JP2656681B2 - Surface analyzer - Google Patents

Surface analyzer

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JP2656681B2
JP2656681B2 JP3197065A JP19706591A JP2656681B2 JP 2656681 B2 JP2656681 B2 JP 2656681B2 JP 3197065 A JP3197065 A JP 3197065A JP 19706591 A JP19706591 A JP 19706591A JP 2656681 B2 JP2656681 B2 JP 2656681B2
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electron beam
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rays
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裕治 青木
雅之 亀井
忠隆 森下
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Fujikura Ltd
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  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface analyzer using X-ray spectroscopy.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art The field of solid surface chemistry is not only important as a basic research field, but also deeply related to various industrial practical problems such as adsorption / desorption, catalysis, corrosion, electrode reaction, friction, and electronic properties. It is a very important area because it is related. For example, when it comes to catalysis, most processes in the chemical industry are not only driven by catalysts, but in recent years catalysts have played an important role, especially in solving resource, energy and environmental issues. ing. Thus, in the past, there has been a vast accumulation of empirical facts in this area. However, until now there has been no effective means for directly examining the surface of a substance, and an era of long-term guesswork about its nature based on indirect information has continued for a long time.

【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。
However, in recent years, the development of various physical and chemical devices has been rapidly progressing, and the arrangement of atoms on a solid surface, chemical composition, electronic state, vibration state, depth distribution from the surface, etc. There is an increasing tendency to create substances, materials, devices, and the like that have excellent functions by controlling data. Along with this trend, the importance of the means and method for measuring the solid surface state has become extremely large. Against this background, a scanning electron microscope is now widely used as the most common type of surface analyzer. In this scanning electron microscope, an electron beam emitted from an electron gun is converged extremely finely by a condenser lens, and is irradiated on a sample surface while being scanned by a deflection coil, and reflected electron emitted from the irradiated sample surface portion. Alternatively, secondary electrons are captured by an electron beam detector and amplified, and the amount of electron beams can be modulated and displayed on a CRT for observation. When the scanning of the electron beam on the sample surface and the scanning on the CRT are synchronized, an enlarged image of the sample surface can be obtained on the screen of the CRT as a reflection or secondary electron beam image.

【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。
When observing the surface of a sample with the above-mentioned scanning electron microscope, not only the crystal orientation difference and the different phase, but also the unevenness and the stepped structure cause a difference in the amount of the emitted electron beam.
They are all detected as image contrast. Therefore, the surface of the sample can be observed in a non-destructive state without corroding the sample with respect to the grain size and shape of the crystal grain, the shape and distribution of the precipitate, and the like.

【0005】[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。
In the scanning electron microscope having the above-described structure, the surface resolution can be reduced to 100 angstrom or less by narrowing the electron beam. , Will be a fairly large area. This reason is believed to be due to the reason described below.

【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。
FIG. 18 shows a sample obtained by forming a thin film H on the surface of a base material B and observing the sample by applying a high energy (for example, 20 keV) electron beam to the sample using the scanning electron microscope. This shows the state of the electron beam sunk into the sample. As shown in FIG. 18, this type of electron beam penetrates the thin film H of the sample and penetrates deeply into the substrate B in the form of a droplet, and both the fluorescent X-rays from the thin film H and the fluorescent X-rays from the substrate B There is a problem that causes. Therefore, when the composition analysis is performed by the fluorescent X-rays excited by the electron beam of the scanning electron microscope having the above structure, there is a problem that the thin film H thinner than the drop-in portion cannot be accurately analyzed. Especially,
Since the drop-in portion reaches a depth of several μm, a thin film region having a thickness of 0.1 μm (1000 Å) or less cannot be accurately analyzed. Furthermore,
When the liquid drop-in portion is formed, the fluorescent X-ray dose from the thin film H and the liquid X-ray dose from the liquid immersion portion are observed in a mixed manner, so that the signal-to-noise ratio (S /
N ratio, electron dose from thin film and fluorescence X from liquid-like part
The ratio to the dose).

【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、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N
eとNaとMgとAlの分析が正確にできるようになる
とともに、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。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to capture a secondary electron beam from a sample surface and obtain an enlarged image of the secondary electron beam, and at the same time, capture characteristic X-rays and analyze components of the sample surface. 1.7 keV or less
C, N, O, F, and N that can be analyzed only from characteristic X-rays
e, Na, Mg, and Al can be accurately analyzed
It is another object of the present invention to provide a surface analysis apparatus and a surface analysis method capable of obtaining a diffraction pattern by a reflected electron beam.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記の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
り、前記真空容器に、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前記エネ
ルギー分散型X線検出器を真空容器に着脱自在に取り付
けてなることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a vacuum container for storing a sample.
Is connected to this vacuum vessel and the electron beam is incident on the sample
Generated from the sample connected to the electron gun and the vacuum vessel
An electron beam detector for detecting the irradiated secondary electron beam;
The fluorescent X-rays from the sample surface area near the total reflection angle of X-rays
Energy dispersive X-ray detector for detecting
The vacuum container is evacuated separately from the inside of the vacuum container.
A flexible connection chamber is formed, and the energy
Lugie-dispersive X-ray detector is detachably attached to the vacuum vessel
It is characterized by the fact that

【0009】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、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
表示する蛍光板を具備してなることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a surface analysis apparatus according to the first aspect, wherein the excitation is performed.
Fluorescent electron beam diffracted and reflected on the sample surface
It is characterized by comprising a fluorescent plate for displaying.

【0010】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
してなることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a surface analyzer according to the first or second aspect of the present invention.
The incident angle of the electron beam on the sample to 15 ° or less
It is characterized by becoming.

【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1または2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。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a surface analyzer according to the first or second aspect of the present invention.
The incident angle of the electron beam on the sample to 4 ° or less
And set the extraction angle of fluorescent X-rays from the sample to 4 ° or less.
It is characterized by becoming.

【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1〜4のいずれかに記載の表面分析装置
において、電子線検出器とエネルギー分散型X線検出器
を試料に対する電子線の入射方向の側方に設けたことを
特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a surface analysis apparatus according to any one of the first to fourth aspects, in order to solve the above-mentioned problems.
, Electron beam detector and energy dispersive X-ray detector
Is provided on the side of the sample in the direction of incidence of the electron beam.
Features.

【0013】[0013]

【0014】[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。
When the surface of the sample is irradiated with an electron beam, the surface of the sample is excited to emit X-rays and secondary electron beams. Therefore, by detecting the X-rays with an energy dispersive X-ray detector and detecting a secondary electron beam with an electron beam detector, the component analysis of the sample by X-ray analysis and the sample surface by secondary electron beam analysis can be performed. An enlarged image can be obtained at the same time. Further, the amount of X-rays emitted from the sample is large in the total reflection angle region of X-rays of 4 ° or less, so that by detecting X-rays at this angle, a large amount of X-rays can be detected, thereby providing precise X-rays. Be able to analyze. Further, by injecting the electron beam into the sample at an angle of 4 ° or less, X-rays and secondary electron beams excited only from the surface portion can be measured without causing the electron beam to sneak into the sample, This allows an accurate analysis of the surface portion. In addition, by attaching the energy dispersive X-ray detector to the vacuum container via a spare room in a detachable manner, the energy dispersive X-ray detector can be removed without breaking the vacuum state of the vacuum container, and the The distributed X-ray detector can be shared and used by a plurality of vacuum vessels.

【0015】[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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a schematic configuration of a main part of one embodiment of the present invention. In FIGS. 1 and 2, 1 is a substrate-like sample, 2 is an electron gun, and 3 is an energy dispersive X-ray detection. Reference numeral 4 denotes an electron beam detector. The sample 1 has a thin film or a thick film to be analyzed formed on the surface thereof, and the electron gun 2 has an electron beam (energy particle) incident on the surface of the sample 1 at a predetermined incident angle θg. The energy dispersive X-ray detector 3 detects fluorescent X-rays (characteristic X-rays) generated from the surface of the sample 1, and the electron beam detector 4 detects secondary electrons generated from the surface of the sample 1. This is to detect a line.

【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。
Between the energy dispersive X-ray detector 3 and the sample 1, a window 5 made of Be or an organic thin film having little X-ray absorption and a slit plate 6 are provided as shown in FIG. The dispersive X-ray detector 3 includes a window 7 made of Be or an organic thin film having little X-ray absorption, a semiconductor X-ray detector 8, and an FET 9 connected to the semiconductor X-ray detector 8, and the FET 9 is an amplifier. It is connected to a wave height analyzer 10 provided.

【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。
An energy dispersive X-ray detector (energy dis
persive X-ray detector (EDX) is a characteristic X-ray (or fluorescent X-ray) excited by predetermined energy particles
Utilizing the fact that when electrons are incident on the detector, a pair of electrons and holes is generated in proportion to the energy of the X-rays.
The intensity of the line can be converted into an electric signal and detected.

【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。
The semiconductor X-ray detecting section 8 will be described. The semiconductor X-ray detecting section 8 is composed of p-doped Si doped with B or the like.
Thermal diffusion of Li into the single-crystal semiconductor, Si (Li)
This is generally called a semiconductor X-ray detecting element.
When a voltage is applied to the semiconductor X-ray detector 8 and X-rays are incident on the voltage, electrons proportional to the energy of the X-rays,
Hole pairs are formed in the semiconductor X-ray detector 8 and these are collected by both the positive and negative electrodes formed in the semiconductor X-ray detector 8 and output as current pulses. The intensity of the input X-ray energy can be detected based on the intensity of the electric signal generated by the X-ray detector 8. The windows 5 and 7 made of Be or an organic thin film are used because of their high X-ray transmission efficiency.

【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。
On the other hand, the electron gun 2 comprises a filament 11, a Wehnelt cylinder 12, an anode 13, and a first condenser lens 1.
4, a second condenser lens 15, and a deflection coil 16, and a scanning electrode 17 is provided on the deflection coil 16 of the electron gun 2.
The scanning electrode 17 is connected to a cathode ray tube 18 for observation, and the cathode ray tube 18 is connected to the electron beam detector 4. According to the electron gun 2 having the above configuration, the desired position on the sample surface can be irradiated with the electron beam by the action of the deflection coil 16, and the secondary electron beam generated by exciting the sample is detected by the electron beam detector 4. Can be modulated to the brightness on the screen of the cathode ray tube 18.

【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×ρ0.5×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。
In order to analyze the sample surface using the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, an electron beam is incident on the sample surface by the electron gun 2 at an incident angle θg (0 to 15 °, most preferably 4 ° or less). I do. Then, the sample surface is excited to emit fluorescent X-rays (or characteristic X-rays) and secondary electron beams, but at a predetermined X-ray extraction angle θt (0 to several ゜, preferably 4 ° or less) from the sample surface. When characteristic X-rays are detected by the energy dispersive X-ray detector 3, the X-ray detection sensitivity is remarkably improved at the X-ray total reflection angle (0 to several degrees, usually 4 degrees or less). The highly sensitive detection also provides information on the elemental analysis of the sample surface state and the atomic arrangement structure on the surface. Further, since a secondary electron beam is also generated from the sample surface excited by the electron beam, an enlarged image of the sample can be observed by the electron beam detector 4 as in the conventional case.
Here, it is known that the X-ray total reflection angle θc is given by the following equation. θc = 1.14 × ρ 0.5 × E where θc
Is deg (degrees), ρ is the density of the reflecting substance (g / cm 3 ), and E is the X-ray energy (keV). For example, YLα ray (energy 1.92 keV)
However, the angle of total reflection at Au (density of 19.3 g / cm 3 ) is θc (YLα-Au) = 2.60 °. Similarly, Au
The angle at which the M line (2.15 keV) is totally reflected by Si (2.33 g / cm 3 ) is θc (AuM-Si) = 0.81 °. As described above, the total reflection angle of X-rays varies depending on the combination of the type of X-rays to be measured and the substance to be reflected, but is basically 4 ° or less.

【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。
FIGS. 1 and 2 show only the arrangement of the main parts of the apparatus of the present invention. FIGS. 3 and 4 show the schematic configuration of the apparatus of the present invention, and FIGS. The detailed structure is shown. 3 and 4, reference numeral 20 denotes a vacuum container containing the sample 1, and the vacuum container 20 is connected to a vacuum exhaust device (not shown) so that the inside can be evacuated.
A sample holder 22 for holding the plate-shaped sample 1 is provided at the center of the upper inside of the vacuum vessel 20, and the plate-shaped sample 1 can be horizontally supported on the bottom of the sample holder 22. .

【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。
A cylindrical support port 25 is protruded from a side wall 23 of the vacuum vessel 20, and an energy dispersing type X is provided at a tip end of the support port 25 via flange plates 26 and 27.
A line detector 28 is attached. The energy dispersive X-ray detector 28 includes a tank 29 for storing liquid nitrogen.
An L-shaped probe 30 protruding from the bottom of the tank 29;
1 and a flange plate 27 fixed to the auxiliary pipe 31.
A preliminary chamber 32 is formed inside the auxiliary pipe 31 by being bolted to the flange 26 on the side, and the preliminary chamber 32 communicates with the support port 25 via flange plates 27 and 26. Further, a vacuum exhaust device 33 is connected to the auxiliary pipe 31 so that the auxiliary chamber 32 can be independently evacuated. The probe 30 is provided with a window 34 made of Be or an organic thin film at the tip thereof, and the semiconductor X-ray detector 8 for X-ray measurement, the FET 9 and the like are accommodated inside the window 34.

【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。
A cylindrical bellows member 35 made of metal such as stainless steel is provided inside the support port 25.
The bellows member 35 is provided at the tip of the bellows member 35 so as to penetrate the side wall 23 of the vacuum container 20.
Is provided. On the other hand, on the inner bottom of the vacuum vessel 20,
An evaporation source 38 for forming a film is provided on the bottom surface side of the sample 1. The vapor deposition source 38 contains the raw material 4 inside the crucible 39.
The crucible 39 is provided with a deflecting electron beam irradiating device 41 below the crucible 39. The irradiating direction of the electron beam is deflected to bend, the material 40 is irradiated, and the material 40 is evaporated to form a film on the sample 1. You can do it. The evaporation source 38 is used when it is necessary to perform a film forming process on the sample 1 mounted on the sample holder 22.

【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。
On the other hand, as shown in FIG. 4, below the sample holder 22, there is provided a gas supply device 43 comprising an annular tube.
The gas supply device 43 is connected to a gas supply source 4 such as an oxygen cylinder through a connection pipe 44 penetrating the side wall 23 of the vacuum vessel 20.
5 is connected. The gas supply device 43 has a plurality of through-holes formed in the upper surface of an annular tube along the circumferential direction thereof. The gas supplied from the gas supply source 45 is supplied to the sample holder 2.
2 can be supplied to the space on the bottom side.

【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。
Further, as shown in FIG. 4, a mounting port 47 is formed on one side of the vacuum vessel 20.
An electron gun 2 shown in FIGS. 1 and 2 is attached to 7, and the electron gun 2 can irradiate an electron beam (energy particles) to the sample 1 at the bottom of the sample holder 22.

【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。
The apparatus of the present invention will be described below in more detail with reference to FIGS. 5 to 10, FIG.
4 are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. As shown in FIG. 7, a number of auxiliary ports 50, 5 and
1, 52, 53, 54, and 55 are protruded in various directions so that various devices can be attached.

【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。
The structure of the support structure of the probe 30 described above with reference to FIG. 3 has the structure shown in FIG. 8 in detail. That is, flange plates 26 and 27 are attached to the support port 25 of the vacuum vessel 20 via the adjustment flange 60, and a slide stand 61 is attached to the outside of the flange plate 27, and the slide stand 61 has a curved outer surface. Guide rails 62, 62 are formed, and these guide rails 62
The slide base 63 which moves along these is mounted on the outside of the base.

【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。
On both sides of the outer periphery of the slide base 61, U-shaped slide pieces 65 as shown in FIG. 8 are formed, and the slide base 61 is sandwiched between the slide pieces 65, 65 with the flange plate 27 interposed therebetween. 27 are movably engaged. Further, adjustment bolts 66 are penetrated through the respective slide pieces 65, and the respective adjustment bolts 66 are rotatably provided with their ends in contact with the outer peripheral portion of the flange plate 27. A guide surface 67 having a concave curved surface shape matching the guide rail 62 is formed on the surface of the slide base 63 on the guide rail 62 side, and the slide base 63 can move along the guide rails 62, 62. It has become. An adjustment bolt 70 penetrates a projection 68 projecting from the slide base 61.
Is rotatably provided with its tip abutting on the side of the slide base 63.

【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。
Further, the slide base 61 and the slide base 63 pass through the inside of the support port 25 through them, pass through the tip of the bellows member 35, and pass through the vacuum container 20.
A protective tube 71 is attached to the center of the protective tube 71. A window 5 made of Be is attached to the distal end of the protective tube 71, and a slit plate 6 is attached inside the window 5. The protection tube 71 has a double structure, and has a passage 73 formed therein for circulating cooling water.

【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。
The protective tube 71 is formed to have a size capable of accommodating the probe 30 of the energy dispersive X-ray detector 3, and is provided at the base end side of the protective tube 71, that is, on the outer surface of the slide base 63. A support base 77 for fixing the distributed X-ray detector 3 is provided. Although not shown in FIG. 8, a pipe connection portion for connecting to the vacuum exhaust device 33 is formed on the base end side of the protection tube 71, and the energy dispersive X-ray detector including the probe 30 is provided. When the probe 3 is attached to the flange plate 27 and the probe 30 is inserted into the inside of the protection tube 71, the space between the inner surface of the protection tube 71 and the outer surface of the probe 30 and the spare chamber 32 described above are separated by the vacuum exhaust device 33. It can be evacuated. That is, as shown in FIG.
A connection chamber 79 is formed by the preparatory chamber 78 and the preparatory chamber 32 surrounded by the outer surface of the “0”.

【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。
The support base 77 is supported by a movable base 81 via a spring 80, as shown in FIG. 10, and the movable base 81 is supported by a base 83 via an X-type telescopic mechanism 82. The extension mechanism 82 is provided with an adjustment bolt 84.
The upper and lower positions can be adjusted.

【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。
Next, a case where a surface analysis is performed using the apparatus having the above configuration will be described. In order to analyze the sample 1 having the thin film H formed on the surface, the inside of the vacuum container 20 is evacuated after storing the sample 1 in the vacuum container 20. Further, the probe 30 of the energy dispersive X-ray detector 3 is connected to the protective tube 7.
1 to support the whole of the energy dispersive X-ray detector 3 on the support base 77. Further, the vacuum chamber 33 evacuates the preliminary chamber 32 around the probe 30 and the inside of the protective tube 71. In this state, the surface of the sample is irradiated with an electron beam from the electron gun 2 at a predetermined incident angle. This angle of incidence is
4 ° or less is preferred. Although this incident angle is related to the thickness of the thin film H on the sample surface, the smaller the incident angle is, the smaller the amount of the electron beam penetrating into the thin film H, so that it can be applied to a thinner thin film H.

【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。
That is, the surface of the sample on which the electron beam is incident is excited, and the secondary electron beam and the fluorescent X-ray are emitted. FIG. 11 shows an excited state when an electron beam is incident on the sample 1 at a low incident angle as described above. In this state, the sample 1 does not sneak into a droplet, and only the thin film H is excited to emit characteristic X-rays and secondary electron beams unique to the components of the thin film H.

【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
Here, the scanning coil 17 is used to control the deflection coil 16.
Is adjusted to deflect the electron beam, the secondary electron beam is sequentially detected by the electron beam detector 4, and an enlarged image of the sample surface portion can be displayed on the CRT 18. Here, the image obtained on the CRT 18 is equivalent to that obtained from a conventional scanning electron microscope.

【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。
As shown in FIG. 11, the excited thin film H emits fluorescent X-rays (characteristic X-rays). However, by irradiating the sample 1 with an electron beam at a shallow angle of 4 ° or less, the liquid crystal does not penetrate into the substrate B in the conventional manner, and the characteristic X-ray generated does not occur. It increases sharply at a predetermined extraction angle (total reflection angle of characteristic X-rays) of 4 ° or less. By extracting characteristic X-rays with the energy dispersive X-ray detector 3 at this angle, characteristic X-rays corresponding to the components of the thin film H can be specified,
Accurate surface analysis can be performed.

【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。
The energy dispersive X-ray detector 3
The inclination angle of the probe 30 with respect to the sample 1 (that is, the extraction angle of the characteristic X-ray) can be adjusted as described below. When the adjustment bolt 70 shown in FIG. 8 is rotated,
Since the tip of the adjusting bolt 70 presses the side surface of the slide base 63, the slide base 63 is guided by the guide rails 62, 6.
Move along 2. Here, the probe 30 of the energy dispersive X-ray detector 3 is mounted on the slide base 63 and the support base 7.
7, the energy dispersive X-ray detector 3 is tilted together with the slide base 63. Thus, the inclination angle of the probe 30 can be changed, and the extraction angle of the characteristic X-ray from the sample 1 can be adjusted. Here, the take-out angle is preferably set to 4 ° or less.

【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。
The height position of the energy dispersive X-ray detector 3 can be adjusted by rotating the adjusting bolt 84 shown in FIG.

【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。
As described above, the inclination angle, the vertical position, and the horizontal position of the probe 30 of the energy dispersive X-ray detector 3 can be adjusted.
Energy-dispersive X using a complex structure as shown in
The energy dispersive X-ray detector 3 supports the X-ray detector 3 in a tank 29 in which liquid nitrogen for cooling is sealed.
In addition, since the weight is large, the structure of the probe 30 is complicated, and the cost of the apparatus is high, it is necessary to precisely adjust the inclination angle of the probe 30 for the purpose of preventing damage to the energy dispersive X-ray detector 3 and the like. Because there is.

【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。
Before the analysis of the sample 1, the evacuation device 33 shown in FIG. 3 is operated to evacuate the space around the preliminary chamber 32 and the probe 30 so that the characteristic X Since the line can be incident on the semiconductor X-ray detector 8 of the probe 30 via the vacuum portion and the windows 34 and 36 made of Be or an organic thin film, the characteristic X-ray can be suppressed from being absorbed in the middle as much as possible. . On the other hand, the probe 30
When an air layer exists between the tip of
Since characteristic X-rays having energy of eV or less are absorbed or attenuated, C, N, and O can be analyzed only from characteristic X-rays of 1.7 keV or less by evacuating as described above. , F, Ne, Na, Mg, and Al can be accurately analyzed. In addition, about the element whose atomic number is larger than the above-mentioned element, in addition to the Kα ray, the Kβ ray,
Since Lα rays, Lβ rays, Lγ rays, M rays, etc. are generated, it can be utilized for analysis by using an appropriate characteristic X-ray according to each element.

【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。
FIG. 12 shows another embodiment of the apparatus of the present invention. The device of this embodiment has a configuration in which a fluorescent screen 90 is added to the device of the above embodiment. Part of the electron beam emitted from the electron gun 2 to the sample 1 is diffracted and reflected on the sample surface. If the fluorescent screen 90 is installed in the direction of emission of the reflected electron beam, a pattern unique to the reflected high-speed electron beam can be recorded. Since this pattern is a diffraction pattern unique to the crystal structure of the sample surface, analyzing this pattern can be used effectively for the analysis of the sample 1.

【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。
Therefore, by providing the fluorescent screen 90, it is possible to obtain an enlarged image by the electron beam detector 4, and to perform component analysis by the energy dispersive X-ray detector 3, and at the same time,
The diffraction pattern of the reflected high-speed electron beam can be obtained by the fluorescent plate 90, and there is an effect that the sample 1 can be analyzed comprehensively from three surfaces. The fluorescent plate 90 can be easily attached to the vacuum vessel 20 by attaching it to the spare port 52 shown in FIGS.

【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
Cu3x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。
(Test Example 1) Using the apparatus of the first embodiment described above, YBa 2 was formed on the (100) plane of an MgO substrate.
Surface analysis was performed on a sample on which an oxide superconducting thin film having a composition of Cu 3 O x and a thickness of 800 Å was formed. This oxide superconducting thin film has composition analysis data by IPC (inductively coupled plasma) emission spectroscopy, Y: Ba: Cu = 1: 1.
It has been found that the composition is 1.9: 2.8. After the internal pressure of the vacuum vessel was set to 1 × 10 −7 Torr, an electron beam having an energy of 20 keV was incident on the surface of the sample at incident angles (θg) of 4 °, 11 °, and 90 °, and the energy was increased. The extraction angle (θg) of the dispersion type X-ray detector is 4
The analysis was performed by setting the following, {5, 8}, and 10-13, respectively.

【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、YBa2Cu3x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。
The above results are shown in FIGS. FIG.
In the case of θg = 4 ° shown in FIG. 3, no Mgkα ray of the substrate MgO was observed at all, and only the characteristic X-rays from the YBa 2 Cu 3 O x thin film were obtained. Only characteristic X-rays of the element could be captured very clearly. In the field of analysis of such an oxide superconducting thin film, there has been no conventional example in which characteristic X-rays of only the oxide superconducting thin film are clearly captured. In FIG. 13,
Although AlKα rays were detected, this was considered to be characteristic X-rays from Al in the Al sample holder, and CKα
The line seems to be a characteristic X-ray from the carbon tape used to fix the sample to the sample holder. In the state shown in FIG. 13, the composition analysis of the thin film can be performed. Therefore, the incident angle of the X-ray used in the present invention may be in the range of 11 ° or less. Note that the incident angle at which the amount of X-rays sunk into the substrate can be suppressed to about several thousand angstroms (that is, about the thickness corresponding to the thickness of the film formed on the substrate surface) is limited to about 15 °. Therefore, the incident angle is preferably set to 15 ° or less. Further, by detecting a secondary electron beam separately from the result of the component analysis, it was possible to obtain an enlarged image equivalent to that of a conventional scanning electron microscope.

【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、YBa2Cu3x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、YBa2Cu3x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。
In the case of θg = 11 ° shown in FIG. 14, since some penetration of the electron beam is generated, the MgO
Although α rays are generated to some extent, the intensity of characteristic X-rays from the YBa 2 Cu 3 O x thin film is also strong, so that there is no major problem in analyzing the composition of the thin film. Θg shown in FIG.
In the case of 90 °, the intensity of the MgKα ray of MgO on the substrate is strong, and the intensity of the characteristic X-ray from the YBa 2 Cu 3 O x thin film is very weak. In this case, composition analysis of the thin film cannot be performed using characteristic X-rays.

【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。
(Test Example 2) A 50 Å thick thin film of Au was formed on the (100) plane of a Si substrate.
This was analyzed in the same manner as described above. Where incident angle θ
g is set to 4 °, the X-ray extraction angle θt is set to 0 to 3 °, and θt
Were set at 5 to 8 °, and θt was set at 10 to 13 °, respectively. FIG. 16 shows the result. As is clear from the results shown in FIG.
0 near the total reflection angle θc (AuM-Si) = 0.81 ° of the line
When it is set to 〜3 °, the M line of the characteristic X-ray of the Au thin film is the largest with respect to the Kα line of Si.

【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。
On the (100) plane of the Si substrate, a film thickness of 125
An Angstrom Au film was formed and analyzed in the same manner as above. However, the incident angle θg is set to 4 °, the X-ray extraction angle θt is 0 to 3 °, θt is 5 to 8 °,
The measurement was performed with θt set to 10 to 13 °. The result is shown in FIG. As is clear from the results shown in FIG. 17, the X-ray extraction angle θt is changed to the X-ray total reflection angle θc.
When (AuM-Si) is set to 0-3 ° near 0.81 °, the M-line of the characteristic X-ray of the Au thin film is larger than the Kα line of Si. What is clear from FIGS. 16 and 17 suggests that when the thickness of the thin film to be analyzed is about 100 Å, the characteristic X-ray of the thin film having the same intensity as the characteristic X-ray of the substrate can be detected. .

【0047】[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。
As described above, according to the present invention, the surface of the sample can be excited by irradiating the surface with an electron beam from an electron gun to emit fluorescent X-rays and secondary electron beams. Therefore, X-rays are detected by an energy dispersive X-ray detector, and secondary electron beams are detected by an electron beam detector.
It is possible to simultaneously obtain an enlarged image of the sample surface by the component analysis of the sample by the line analysis and the analysis of the secondary electron beam. Therefore, there is an effect that it is possible to perform component analysis of the sample analysis portion while observing the enlarged image, which is impossible with a conventional analyzer.

【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。
Further, since the X-rays emitted from the sample increase at the total reflection angle of the X-rays of 4 ° or less, a large amount of the characteristic X-rays can be detected by detecting the characteristic X-rays at this angle. This allows precise analysis. Furthermore,
By injecting an electron beam into the sample at an angle of 4 ° or less, it is possible to measure X-rays and secondary electron beams excited only from the surface portion without causing the electron beam to sneak into the sample. Accurate analysis of thin parts of the surface can be performed.

【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。
According to the apparatus provided with the energy dispersive X-ray detector, the electron beam detector, and the fluorescent plate, the fluorescent plate can obtain a diffraction pattern of the reflected electron beam from the sample. Can be obtained, and the component analysis can be performed by the energy dispersive X-ray detector. Therefore, there is an effect that the sample can be comprehensively analyzed from the three analysis results.

【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。
Further, in the case where the energy dispersive X-ray detector is detachably attached to the vacuum vessel via the connection chamber, an air layer is interposed between the energy dispersive X-ray detector and the sample. Energy-dispersive X-ray detector can be used without any
There is an effect that even a line can be detected without causing attenuation or absorption. That is, it becomes possible to accurately analyze C, N, O, F, Ne, Na, Mg, and Al, which can be analyzed only from characteristic X-rays of 1.7 keV or less. In addition, by releasing the vacuum state only in the spare chamber, the energy dispersive X-ray detector can be removed without breaking the vacuum state of the vacuum vessel, and an expensive energy dispersive X-ray detector can be used in a plurality of vacuum vessels. It can be shared.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a schematic view showing an arrangement of a main part of an embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 3 is a sectional view showing a part of one embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 4 is a schematic view showing the entire configuration of the vacuum vessel of the embodiment shown in FIG.

【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。
FIG. 5 is a sectional view showing a detailed structure of one embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 6 is a sectional view showing a detailed structure of one embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 7 is a horizontal sectional view showing a detailed structure of one embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 8 is a sectional view showing a support structure of the probe of the embodiment.

【図9】図9は前記実施例の支持構造を示す背面図であ
る。
FIG. 9 is a rear view showing the support structure of the embodiment.

【図10】図10は前記実施例の支持構造を示す側面図
である。
FIG. 10 is a side view showing the support structure of the embodiment.

【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。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an electron beam incident on a sample surface and an excited state of the sample surface when performing X-ray analysis using the apparatus according to the present invention.

【図12】図12は本発明の第2実施例を示す構成図で
ある。
FIG. 12 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 13 is a view showing a result of surface analysis of a first sample by the device of the present invention.

【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。
FIG. 14 is a view showing a result of sample surface analysis by a conventional apparatus.

【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。
FIG. 15 is a diagram showing a result of sample analysis by a conventional apparatus.

【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。
FIG. 16 is a diagram showing a result of surface analysis of a second sample by the apparatus of the present invention and a result of surface analysis of the same sample by a conventional apparatus.

【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。
FIG. 17 is a diagram showing the results of surface analysis of a third sample by the device of the present invention and the results of surface analysis of the same sample by the conventional device.

【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。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing energetic particles incident on a sample surface by a conventional apparatus and an excited state of the sample surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample, 2 ... Electron gun, 3 ... Energy dispersive X-ray detector, 4 ... Electron beam detector, 7 ... Window part, 8 ... Semiconductor X-ray detector, 20 ... Vacuum container, 32 ... Preparatory chamber, 75 …
Preparatory room, 76: Connection room, θg: Electron beam incident angle, θ
t: X-ray extraction angle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 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 (56)参考文献 特開 昭61−78041(JP,A) 特開 昭60−100038(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (73) Patent holder 000002255 Showa Electric Wire & Cable Co., Ltd. 2-1-1 Oda Sakae, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Toshio Usui 1-13-1 Shinonome, Koto-ku, Tokyo No. Inside the Superconductivity Engineering Research Center, International Superconducting Technology Research Center (72) Inventor Yuji Aoki 1-14-3 Shinonome, Shinonome, Koto-ku, Tokyo, Japan Inside the Superconducting Engineering Research Institute, Japan (72) Inventor Masayuki Kamei 1-14-3 Shinonome, Koto-ku, Tokyo International Research Center for Superconducting Technology, Superconductivity Engineering Laboratory (72) Inventor Tadataka Morishita 1-14-3, Shinonome, Shinonome, Koto-ku, Tokyo International Research Center for Superconducting Technology Within the Superconducting Engineering Laboratory (56) References JP-A-61-78041 (JP A) Patent Akira 60-100038 (JP, A)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 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り、前記真
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前記エネルギー分散
型X線検出器を真空容器に着脱自在に取り付けてなる
とを特徴とする表面分析装置。
1. A vacuum container for accommodating a sample, an electron gun connected to the vacuum container and incident an electron beam on the sample,
An electron beam detector connected to the vacuum vessel for detecting a secondary electron beam generated from the sample, and energy for detecting the excited fluorescent X-rays from the sample surface near the X-ray total reflection angle it comprises a a dispersion-type X-ray detector, said true
The vacuum container can be evacuated to an empty container separately from the inside of the vacuum container.
A connecting chamber is formed, and the energy dispersion is performed through the connecting chamber.
A surface analysis apparatus characterized in that a type X-ray detector is detachably attached to a vacuum vessel .
【請求項2】 請求項1記載の表面分析装置において、
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を具備してなることを特徴とする
表面分析装置。
2. The surface analyzer according to claim 1, wherein
Electron beam diffracted and reflected at the excited sample surface
1. A surface analyzer comprising a fluorescent plate for fluorescent display of
【請求項3】 請求項1または2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
に設定してなることを特徴とする表面分析装置。
3. The surface analyzer according to claim 1, wherein
, The incident angle of the electron beam on the sample is 15 ° or less
A surface analyzer characterized by being set to:
【請求項4】 請求項1または2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。
4. A surface analysis apparatus according to claim 1, wherein
The incident angle of the electron beam on the sample to 4 ° or less
And set the extraction angle of fluorescent X-rays from the sample to 4 ° or less.
A surface analyzer characterized by being defined .
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の表面分
析装置において、電子線検出器とエネルギー分散型X線
検出器を試料に対する電子線の入射方向の側方に設けた
ことを特徴とする表面分析装置。
5. The surface component according to claim 1,
Electron beam detector and energy dispersive X-ray
A surface analyzer, wherein a detector is provided on a side of an electron beam incident direction on a sample .
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JPS60100038A (en) * 1983-11-04 1985-06-03 Shimadzu Corp Surface layer analysis with x-ray microanalyzer
JPH0676975B2 (en) * 1984-09-26 1994-09-28 新技術事業団 Observation method of surface atomic arrangement structure

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