JP3168026B2 - ペニングイオン化電子放射顕微鏡 - Google Patents

ペニングイオン化電子放射顕微鏡

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、試料の最表面の情報を
得るための電子放射顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】試料表面の化学組成や結合状態を観察す
るために、光電子顕微鏡法(フォトエレクトロンエミッ
ションマイクロスコピー・PEEM)が有効な手段とし
て用いられている。
【0003】この光電子顕微鏡法に用いられる光電子顕
微鏡は、試料と該試料近傍に設けられた電極との間に高
電圧(−10KV程度)の電圧が印加され、この試料と
電極の間に形成される電界によって、試料から放出され
た光電子を電磁レンズにて収斂し、該光電子に基づく像
を形成し、更に該像を中間レンズ及び拡大レンズなどに
よって拡大して蛍光スクリーンや写真フィルムなどの像
表示手段上に結像するように構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】さて、上述のような光
電子顕微鏡では試料から光電子を励起するためにX線、
紫外線等が試料に照射されるが、これらの励起線は試料
の内部にも浸透する。そのため、試料から放出される電
子には試料表面の最上層からの電子の他に、試料内部
(下層)からの電子も含まれるため、実際には試料最表
面の情報を得ているとは言い難い。また、試料によって
は前記X線、紫外線などの照射によって試料表面以外に
内部も損傷を及ぼす場合がある。
【0005】そこで、本発明は上述した問題点を考慮し
た、試料の最表面の情報を得ることのできる電子放射顕
微鏡を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の本発明は、対物レ
ンズ前段に配置された試料に負電圧を印加する手段と、
前記対物レンズ後段に配置された結像レンズ系と、前記
試料と前記対物レンズとの間の前記試料の表面と前記結
像レンズ系の光軸との交点を見込む接近した位置から前
記試料に準安定原子線を照射する手段とを備え、前記準
安定原子の照射によって、ペニングイオン化過程を経て
前記試料より放出された電子に基づく像を前記結像レン
ズ系によって像表示手段に投影するようにしたことを特
徴とする。
【0007】第2の本発明は、前記結像レンズ系内にエ
ネルギーフィルターを介在させたペニングイオン化電子
放射顕微鏡を特徴としている。
【0008】
【作用】励起原子線源より放出された準安定励起原子H
* を試料表面に照射し、ペニングイオン化過程により
試料の励起線照射面付近にある原子軌道φ1 ,φ2 の内
の固体表面の最も外側に分布した軌道φ1 に対して強く
オージェ相互作用を起こして照射原子の軌道より放出さ
れた電子e- が負電圧の印加された試料Sと引出し電極
2aとの間に形成された電界によって光軸Oに沿って引
出され、更に加速電極2bによって加速されると共に、
収斂されて光軸上に像が形成され、該像を中間レンズ及
び拡大レンズによって拡大し、蛍光スクリーン上に試料
最表面から放出される電子の像を結像する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は第1の本発明の一実施例を説明するための
装置構成図、図2は試料最表面におけるペニングイオン
化過程を模式した図、図3は第2の本発明の一実施例を
説明するための図である。
【0010】まず、図1に基づいて第1の本発明の一実
施例を説明する。図1において、1は対物レンズ2及び
中間レンズ3,投影レンズ4から成る結像レンズ系、5
は蛍光板である。前記対物レンズ1は引出し電極2a、
加速電極2bによって構成されている。また、該対物レ
ンズ2の前段には試料ホルダ6に保持された試料Sが配
置されており、該試料ホルダ6には試料Sに負の電圧を
印加するため高圧電源7が接続されている。8は引出し
電極2aに印加する電圧を制御するための電源である。
前記試料Sと対物レンズ2との間の前記試料Sの表面と
結像レンズ系1の光軸Oとの交点Pを見込む位置から、
該交点に向けて準安定励起原子源9が配置されている。
【0011】さて、上述のような構成の装置における準
安定化原子源9は、例えばキャピラリー9aから噴出さ
れたヘリウム(He)等の希ガスに、電子衝撃や冷陰極
放電または熱陰極放電によりエネルギーを与えることに
より準安定励起状態の原子He* を発生させて、該原子
He* を試料方向へ放出させるようにしている。この
時、電子衝撃法では2S1 と2S3 の電子状態を有する
準安定励起状態のHe*が発生されるため、ヘリウム放
電管(クエンチランプ)9bにより放出される赤外光を
前記原子に照射して、2S1 の原子を消去するようにし
ている。また、準安定励起原子発生と同時に発生される
イオンや電子は、出射口に設けられたリペラー電極9c
により押し返されて放電室内に止どめられるため、電荷
を持たない準安定励起原子He* のみがリペラー電極に
設けられた絞り孔を通過して、試料方向へ放出される。
このような電荷を持たないHe* は、電磁レンズ等によ
る収束及び偏向が出来ないので、試料への照射は前記キ
ャピラリーからの噴出による方向性のみを利用して行な
われる。そこで、励起線の強度を得るために該励起源の
出射口と試料間の距離は数センチメートル程度まで接近
させて配置されている。
【0012】さて、前記励起原子線源より放出された準
安定励起原子He* が試料Sの表面に照射されると、図
2に示すように、ペニングイオン化過程により該試料S
の励起線照射面付近にある原子軌道φ1 ,φ2 の内の固
体表面の最も外側に分布した軌道φ1 に対して強くオー
ジェ相互作用を起こし、照射原子の軌道より電子e-
放出される。ここで、前記照射原子はX線や紫外線と異
なり試料内部へ進入するこが無いため、試料最表面の情
報のみを得ることができる。また、試料表面や内部に多
大な損傷を与えることも無い。
【0013】上述のような過程を経て試料Sから放出さ
れた電子は、負電圧の印加された試料Sと引出し電極2
aとの間に形成された電界によって光軸Oに沿って引出
され、更に加速電極2bによって加速されると共に、収
斂されて光軸上に像を形成する。そして、該像は中間レ
ンズ及び拡大レンズによって拡大されて、蛍光スクリー
ン上に試料最表面から放出される電子の像として結像さ
れる。
【0014】上述した放射電子顕微鏡による像観察にお
いて、試料より放出された電子は、あるエネルギーを有
しているが、これらの放出電子に基づいて試料表面の化
学組成や結合状態を詳細に観察する場合には、該放出さ
れた電子のエネルギーレベルをも観察することが要求さ
れる。
【0015】そこで、図3に示す第2の本発明の一実施
例では、結像レンズ系1内の中間レンズ3と投影レンズ
4の間にエネルギーフィルター10及びエネルギー選別
絞り11を介在させると共に、該フィルター10に電圧
を印加するための電源12と、前記フィルタを通過して
蛍光板5に投影される電子を蛍光板前段で像倍するため
のマルチチャンネルプレート13と、該蛍光板に投影さ
れた像を電気的信号に変換して記録するためのTVカメ
ラ等の撮像装置14と、電子像を表示するための画像表
示装置15を設けている。
【0016】本実施例においてはエネルギーフィルター
として周知のキャスターン・ヘンリー形等のフィルター
が使用されている。前記フィルター10を選択的に通過
した電子は結像レンズ系の投影レンズ4に導かれてマル
チチャンネルプレート13上に投影される。そして、該
マルチチャンネルプレート13によって像倍された電子
像が蛍光スクリーン5上に拡大投影される。このときの
電子像を撮像装置14によって検出し、画像表示装置1
5上に電子像を表示することによって、特定のエネルギ
ーの電子により結像される電子像を得ることができるの
で、該像に基づいてより試料表面の詳細な化学組成や結
合状態について観察することができる。なお、上述した
各実施例は本発明の一実施例に過ぎず、本発明は種々変
形して実施することが可能である。例えば、上述した実
施例においては、ヘリウムの準安定励起原子を用いた場
合について説明したが、試料に照射される準安定励起原
子はヘリウム以外の稀ガスによるものであっても良い。
【0017】また、上述した各実施例において、結像レ
ンズ系は静電形レンズ、磁界形レンズ,またはそれら組
み合わせによるものであっても良い。
【0018】さらに、上述した第2の本発明の実施例に
おいて、キャスターン−ヘンリー形のエネルギーフィル
タを用いたが、該エネルギーフィルタはウィーン形,セ
クタ形等であっても良い。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、第1の
本発明によれば、対物レンズ前段に配置された試料に負
電圧を印加する手段と、該負電圧の印加された試料に準
安定原子線を照射する手段を設け、前記原子線の照射に
より試料より放出された電子に基づく像を対物レンズ後
段に配置された結像レンズ系によって像表示手段に投影
するようにしたことにより、試料の最表面から放出され
た電子の情報を得ることのできる電子放射顕微鏡が提供
される。
【0020】また、第2の本発明によれば、前記結像レ
ンズ系内にエネルギーフィルターを介在させたことによ
り、準安定原子の照射によって試料の最表面から放出さ
れた電子の内、所望のエネルギーを有する電子のみを通
過させて、一定エネルギーの電子による像を得ることが
できるので、より詳細な試料表面の化学組成や結合状態
を観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の本発明の一実施例を説明するための装
置構成図。
【図2】 試料最表面におけるペニングイオン化過程を
模式した図。
【図3】第2の本発明の一実施例を説明するための図で
ある。
【符号の説明】
1:結像レンズ系 1a:引出し電極 1b:加速電極 2:対物レンズ 3:中間レンズ 4:投影レンズ 5:蛍光板 6:試料ホルダ 7:高圧電源 8:引出し制御電源 9:準安定励起原子源 S:試料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−158850(JP,A) 特公 昭48−35857(JP,B1) 特表 昭58−500186(JP,A) 原田義也、外1名,“ペニングイオン 化電子分光 −分子および固体表面の研 究−”,日本化学会誌,1988年、No. 1、第1−16頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/285

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対物レンズ前段に配置された試料に負電
    圧を印加する手段と、 前記対物レンズ後段に配置された結像レンズ系と、 前記試料と前記対物レンズとの間の前記試料の表面と前
    記結像レンズ系の光軸との交点を見込む接近した位置か
    ら前記試料に準安定原子線を照射する手段とを備え、前
    記準安定原子の照射によって、ペニングイオン化過程を
    経て前記試料より放出された電子に基づく像を前記結像
    レンズ系によって像表示手段に投影するようにしたこと
    を特徴とするペニングイオン化電子放射顕微鏡。
  2. 【請求項2】 前記結像レンズ系内にエネルギーフィル
    ターを介在させたことを特徴とする請求項1記載のペニ
    ングイオン化電子放射顕微鏡。
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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原田義也、外1名,"ペニングイオン化電子分光 −分子および固体表面の研究−",日本化学会誌,1988年、No.1、第1−16頁

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