に設定し、Ｘ線取出角θｔを０〜３゜と、θｔ
を５〜８゜と、θｔを１０〜１３゜にそれぞれ設定して
測定を行なった。その結果を図１６に示す。図１６に示
す結果から明らかなように、Ｘ線取出角のθｔをＡｕＭ
線の全反射角θｃ（ＡｕＭ-Ｓｉ）＝０.８１゜近傍の０
〜３゜に設定した場合に、Ａｕの薄膜の特性Ｘ線のＭ線
がＳｉのＫα線に対して一番大きくなっている。

【００４６】Ｓｉ基板の（１００）面上に、膜厚１２５
オングストロームのＡｕの膜を形成し、これを前記と同
等の方法で分析した。ただし、入射角θｇを４゜に設定
し、Ｘ線取出角θｔを０〜３゜と、θｔを５〜８゜と、
θｔを１０〜１３゜にそれぞれ設定して測定を行なっ
た。その結果を図１７に示す。図１７に示す結果から明
らかなように、Ｘ線取出角のθｔをＸ線の全反射角θｃ
（ＡｕＭ-Ｓｉ）＝０.８１゜近傍の０〜３゜に設定した
場合に、Ａｕの薄膜の特性Ｘ線のＭ線がＳｉのＫα線よ
りも大きくなっている。図１６と図１７から明らかなこ
とは、分析する薄膜の膜厚が１００オングストローム程
度であれば、基板の特性Ｘ線と同程度の強度をもつ薄膜
の特性Ｘ線が検出できることを示唆している。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子銃から表面に電子線を照射することで試料の表面を励
起させて蛍光Ｘ線と２次電子線を放出させることができ
る。従って前記Ｘ線をエネルギー分散型Ｘ線検出器で検
出し、２次電子線を電子線検出器で検出することで、Ｘ
線分析による試料の成分分析と２次電子線の分析による
試料表面の拡大画像を同時に得ることができる。従って
試料分析部分の拡大画像を見ながら、その部分の成分分
析ができるという従来の分析装置では不可能であった分
析を実施できる効果がある。

【００４８】また、試料から放出されたＸ線は４゜以下
のＸ線の全反射角で増大するので、この角度で特性Ｘ線
を検出することで多量の特性Ｘ線を検出することがで
き、これにより精密な分析ができるようになる。更に、
試料に４゜以下の角度で電子線を入射することで、試料
に対する電子線の潜り込み現象を引き起こすことなく表
面部分のみから励起されるＸ線と２次電子線を計測する
ことができ、これにより表面の薄い部分の正確な分析を
実施できる。

【００４９】また、エネルギー分散型Ｘ線検出器と電子
線検出器と蛍光板とを備えた装置によれば、蛍光板によ
り、試料からの反射電子線の回折パターンを得ることが
でき、電子線検出器による拡大像を得ることができ、エ
ネルギー分散型Ｘ線検出器による成分分析を行なえるの
で、３つの分析結果から総合的に試料を分析できるよう
になる効果がある。

【００５０】更に、真空容器に接続室を介してエネルギ
ー分散型Ｘ線検出器を着脱自在に取り付けたものにあっ
ては、エネルギー分散型Ｘ線検出器と試料の間に空気層
を介在させることなくエネルギー分散型Ｘ線検出器を使
用できるので、１.７ｋｅＶ以下のエネルギーの特性Ｘ
線でも減衰や吸収をさせることなく検出できる効果があ
る。即ち、１.７ｋｅＶ以下の特性Ｘ線からのみの分析
が可能なＣとＮとＯとＦとＮｅとＮａとＭｇとＡｌの分
析が正確にできるようになる。しかも、予備室のみの真
空状態を解除することで真空容器の真空状態を破らずに
エネルギー分散型Ｘ線検出器を取り外すことができ、高
価なエネルギー分散型Ｘ線検出器を複数の真空容器で共
用することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例の要部の配置構成を示
す略図である。

【図２】図２は本発明の一実施例の概略構成を示す図で
ある。

【図３】図３は本発明の一実施例の一部を示す断面図で
ある。

【図４】図４は図３に示す一実施例の真空容器の全体構
成を示す概略図である。

【図５】図５は本発明の一実施例の詳細構造を示す断面
図である。

【図６】図６は本発明の一実施例の詳細構造を示す断面
図である。

【図７】図７は本発明の一実施例の詳細構造を示す水平
断面図である。

【図８】図８は前記実施例のプローブの支持構造を示す
断面図である。

【図９】図９は前記実施例の支持構造を示す背面図であ
る。

【図１０】図１０は前記実施例の支持構造を示す側面図
である。

【図１１】図１１は本発明に係る装置を用いてＸ線分析
を行なう場合に試料表面に入射された電子線と試料表面
部の励起状態を示す断面図である。

【図１２】図１２は本発明の第２実施例を示す構成図で
ある。

【図１３】図１３は本発明装置による第１の試料の表面
分析結果を示す図である。

【図１４】図１４は従来装置による試料表面分析結果を
示す図である。

【図１５】図１５は従来装置による試料分析結果を示す
図である。

【図１６】図１６は本発明装置による第２の試料の表面
分析結果と従来装置による同一試料の表面分析結果を示
す図である。

【図１７】図１７は本発明装置による第３の試料の表面
分析結果と従来装置による同一試料の表面分析結果を示
す図である。

【図１８】図１８は従来装置により試料表面に入射され
たエネルギー粒子と試料表面の励起状態を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１…試料、２…電子銃、３…エネルギー分散型Ｘ線検
出器、４…電子線検出器、７…窓部、８…半導体
Ｘ線検出部、２０…真空容器、３２…予備室、７５…
予備室、７６…接続室、θｇ…電子線入射角、 θ
ｔ…Ｘ線取出角。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000002255 昭和電線電纜株式会社神奈川県川崎市川崎区小田栄２丁目１番１号 (72)発明者臼井俊雄東京都江東区東雲１丁目14番３号財団法人国際超電導産業技術研究センター超電導工学研究所内 (72)発明者青木裕治東京都江東区東雲１丁目14番３号財団法人国際超電導産業技術研究センター超電導工学研究所内 (72)発明者亀井雅之東京都江東区東雲１丁目14番３号財団法人国際超電導産業技術研究センター超電導工学研究所内 (72)発明者森下忠隆東京都江東区東雲１丁目14番３号財団法人国際超電導産業技術研究センター超電導工学研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料の表面に電子線を入射する電子銃
と、電子線が入射されて励起された試料表面部からの２
次電子線を検出する電子線検出器と、前記励起された試
料表面部からの蛍光Ｘ線をＸ線の全反射角近傍で検出す
るように試料に対して配置されたエネルギー分散型Ｘ線
検出器とを具備してなることを特徴とする表面分析装
置。
【請求項２】試料を収納する真空容器と、この真空容
器に接続されて前記試料に電子線を入射する電子銃と、
前記真空容器に接続されて前記試料から発生された２次
電子線を検出する電子線検出器と、前記励起された試料
表面部からの蛍光Ｘ線をＸ線の全反射角近傍で検出する
エネルギー分散型Ｘ線検出器とを具備してなることを特
徴とする表面分析装置。
【請求項３】試料を収納する真空容器と、この真空容
器に接続されて前記試料に電子線を入射する電子銃と、
前記真空容器に接続されて前記試料から発生された２次
電子線を検出する電子線検出器と、前記励起された試料
表面部からの蛍光Ｘ線を検出するエネルギー分散型Ｘ線
検出器と、前記励起された試料表面部で回折され反射さ
れた電子線を蛍光表示する蛍光板とを具備してなること
を特徴とする表面分析装置。
【請求項４】請求項２または請求項３記載の表面分析
装置において、真空容器に、真空容器の内部とは別個に
真空排気自在な接続室を形成し、この接続室を介してエ
ネルギー分散型Ｘ線検出器を着脱自在に取り付けてなる
ことを特徴とする表面分析装置。
【請求項５】請求項１、２、３または４に記載の表面
分析装置において、試料に対する電子線の入射角度を１
５゜以下に設定してなることを特徴とする表面分析装
置。
【請求項６】請求項１、２、３または４に記載の表面
分析装置において、試料に対する電子線の入射角度を４
゜以下に設定し、試料からの蛍光Ｘ線の取出角度を４゜
以下に設定してなることを特徴とする表面分析装置。