JPH0545308A

JPH0545308A - 表面分析装置

Info

Publication number: JPH0545308A
Application number: JP3228724A
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: 1991-08-14
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1993-02-23
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JP2670395B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、励起された試料表面からの特性Ｘ
線を捕らえて試料表面の成分分析ができる装置であっ
て、特性Ｘ線を捕らえるエネルギー分散型Ｘ線検出器の
着脱が容易な装置を提供することを目的とする。【構成】本発明は、試料を収納する真空容器に、試料
にエネルギー粒子を入射するエネルギー源と、エネルギ
ー分散型Ｘ線検出器とを取り付け、真空容器に独自に真
空排気自在な接続室を形成し、この接続室にエネルギー
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、接続室からエネルギー分
散型Ｘ線検出器を取り外す際に真空容器の真空状態を破
ることなく取り外すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蛍光Ｘ線分光を利用した
表面分析装置の改良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。

【０００４】このような背景の基に、１９８０年に、東
京大学の井野教授らにより、反射高速電子回折（ＲＨＥ
ＥＤ）の電子線によって励起された試料の構成原子の特
定Ｘ線をエネルギー分散型Ｘ線検出器を用いて検出する
ことで、試料表面の元素分析を極めて高感度で行なえる
ことが見出された。この新しい表面分析方法は、Ｘ線全
反射角分光法と称されている。この方法は、試料から放
出された特性Ｘ線の取り出し角度をＸ線の全反射角θｃ
（０〜数゜）付近に設定すると、試料表面元素の検出感
度が著しく向上し、表面の元素分析法として有効である
ばかりでなく、表面の原子配列構造に関する情報も得ら
れ、しかも、試料として、数原子層の薄い膜から、かな
り厚い膜まで種々の膜への応用が可能であり、物質の境
界面の情報も得られるという優れた方法である。

【０００５】図１２にこのＸ線全反射角分光装置の概略
構成を示す。図１２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線検出器を示してい
る。試料１はその表面部分に、分析されるべき薄膜が形
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る。エネルギー分
散型Ｘ線検出器３と試料１との間には、Ｂｅまたは有機
薄膜製の窓部５とスリット６とが設けられ、エネルギー
分散型Ｘ線検出器３は、Ｂｅ製又は有機薄膜製の窓部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。

【０００６】ここで、エネルギー分散型Ｘ線検出器（en
ergy dispersive 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蛍光Ｘ線（特性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するものである。

【０００７】ここで前記半導体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Ｓ
ｉのｐ型半導体単結晶板に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又は有機薄膜の窓部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。

【０００８】図１２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所定の
入射角θｇ（０〜数゜）で入射する。すると、試料表面
は励起されて蛍光Ｘ線（特性Ｘ線）を放出するが、試料
表面から所定のＸ線の取出角θｔ（０〜数゜）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θｃ（０〜数゜）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ものである。ここでＸ
線の全反射角θｃは、次式で与えられることが知られて
いる。 θｃ＝１.１４×ρ^0.5×１／Ｅ 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゜である。同様にＡｕＭ
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。

【０００９】図１２に示す構成の装置において、エネル
ギー分散型Ｘ線検出器３の具体的取付構造の一例を図１
３に示す。図１３において、１１は試料を収納した真空
容器の側壁を示し、この側壁１１を貫通させて棒状のプ
ローブ１２がフランジ１３を介し真空容器の側壁１１に
接続されている。このプローブ１２の先端部にはＢｅま
たは有機薄膜からなる窓部７が取り付けられ、更にプロ
ーブ１２において窓部７の内側には図１４では隠されて
いるが半導体Ｘ線検出部８とＦＥＴ９が内蔵され、プロ
ーブ１２の基端部側には波高分析装置１０が取り付けら
れている。また、プローブ１２の基端部は、Ｌ字状に屈
曲されてタンク１５に接続されている。このタンク１５
は、断熱構造にされた容器で内部に液体窒素を貯留でき
るようになっている。なお、プローブ１２の内部は魔法
瓶のような真空断熱構造になっていて、この真空断熱部
の内側にタンク１５に貯留された液体窒素が供給されて
プローブ１２の内部に収納されている半導体Ｘ線検出部
８を冷却し、半導体Ｘ線検出部８の暗電流を減少させ得
る構造になっている。

【００１０】図１２に示す構成の装置は、真空容器の中
での薄膜などの成長過程や物質の吸脱過程などを調べる
ことが可能であり、電子銃２から出された電子線によっ
て励起されて発生された蛍光Ｘ線は、Ｂｅ又は有機薄膜
製の窓部（一般にはＸ線の検出効率を上げるためにＢｅ
箔又は有機薄膜の厚さを１５〜２５μｍとした窓状にな
っている。）７を介してエネルギー分散型Ｘ線検出器３
の半導体Ｘ線検出部８で電気信号として検出される。

【００１１】更にここで、前記Ｘ線全反射角分光法によ
り高精度で表面解析ができる理由について図１４を基に
以下に説明する。Ｘ線全反射角分光法においては図１４
（ａ）に示すように０゜に近い極めて小さな角度でエネ
ルギー粒子（例えば、４０ｋｅＶ程度までの高エネルギ
ー電子線）ｅを試料表面の薄膜Ｈに入射するが、従来の
Ｘ線分光法では図１４（ｂ）に示すように直角に近い角
度で電子線を入射する。図１４（ｂ）に示すように電子
線を直角に近い角度で入射すると、電子線は薄膜を貫通
して基材に液滴状に潜り込み、この結果として基材から
発生された特性Ｘ線も混じってしまう問題がある。これ
に対して電子線を０゜に近い角度で薄膜Ｈに照射する
と、液滴状の潜り込みは発生せずに薄膜Ｈの部分のみで
特性Ｘ線が発生する。また、Ｘ線の取出し角をＸ線の全
反射角近傍に設定することで薄膜Ｈの領域のＸ線を高感
度で検出できる。これらにより前記Ｘ線全反射角分光法
によれば、表面部分の高精度な分析ができるようになっ
ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記構造のエネルギー
分散型Ｘ線検出器３は、図１３に示すように真空容器の
側壁１１に取り付けられている。ところが、このエネル
ギー分散型Ｘ線検出器３は、極めて高価な装置であるの
で、１つの真空容器に専属的に取り付けて使用するより
は、複数の真空容器に付け換えて使用できることが好ま
しい。従って従来、真空容器の側壁部にＢｅ製の窓部を
設け、プローブ１２を真空容器の外部に出し、プローブ
１２とタンク１５を真空容器の外部に設けた支持架台な
どで支持し、プローブ１２の先端部を真空容器の側壁部
に設けたＢｅの窓部に臨ませて配置し、真空容器の内部
の真空状態とは別個にプローブ１２を使用できるように
している。

【００１３】このような構成を採用すると、１台のエネ
ルギー分散型Ｘ線検出器３を複数の真空容器に取り付け
換えてＸ線の検出を効率的にできるばかりか、Ｘ線の測
定系を大気中に出すことができるので、操作が極めて簡
便になる利点がある。また、真空容器に直接エネルギー
分散型Ｘ線検出器３を取り付けると、エネルギー分散型
Ｘ線検出器３の交換のために、逐次真空容器の真空状態
を解除する必要が生じるので、試料を真空状態に長時間
保持できない上に、真空容器の真空解除操作に時間がか
かって非効率的であるなどの問題がある。ところが、前
記のようにエネルギー分散型Ｘ線検出器３を大気中に出
すことで、真空容器の真空解除の問題を解消することが
できる。

【００１４】しかしながら、真空容器の内部で試料表面
に直接成膜し、この膜を成膜と同時に、あるいは、成膜
後に直ちに蛍光Ｘ線（特性Ｘ線）により分析する必要を
生じる場合があるが、このような場合にプローブ１２の
先端部に設けたＢｅ又は有機薄膜製の窓部７を成膜物質
などで汚染することがあると、分析中に成膜物質の特性
Ｘ線が励起されてしまい、測定誤差につながる問題を生
じる。このような場合は、前記窓部７の交換を行なう必
要を生じるが、窓部７の交換のためには中空断熱構造の
プローブ１２の分解作業を行なう必要があるので、窓部
７の交換には多額の費用と時間と手間がかかる問題があ
る。

【００１５】また、プローブ１２を真空容器の外部の大
気中に設けると、真空容器の側壁に設けられたＢｅ製の
窓部とプローブ１２の先端部との間に空気層が介在する
ことになるので、この空気層によって特性Ｘ線の一部が
吸収されてしまい、検出効率が低下する問題がある。な
お特に、１.７ｋｅＶ以下のエネルギーを有する特性Ｘ
線は、酸素、窒素、アルゴンなどを含む大気によって吸
収され易く、ほとんど検出できない。従って１.７ｋｅ
Ｖ以下のエネルギーを有するＣ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｎａ、Ｍ
ｇ、Ａｌなど元素の特性Ｘ線を検出できない問題があっ
た。

【００１６】

【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、試料の表面に所定の入射角度
でエネルギー粒子を入射し、エネルギー粒子により試料
から出された蛍光Ｘ線を検出して試料の表面を分析する
表面分析装置において、試料を収納する真空容器と、こ
の真空容器内の試料にエネルギー粒子を入射するエネル
ギー源と、前記試料から発生された蛍光Ｘ線を検出する
プローブを備えたエネルギー分散型Ｘ線検出器とを具備
してなり、前記真空容器にこの真空容器とは別個に真空
排気自在な接続室を形成し、この接続室に着脱自在にエ
ネルギー分散型Ｘ線検出器を取り付け、接続室に対する
エネルギー分散型Ｘ線検出器の取付部分に気密機構を設
けてなるものである。

【００１７】請求項２記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項１記載の表面分析装置において、接続室
に対するエネルギー分散型Ｘ線検出器の取り付け部分
に、試料の被測定面に対するエネルギー分散型Ｘ線検出
器のプローブの傾斜角度を調節する角度調節機構を設け
たものである。

【００１８】請求項３記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項１または２記載の表面分析装置におい
て、試料の表面から発生された特性Ｘ線を検出する際の
検出器の取出角度を試料の表面に対するＸ線の全反射角
近傍に設定してなるものである。

【００１９】請求項４記載の発明は前記課題を解決する
ために、試料に対するエネルギー粒子の入射角度と、試
料から放出される特性Ｘ線の取出角度をいずれも４゜以
下に設定してなるものである。

【００２０】

【作用】エネルギー分散型Ｘ線検出器のプローブの先端
部分の周囲は真空状態となり、真空容器とプローブとの
間に空気層が介在しないので、１.７ｋｅＶ以下のエネ
ルギーを持つＸ線が途中で吸収されることなくプローブ
に到達して検出される。よって原子番号１７以下の軽元
素（Ａｌ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｎｅ、Ｆ、Ｏ、Ｎなど）のＫα
線、原子番号２０〜３７の元素（Ｃａ〜Ｒｂ）のＫβ
線、および、原子番号４１〜７３の元素（Ｎｂ〜Ｔａ）
のＭ線を検出できるので、試料表面に含まれるこれらの
元素を特定することができる。また、接続室は真空容器
とは別個に真空排気できるので、接続室の真空状態のみ
を解除してエネルギー分散型Ｘ線検出器を予備室から取
り外すことができ、これにより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線検出器を真空容器から
取り外すことができる。よってエネルギー分散型Ｘ線検
出器を複数の真空容器で共用して使用することができ、
分析のために真空容器の真空状態を破る必要がなくな
り、試料を設置した雰囲気を変えることなく試料分析が
できる。

【００２１】更に、エネルギー粒子を試料に対して低い
入射角度で入射し、Ｘ線の全反射角で取り出すことによ
り、試料表面の浅い部分のみからの特性Ｘ線を効率良く
検出することができ、検出精度を向上させることがで
き、正確な分析ができる。

【００２２】

【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、図中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２１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。

【００２３】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、蛇腹部材３５の
内部空間と補助管３１の内部空間とが連続されて予備室
３２が形成されている。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の
内部構造は従来装置で用いられていたプローブ１２と同
等の構成であり、プローブ１２の先端部にＢｅ又は有機
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線検出部やＦＥＴなどが収納されてい
る。

【００２４】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の先端面にＢｅ製の窓部３
６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４０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。

【００２５】一方、図２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、酸素供給源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。

【００２６】更に、図２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には電子銃４８が取り付けられていて、この電子銃４
８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。

【００２７】図３〜図５は、図１と図２に概略構成を示
す装置を具体化した構造を示すものであり、図１と図２
を基に基本構成として説明した部分には同一符号を付し
てそれら部分の説明は省略する。本構造の真空容器２０
には、図５に示すように多数の補助ポート５０、５１、
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。

【００２８】図１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６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、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６
１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。

【００２９】前記スライド架台６１の外周部の両側に
は、図６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。

【００３０】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７５が装着され、この
窓部７５の内側にスリット板７６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。

【００３１】前記保護管７１は、エネルギー分散型Ｘ線
検出器２８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２８を固定する
ための支持架台７７が設けられている。なお、図６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２８
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１に示すように、保護管７１の内面とプロ
ーブ３０の外面とで囲まれる予備室７８と前記予備室３
２とにより接続室７９が形成されている。

【００３２】また、支持架台７７は図８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。

【００３３】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２８のプローブ３０を保護管
７１に挿入して支持架台７７にエネルギー分散型Ｘ線検
出器２８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４８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。

【００３４】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（特性Ｘ線）
が放出される。この場合の薄膜の励起状態は、図１４
（ａ）を基に説明した場合と同様に、試料１に液滴状の
潜り込みを発生せず、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線が放出される。

【００３５】また、図１４（ａ）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
液敵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２８のプローブ３０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２
８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７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の周面
部を押圧するので、スライド基台６３が案内レール６
２、６２に沿って移動する。ここでエネルギー分散型Ｘ
線検出器２８のプローブ３０はスライド架台６３に、支
持架台７７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２８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。また、スライド架台６３の移動
により保護管７１とプローブ３０とが同時に傾斜するこ
とで蛇腹管３５は保護管７１の移動に伴ってその傾斜角
度を変えるのでプローブ３０の傾斜角度は容易に変更す
ることができる。

【００３７】なお、エネルギー分散型Ｘ線検出器２８の
高さ位置調節は、図８に示す調整ボルト８４を回転させ
てリンク式の伸縮機構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２８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
６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２８を支持しているのは、エネルギー分散型
Ｘ線検出器２８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３
０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１に
示す真空排気装置３３を作動させて接続室７９を真空排
気することで、試料から出された特性Ｘ線を真空容器２
０内の真空部分とＢｅ又は有機薄膜の窓部３４、３６と
を介してプローブ３０の半導体Ｘ線検出部８に導入でき
るので、特性Ｘ線がプローブ３０に到達する途中で吸収
されたり減衰されることはない。これに対しプローブ３
０の先端と試料１との間に空気層が存在すると、１.７
ｋｅＶ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。即ち、原子番号１
７以下の軽元素（Ａｌ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｎｅ、Ｆ、Ｏ、Ｎ
など）のＫα線、原子番号２０〜３７の元素（Ｃａ〜Ｒ
ｂ）のＫβ線、および、原子番号４１〜７３の元素（Ｎ
ｂ〜Ｔａ）のＭ線を検出できるので、試料表面に含まれ
るこれらの元素を特定することができる。

【００４０】図９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Ｘ線検出
器８５と蛍光板９０を付加した構成である。電子銃４８
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、エネル
ギー分散型Ｘ線検出器２８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、２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。また、Ｘ線検出器８５
をＸ線の全反射角以外の取出角で配置しておけば、全反
射角以外のＸ線も検出して分析に役立てることができ
る。なお、前記蛍光板９０は、図２、図５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、Ｓｉ基板上に厚さ１０オングストロームのＭ
ｇ薄膜を蒸着した試料を分析した。真空容器の内部圧力
を１×１０^-7トール（Ｔｏｒｒ）に減圧した後に、２０
ｋｅＶのエネルギーを有する電子線を４゜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Ｘ線取出角（θｇ）を４゜以下にそれぞれ設定
して分析を行なった。なお、同一組成の薄膜を有する試
料について、接続室の内部を真空排気した場合と大気開
放した場合のそれぞれについて分析を行なった。

【００４３】図１０（ａ）はプローブと真空容器との間
に空気層を介在させて測定した場合（接続室を大気開放
した場合）の分析結果を示し、図１０（ｂ）はプローブ
と真空容器との間に空気層を介在させることなく両者の
間を真空状態とした場合（接続室を真空容器と同等の圧
力に減圧した場合）の分析結果を示す。本発明に係る装
置を用いることで、図１０（ｂ）に示すようにＭｇのＫ
α線（１.２５３ｋｅＶ）を捕らえることができ、試料
表面のＭｇ薄膜の存在を明確に捕らえることができた。
これに対し、プローブと真空容器との間に空気層を介在
させて測定された図１０（ａ）に示す測定結果では、試
料表面のＭｇ薄膜の存在を捕らえることはできなかっ
た。

【００４４】（試験例２）ＭｇＯ基板上に、厚さ０.２
μｍのＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_xなる組成の超電導薄膜を蒸着し
た試料について前記と同等の条件でＸ線分析を行なっ
た。図１１（ａ）は真空容器とプローブとの間に空気層
を介在させて測定した場合（接続室を大気開放した場
合）の分析結果を示し、図１１（ｂ）はプローブと真空
容器との間に空気層を介在させることなく両者の間を真
空状態とした場合（接続室を真空容器と同等の圧力に減
圧した場合）の分析結果を示す。

【００４５】図１１（ｂ）に示す結果から、試料表面の
ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x薄膜の存在を明確に捕らえることがで
きた。両者を比較してみると、図１１（ａ）に示す分析
結果ではＯの存在を検出できないが、図１１（ｂ）に示
す分析結果ではＯの存在を明確に捕らえることができ
た。これは、プローブと試料との間に空気層を介在させ
ないことで１.７ｅＶ以下のエネルギー（０.５２５ｋｅ
Ｖ）を有するＯの特性Ｘ線（Ｋα線）を満足に検出でき
たためであると思われる。

【００４６】ところで、前記した実施例においては、試
料に入射するエネルギー粒子として電子線を利用してい
るが、エネルギー粒子は試料表面を励起して蛍光Ｘ線
（特性Ｘ線）を発生さるものであれば良いので、電子線
の変わりにＸ線などの高エネルギー粒子を入射しても良
いのは勿論である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ネルギー分散型Ｘ線検出器を真空容器の外部に設置した
場合でもプローブの先端部分と試料との間の空間を真空
状態とすることができ、真空容器とプローブとの間に空
気層を介在させないようにできるので、１.７ｋｅＶ以
下のエネルギーを持つＸ線が途中で吸収されることなく
プローブに到達して検出される。よって原子番号１７以
下の軽元素（Ａｌ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｎｅ、Ｆ、Ｏ、Ｎな
ど）のＫα線、原子番号２０〜３７の元素（Ｃａ〜Ｒ
ｂ）のＫβ線、および、原子番号４１〜７３の元素（Ｎ
ｂ〜Ｔａ）のＭ線を検出できるので、試料表面に含まれ
るこれらの元素を特定することができる。

【００４８】また、接続室は真空容器とは別個に真空排
気できるので、接続室の真空状態のみを解除してエネル
ギー分散型Ｘ線検出器を予備室から取り外すことがで
き、これにより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線検出器を真空容器から取り外すことが
できる。よってエネルギー分散型Ｘ線検出器を複数の真
空容器で共用して使用することができ、分析のために真
空容器の真空状態を破る必要がなくなり、試料を設置し
た雰囲気を変えることなく試料分析ができる。

【００４９】更に、エネルギー粒子を試料に対して低い
入射角度で入射し、Ｘ線の全反射角で取り出すことによ
り、試料表面の浅い部分のみからの特性Ｘ線を効率良く
検出することができるので、試料表面に形成されている
薄膜の成分を分析することがができ、表面の薄い部分で
の検出精度を向上させることができ、正確な分析ができ
る効果がある。

【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構成を示す図
である。

【図２】図２は本発明の一実施例の真空容器の概略構成
を示す図である。

【図３】図３は本発明の一実施例の真空容器の詳細構造
を示す断面図である。

【図４】図４は図３に示す真空容器の詳細構造を他の角
度から示す断面図である。

【図５】図５は図３に示す真空容器の水平断面を示す図
である。

【図６】図６は本発明の一実施例のプローブ取付部の拡
大断面図である。

【図７】図７は本発明の一実施例のプローブ取付部を示
す背面図である。

【図８】図８は本発明の一実施例のプローブ取付部を示
す側面図である。

【図９】図９は表面分析装置の他の例の構成図である。

【図１０】図１０（ａ）は従来方法による分析結果を示
す図、図１０（ｂ）は本発明方法による分析結果を示す
図である。

【図１１】図１１（ａ）は従来方法による分析結果を示
す図、図１１（ｂ）は本発明方法による分析結果を示す
図である。

【図１２】図１２は従来のＸ線全反射角分光法に用いる
装置の概略構成図である。

【図１３】図１３は従来装置におけるエネルギー分散型
Ｘ線検出器の取付構造を示す断面図である。

【図１４】図１４（ａ）は従来方法の一例を用いてＸ線
分析を行なう場合に試料表面に入射されたエネルギー粒
子と試料表面部の励起状態を示す断面図、図１４（ｂ）
は従来方法の他の例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、５、７…窓部、８…半導体Ｘ線検出部、２０
…真空容器、２３…側壁、２６、２７…フランジ板、２
８…エネルギー分散型Ｘ線検出器、３０…プローブ、３
１…補助管、３２…予備室、３３…真空排気装置、３
４、３６…窓部、３５…蛇腹部材、４８…電子銃、６１
…スライド架台、６２…案内レール、６３…スライド基
台、７０…調節ボルト、７１…保護管、７５…窓部、７
６…スリット板、７７…支持架台、θｓ…（電子線）入
射角、θｔ…Ｘ線取出角。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000000044 旭硝子株式会社東京都千代田区丸の内２丁目１番２号 (72)発明者臼井俊雄東京都江東区東雲一丁目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一丁目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一丁目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一丁目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】試料の表面に所定の入射角度でエネルギ
ー粒子を入射し、エネルギー粒子により試料から出され
た蛍光Ｘ線を検出して試料の表面を蛍光Ｘ線分析する表
面分析装置において、試料を収納する真空容器と、この真空容器内の試料にエ
ネルギー粒子を入射するエネルギー源と、前記試料から
発生された蛍光Ｘ線を検出するプローブを備えたエネル
ギー分散型Ｘ線検出器とを具備してなり、前記真空容器にこの真空容器とは別個に真空排気自在な
接続室を形成し、この接続室に着脱自在にエネルギー分
散型Ｘ線検出器を取り付け、接続室に対するエネルギー
分散型Ｘ線検出器の取付部分に気密機構を設けてなるこ
とを特徴とする表面分析装置。
【請求項２】請求項１記載の表面分析装置において、
接続室に対するエネルギー分散型Ｘ線検出器の取り付け
部分に、試料の被測定面に対するエネルギー分散型Ｘ線
検出器のプローブの傾斜角度を調節する角度調節機構を
設けたことを特徴とする表面分析装置。
【請求項３】請求項１または２記載の表面分析装置に
おいて、試料の表面から発生された蛍光Ｘ線を検出する
際の検出器の取出角度を試料の表面に対するＸ線の全反
射角近傍に設定してなることを特徴とする表面分析装
置。
【請求項４】試料に対するエネルギー粒子の入射角度
と、試料から放出される特性Ｘ線の取出角度をいずれも
４゜以下に設定してなることを特徴とする請求項１また
は２記載の表面分析装置。