JP2005292012A

JP2005292012A - 表面分析装置

Info

Publication number: JP2005292012A
Application number: JP2004109566A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sueyoshi; 孝末吉
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】本発明が解決しようとする問題点は、試料面において、光電子を励起できる強度のＸ線をμｍ程度に収束させるのが限界であったという点である。
【解決手段】試料に対向する導電性探針を有するカンチレバーと、前記カンチレバーの前記探針部分に電子線を照射する電子線源と、前記探針から発生したＸ線により前記試料から発生した荷電粒子を捕集して分光する分光器を備えた表面分析装置であって、前記電子線が前記カンチレバーの探針反対面に照射する表面分析装置。
【選択図】図１

Description

本発明は微小領域からのＸ線励起による光電子分光を行う表面分析装置に関する。

光電子分光装置は、１次励起線であるＸ線を試料表面に照射し、その照射により試料から放出される光電子を電子分光器で分析してエネルギースペクトルを得る装置である。この得られたスペクトルを解析することによって、試料表面の元素およびその元素の化学状態を知ることができる。

特に微小な領域を分析するマイクロ光電子分光装置では、Ｘ線を試料に上へ収束照射するためにキャピラリ管を用いたり、Ｘ線レンズを用いたりすることが行われている。Ｘ線を収束することは難しく、大規模なレンズ構造を取らなければ実現できないことが多い。しかし、微小領域に照射するためには細いＸ線を近くから照射することが望ましいが、大規模なレンズ構造では試料近傍に配置できず、遠くから強い強度のＸ線を照射していた。このため、数μｍ程度に収束させるのが限界であった。

なお、従来技術としては、導体の探針に電子線を照射し、そこから発生したＸ線によって励起された光電子を測定するＸ線微小分析法がある（例えば、特許文献１）。しかし、この方法では、横方向から探針の側面に電子線が照射されるため、乱反射等の影響により良好な分析結果が得られなかった。

特開平７−２４３９９６

本発明が解決しようとする問題点は、試料面において、光電子を励起できる強度のＸ線をμｍ程度に収束させるのが限界であったという点である。

請求項１の発明は、試料に対向する導電性探針を有するカンチレバーと、前記カンチレバーの前記探針部分に電子線を照射する電子線源と、前記探針から発生したＸ線により前記試料から発生した荷電粒子を捕集して分光する分光器を備えた表面分析装置であって、前記電子線が前記カンチレバーの探針反対面に照射される表面分析装置である。

請求項２の発明は、前記探針が中空の錐であり、前記カンチレバーの探針反対面が金属コーティングされている請求項１に記載された表面分析装置である。

請求項３の発明は、前記探針が先端に穴を有する中空の錐であり、前記金属コーティングにより前記穴が塞がれている請求項２に記載された表面分析装置である。

請求項４の発明は、前記金属コーティングがアルミコーティングである請求項２又は３に記載された表面分析装置である。

請求項５の発明は、前記探針と前記試料との距離を調整する距離調整手段を備えた請求項１乃至４のいずれかに記載された表面分析装置である。

請求項６の発明は、前記探針と前記試料を相対的に走査させる走査手段を備えた請求項１乃至５のいずれかに記載された表面分析装置である。

本発明により、細くて弱いＸ線を近くから照射することができ、試料面において、光電子を励起できる強度のＸ線を数百ｎｍに収束させることを実現した。

以下、発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。

本発明の構成を図を用いて説明する。図１は表面分析装置の正面断面図である。構成としては、従来技術であるオージェ電子分光装置において、電子励起用の電子線光軸１１上にアルミニウムコーティングされたカンチレバー３の探針部分を挿入したものである。分析室１は図示しない排気装置により超高真空に排気されている。分析室１内部にはベース５が設置されており、ベース５上にはＸＹステージ４が設置されている。ＸＹステージ４上には試料２が交換自在に置載されている。

また、ベース５にはカンチレバー挿脱機構６が設置されている。カンチレバー挿脱機構６にはＺサーボ７が設置されており、Ｚサーボ７には試料２に対向してカンチレバー３が設置されている。

ここで、図２はカンチレバーの平面図であり、図３はカンチレバー正面の断面図である。カンチレバー３はＳｉＯ_２で構成されており、先端に中空（無開口）の四角錐状の探針２１がエッチングにより形成されている。探針２１は従来の原子間力顕微鏡用探針と同等の形状であり、先端部の曲率は１００ｎｍ以下に形成されている。カンチレバー３背面にはアルミニウムコーティング２２が蒸着されている。アルミニウム等の物質に数十ＫｅＶのエネルギーを持った電子線を照射するとその物質を構成している原子に特有の特性Ｘ線が発生する。一般的なＸ線管で用いられるターゲット金属は、アルミニウム、ジルコニウム、銅、モリブテンが良く用いられるが、カンチレバー３に蒸着する材料としてはアルミニウムが最適である。

さらに、図１において、試料２上方には、偏向器１０、電子レンズ９、電子銃８等から構成される電子照射系１２が配置されている。電子照射系１２の光軸は探針２１上に位置している。

また、試料２上方右側には、試料２に対向してインプットレンズ系１３が配置されている。インプットレンズ系１３は静電レンズより構成されており、続いて、スリット１４、アナライザ１５及び検出器１６等が設置されている。また、検出器１６には図示しない制御装置が接続され、データを処理する。

以上、図における各部の構成について説明したが、次に動作について説明する。電子銃８より放出された電子は電子レンズ９により収束され、カンチレバー３背面の探針２１中空部に照射される。電子が探針２１のアルミニウムコーティング２２部に照射されることにより、探針２１先端より特性Ｘ線１７（ＡｌＫα線）が発生する。Ｘ線１７は電子１１が照射された部分から四方八方に放出される。光電子を励起するにはある程度の強度のＸ線が必要であが、発生源から距離が離れるほど強度が低下し、発散する。図５に示すように、探針２１は試料２から数μｍに接近しているため、試料２の励起部分２８は直径数百ｎｍ〜数μｍとなる。

探針２１先端と試料２表面間の距離は、接触状態から数μｍの範囲でＺサーボ７により移動自在であり、Ｘ線１７の状態により調整できる。また、試料２はＸＹステージに置載されており、ＸＹステージを移動させることにより試料２の任意の位置にＸ線１７を照射することができる。

このように試料２における直径数百ｎｍ〜数μｍの励起部分２８で発生した光電子１８は分光器前段のインプットレンズ系１３によって捕捉される。光電子１８はインプットレンズ系１３により収束及び減速されてスリット１４を通過する。スリット１４を通過した光電子１８は、アナライザ１５でエネルギー分析される。そして、アナライザ１５で選別された光電子１８は検出器１６で検出される。検出器１６は、検出した光電子１８を電気信号に変換して出力し、その電気信号は図示しない制御装置に取り込まれる。制御装置は、取り込んだ信号から光電子スペクトルを生成し、そのスペクトルを図示しない表示装置に表示する。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、カンチレバーは図４のように、探針２１先端が開口している走査型近接場光学顕微鏡用カンチレバーを用いてもよい。カンチレバーはアルミニウムコーティング２３されたＳｉＯ_２で構成されており、カンチレバー先端に四角錐状の探針２１が形成されている。探針２１は中空で、先端の開口部２３にはアルミニウムコーティング２３を再蒸着して塞いである。この場合、Ｘ線は探針の先端部分からのみ発生するため、指向性が高い。

また、カンチレバー３背面のコーティングは、ジルコニウム、銅、モリブテン等の金属でもよい。

実施例２は、マッピングを行う場合であり、構成は実施例１の図１と同様である。

この場合、ＸＹステージ４により試料２を移動させ、試料２のＸ線１７が照射する位置を順次ずらして測定を行い、各測定データを図示しない制御装置のメモリに保持し、各位置での元素を色に対応させてマッピングを行うことができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、試料２を移動させる代わりに照射するＸ線を移動させてもよい。この場合、偏向器１０により電子線光軸１１の照射位置を順次ずらすとともに、カンチレバー３の位置を電子線光軸１１の位置に合わせて移動させる。

本発明による表面分析装置の正面断面図である。本発明におけるカンチレバーの平面図である。本発明におけるカンチレバーの正面断面図である。本発明における走査型近接場光学顕微鏡用カンチレバーを用いたカンチレバーの正面断面図である。図１における探針部分の詳細図である。従来技術における表面分析装置の図である。

符号の説明

１分析室
２試料
３カンチレバー
４ＸＹステージ
５ベース
６カンチレバー挿脱機構
７Ｚサーボ
８電子銃
９電子レンズ
１０偏向器
１１電子線光軸
１２電子照射系
１３インプットレンズ系
１４スリット
１５アナライザ
１６検出器
１７Ｘ線
１８光電子
２１探針
２２アルミニウムコーティング
２３開口部
２５スリット
２６Ｘ線源
２７Ｘ線
２８励起部分

Claims

試料に対向する導電性探針を有するカンチレバーと、
前記カンチレバーの前記探針部分に電子線を照射する電子線源と、
前記探針から発生したＸ線により励起された前記試料から発生した荷電粒子を捕集して分光する分光器を備えた表面分析装置であって、
前記電子線が前記カンチレバーの探針反対面に照射される表面分析装置。
前記探針が中空の錐であり、
前記カンチレバーの探針反対面が金属コーティングされている請求項１に記載された表面分析装置。
前記探針が先端に穴を有する中空の錐であり、
前記金属コーティングにより前記穴が塞がれている請求項２に記載された表面分析装置。
前記金属コーティングがアルミコーティングである請求項２又は３に記載された表面分析装置。
前記探針と前記試料との距離を調整する距離調整手段を備えた請求項１乃至４のいずれかに記載された表面分析装置。
前記探針と前記試料を相対的に走査させる走査手段を備えた請求項１乃至５のいずれかに記載された表面分析装置。