JPH08313544A

JPH08313544A - 電子顕微鏡及びこれを用いた試料観察方法

Info

Publication number: JPH08313544A
Application number: JP7124696A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Kawanami; 義実川浪; Shigeyuki Hosoki; 茂行細木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 1996-11-29
Also published as: DE19620821A1; US5767516A

Abstract

(57)【要約】【目的】固体試料内部の伝導電子の散乱を観察するこ
とにより電気的欠陥を直接計測する手段を提供すること
にある。【構成】固体試料１を、ギャップ電源７により電位差
を与えた薄膜電極２に対してギャップ駆動機構３により
近付けて、固体試料１内部の伝導電子は薄膜電極２へト
ンネリングさせ、この電子の一部を薄膜電極から真空中
に放射させる。放射した電子４を電子光学系５で収束
し、電子像検出器６上に拡大して結像する。この電子像
の強度分布として、固体試料１内部の電気的欠陥による
伝導電子の散乱を観察できる。【効果】固体試料内部の微小な電気的欠陥の位置や影
響度を、煩雑な試料加工工程を経ることなく、直接（簡
易に）計測できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子を使った顕微鏡に関
し、半導体や超電導体等で構成された電子デバイスの不
良解析や検査等に利用される。

【０００２】

【従来の技術】半導体回路の高集積化に伴い半導体デバ
イスが微小化し、半導体能動層の極微量の電気的欠陥が
デバイス特性に大きく影響するようになってきた。ここ
で、半導体などの固体の内部の電気伝導は伝導電子、即
ちフェルミ面（フェルミ準位）近傍の電子に支配されて
いる。伝導電子は平均自由行程内でまっすぐ走るが、不
純物や結晶欠陥等の存在する近傍では種々の散乱を受
け、その方向や密度の分布が乱れる。この電気伝導の局
所的な異常部分が電気的欠陥である。逆バイアスのＰＮ
接合で大きなリーク電流を生じる部分も上述のような電
気的欠陥の一種である。

【０００３】従来、問題のあるデバイスの中から電気的
欠陥のミクロな位置や強度を直接的に計測する手段が無
いため、これらの計測を例えば透過電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ）を用いて間接的に行なっている。ＴＥＭは、例えば
マイクロビームアナリシス、ｐｐ．１８１〜１８７（１
９８５年、朝倉書店）に記載されているように、１００
ｋＶ程度の高エネルギーの電子を試料に照射してその結
晶構造を観察するものであり、試料中に存在する結晶欠
陥を検出することができる。

【０００４】一方、試料の伝導電子を観察する手段とし
て走査トンネル電子顕微鏡（ＳＴＭ）やエミッション顕
微鏡がある。前者は、例えばサーフェス・サイエンス、
第１２６巻（１９８３年）、第２３６頁〜第２４４頁
（Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．，ｖｏｌ．１２６，ｐｐ．２３６
〜２４４）に記載されているように、試料表面の電子状
態密度の分布を観察する手段である。後者は、アドバン
ス・イン・エレクトロニクス・アンド・エレクトロン・
フィジクス、第１８巻（アカデミックプレス，ニューヨ
ーク，１９６３年）、第２５１頁〜第２５４頁（Ａｄｖ
ａｎｃｅｓｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＥ
ｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．１８，Ａｃ
ａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ，ＮｅｗＹｏｒｋ，ｐｐ２
５１〜２５４）に記載されているように、試料表面から
の電子放出のし易さ、即ち試料表面における仕事関数の
分布を観察する手段である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のＴＥＭの像によ
る結晶欠陥観察からデバイス中の電気的欠陥のミクロな
位置や強度を間接的に計測する方法には、次のような問
題がある。第１に、ＴＥＭ像で観察される結晶欠陥がど
の程度の電気的欠陥に相当するかが評価できない。第２
に、ＴＥＭでは試料を数１００ｎｍ以下の薄片にする
（試料に照射される電子線が当該試料を透過するように
する）必要があるため、目指す電気的欠陥に当たる確率
が低い。即ち、検出したい電気的欠陥が存在する部分を
中心に試料（例えば、デバイス）を薄片化することは至
難であり、当該電気的欠陥の存在部分が薄片化できない
場合や、逆に薄片化の工程で削り落されてしまう場合が
ある。また仮に結晶欠陥を発見できても、それが本当に
電気的な欠陥であるかを断定できない。

【０００６】一方、走査トンネル電子顕微鏡（ＳＴＭ）
やエミッション顕微鏡は、試料の伝導電子を観察する手
段ではあるが、その観察領域は試料の表面に限られるた
め、試料内部における電気伝導に関する情報を得ること
はできない。

【０００７】本発明の課題は、固体試料内部の伝導電子
の散乱を観察することにより電気的欠陥を直接（簡易
に）計測する手段を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明の固
体試料から伝導電子を当該固体試料中におけるエネルギ
ー準位（伝導帯におけるエネルギー準位）を選択して放
射させ、放射された伝導電子により当該固体試料の像を
形成して、この像を検出することを特徴とする電子顕微
鏡及びこれを用いた試料観察方法により解決される。

【０００９】本発明の電子顕微鏡は、固体試料から電子
をトンネル効果により放射させ、この電子により固体試
料の像を結像するように構成することが望ましい。具体
的には、観察すべき固体試料を保持する保持手段（又は
保持装置）と、当該固体試料から放射される電子で電子
像を結像する結像手段（又は電子光学系）と、当該電子
像を検出する検出手段（又は検出装置）からなる電子顕
微鏡において、この保持手段と結像手段の間に固体試料
の電子の放射が生じる部分を間隙を介して覆うように電
極部材を設けるとよい。また上記の電子顕微鏡に、上記
の固体試料の表面に略対向する面を含む電極と、固体試
料と当該電極との間に電位差を与える電源を設け、上記
の結像手段（又は電子光学系）で当該電極（通常、この
電極の固体試料に対して反対側の面）から放出される電
子で電子像を形成するように構成してもよい。この場
合、固体試料の表面に略対向する面を含む電極は膜状で
ある（膜状電極である）ことが望ましい。また上記の電
子顕微鏡に、上記の固体試料の電子放射部分を覆う面を
含む電極と、固体試料と当該電極との間に電位差を与え
る電源と、固体試料の表面と当該電極との間隙を制御す
る間隙制御装置と、固体試料と当該電極との配置を変え
る移動手段とを設け、上記の結像手段（又は電子光学
系）で当該電極から（特に、固体試料の反対側に）放出
される電子で電子像を形成するように構成してもよい。
この場合も、固体試料の電子放射部分を覆う面を含む電
極は膜状（膜状電極）であることが望ましい。上述の電
極（又は、膜状電極）は固体試料に対して正の電位に保
たれることが望ましい。上述の電界発生手段は、上述の
電極（膜状電極）に接続される第１の端子と、固体試料
に接続される第２の端子と、この２つの端子を電源を介
して接続する回路とで構成しても、また、一端が当該電
極に他端が上述の保持装置（固体試料保持用）に夫々接
続された電源を有する回路で構成してもよいが、後者の
場合、当該保持装置は固体試料を電気的に導通した状態
で保持する必要がある。

【００１０】上述の電子顕微鏡において、上記膜状電極
の固体試料とは反対側の面に当該膜状電極の仕事関数を
下げるコーティングを行っても、上記膜状電極を固体試
料側が凸となる曲率を有する形状にしても、上記保持装
置に固体試料に対して電流を注入する（固体試料中に電
流を発生させる）電流注入装置を設けてもよい。また、
上述の電子顕微鏡において、上記固体試料に光を照射
し、例えば固体試料中の電子を励起するための光照射手
段（又は光源を含む光学系）を付加的に設けてもよい。
上述の結像手段又は電子光学系は、例えば上記固体試料
の表面から引き出された伝導電子を収束して固体試料の
内部を拡大した電子像を形成するように構成することが
望ましい。上述の固体試料と膜状電極の間隔の制御は、
固体試料と膜状電極との間に生じるトンネル電流（但
し、双方に電位差を与える必要あり）または原子間力を
使って行なうとよい。

【００１１】本発明による試料観察法は、具体的には観
察すべき固体試料をその表面の少なくとも一部が膜状の
電極の表面の少なくとも一部に対してトンネル電流が流
れる間隙を形成するようにして配置し、固体試料と膜状
電極の間に電位差を印加して当該膜状電極の固体試料に
対して反対側の表面から電子を放出させ、この放出され
た電子により像を結像して検出して行なう。このとき、
固体試料の内部に電流を発生させても、固体試料に対し
て光を照射してもよい。また、固体試料の表面を多層構
造として、該多層構造の層間に電位差を与えて試料観察
を行なってもよい。さらに、本発明の試料観察方法によ
って固体試料の観察対象領域（特に観察すべき要注意領
域）を特定し、この領域を他の観察又は分析方法により
観察又は分析してもよい。

【００１２】

【作用】本発明の作用を説明する前に、固体試料中の伝
導電子について図２を用いて概略的に説明する。原子は
電子と原子核とで構成され、負の電荷を有する電子は正
の電荷を有する原子核からのクーロン引力の束縛を受
け、当該原子核の周囲を周期的に動く。この束縛された
電子は価電子と呼ばれ、その動きまわる領域と原子核と
の位置関係により異なるエネルギー（ε）を有する。こ
のような原子の集合体である固体試料では、その内部に
おいて各原子の原子核が電子を束縛する引力は隣接する
原子の原子核の引力の影響を受けて弱まり、その結果原
子核から離れた領域を動きまわる電子は、一つの原子核
のみの束縛から開放され、固体試料中を自由に動きまわ
ることすらある。このように一つの原子核に束縛されな
いεを有する電子を、伝導電子と呼ぶ。但し、固体試料
の表面を構成する原子は少なくとも一方（即ち、表面
側）で他の原子と隣接しないため、表面側における電子
の束縛力（引力）の低下は生じない。従って、伝導電子
は、固体試料から飛び出すことができない。

【００１３】ところで、原子並びにこれにより構成され
る固体試料において、価電子並びに伝導電子の存在する
（即ち、動きまわる）領域は夫々の電子のエネルギーε
（所謂、エネルギー準位）に応じた電子軌道として規定
され、各電子軌道にはスピンの異なる２つの電子しか入
ることができない。図２のエネルギーバンド図に示した
価電子帯及び伝導帯はエネルギー準位の異なる価電子又
は伝導電子の各電子軌道が含まれ、ハッチングした領域
においては全ての電子軌道に電子が存在している（な
お、各エネルギー準位の電子軌道が電子により占有され
る度合いは状態密度として表現される）。伝導帯におい
て伝導電子が存在する最も高いエネルギー準位をフェル
ミ準位（又は、フェルミ面）と呼び、ε_Fとして表現す
る。固体試料から伝導電子が飛び出すには、真空準位
（原子核からの引力を受けない電子のエネルギー準位）
とフェルミ準位のエネルギー差、所謂仕事関数Φ（固体
試料の材料に固有）分のエネルギーが必要である。実際
にはε_F近傍のエネルギー準位にある伝導電子の状態密
度Ｄ（ε）は、図２のグラフが示すように固体試料の絶
対温度Ｔに応じて、ε_Fを中心にｋ_BＴ（ｋ_Bはボルツマ
ン定数）の幅の「ぼやけ」を有する。即ち、このぼやけ
た領域にあるエネルギー準位ε（複数の準位が存在する
こともある）には、電子に占有されない（空っぽの）電
子軌道が存在するため、このεにある電子は空の電子軌
道に乗り換えることにより固体試料内部を自由に動きま
わることができる。換言すれば、伝導電子であってもこ
の領域より低いεを有するものは、乗換えできる「空
（から）の電子軌道」が当該エネルギー準位にないた
め、外部から光照射等で高いエネルギー準位に励起しな
い限り固体試料内部を自由に動きまわれない。さて、固
体試料内部に電気的な欠陥が存在する場合、その存在位
置において局所的に原子核が電子を束縛する力が異な
る。不純物（固体試料の主成分とは異なる原子）や結晶
欠陥が存在する場合も、同様な現象が起きる。このよう
な場合、固体試料中を自由に動く伝導電子が当該位置に
おいて局所的に散乱され、吸収され、または過剰に発生
する。本発明は、以上の固体試料中の伝導電子の挙動に
基づいてなされたものである。

【００１４】次に本発明の作用について、図２及び３を
参照して説明する。固体試料の表面にギャップ（空隙）
を介して膜状電極の表面を近付けた場合、双方の真空準
位は同一のエネルギー準位に並び、仕事関数の小さい方
から大きい方へ向けてトンネル効果による電子の流れが
ギャップ間に発生する（但し、流入先に電子を受け入れ
る電子軌道がある場合に限る）。本発明では、この固体
試料を膜状電極に対して負の電位にするため、図２のエ
ネルギーバンド図に示すように膜状電極の真空準位及び
フェルミ準位が固体試料のそれに対して低くなる。この
とき、固体試料中の伝導電子の一部がトンネル効果（ト
ンネリング）により膜状電極へ流入する。ギャップとし
て示した固体試料と膜状電極の障壁（電位差を設けない
場合は矩形となる）は、双方の真空準位の落差が存在す
る電子のエネルギー（エネルギー準位）の領域において
楔形となり、その位置方向の厚みが薄い程、当該ギャッ
プにおける電子のトンネリングが容易になる（エネルギ
ー的な障壁が小さいため）。このエネルギー領域にある
電子は、膜状電極の電子軌道に入ることなく当該電極を
通過して真空中に放出される。一方、この領域より低い
エネルギーを有する電子は、膜状電極の凡そフェルミ準
位以上のエネルギー準位に存在する「空の電子軌道」に
流入する。実際には、固体試料と膜状電極との間に電位
差を設けるべく双方を電源を介して導通するため、空の
電子軌道に流入した電子は当該電源を有する回路を通り
固体試料に戻る。この回路に電流計を設けると、この電
子の流れをトンネル電流として検出できる。さらに低い
電子のエネルギーを有する伝導電子は、このエネルギー
に相当する膜状電極の伝導帯（ハッチング部分）の電子
軌道の全てが電子により占有されているため、膜状電極
側へトンネリングしない。以上のことから、本発明によ
れば固体試料と膜状電極との電位差を変えることで、固
体試料に存在する伝導電子を膜状電極へトンネリングさ
せ、さらにこの電子の中から特定のエネルギー有する電
子を選択的に真空中に放出させることが可能となる。図
の説明では、固体試料からの伝導電子の引出しを膜状電
極で行なっているが、トンネリングにより固体試料から
伝導電子を引き出す（放射させる）効果を有する部材で
あれば、膜状電極に限るものではない。但し、この部材
は固体試料の表面の少なくとも伝導電子を放射させる部
分（電子を放射させたい所望の部分）を完全に覆うもの
でなければならない。なぜなら、覆われない固体試料表
面では当該固体試料中の電子はトンネリングして行く先
（部材）がないため、放射せず固体試料中の伝導帯に留
まるからである。

【００１５】本発明による電子顕微鏡では、固体試料の
表面状態（例えば、形状や仕事関数の分布）の影響を受
けることなく内部の伝導電子をトンネリングにより一定
の透過率（即ち、固体試料表面とこれから伝導電子を引
き出す部材との間の空隙での透過率）で引き出して電子
像を形成するので、この電子像の中の強度分布として固
体試料中における電気的欠陥による伝導電子の散乱が表
われる。従来のエミッション電子顕微鏡では、固体試料
の表面から放射される電子の強度が当該表面の状態（表
面状態）に依存する。このため放射された電子は固体試
料の表面の情報しか有しなかったが、本発明の電子顕微
鏡では上述のように固体試料からトンネリングにより伝
導電子を放射させることにより、放射された電子（伝導
電子）から表面の情報を実質的に消去できるため、この
電子像から固体試料内部の電気的欠陥を直接に観察でき
る。このような本発明に特徴的な試料観察方法におい
て、薄膜電極（伝導電子引出部の膜厚が薄い膜状の電
極）を使って固体試料から伝導電子を引き出す原理を図
３のエネルギーバンド図で説明する。なお、図３は固体
試料及び薄膜電極が金属の場合のエネルギーバンドを示
し、本発明に直接関係しない価電子帯の表示は割愛して
ある。固体試料と薄膜電極との間隔（即ち、ギャップ）
を双方の面間に生じるトンネル電流または原子間力が一
定になるように制御すると、両者の表面間のギャップを
数ｎｍ以下にできる。このギャップ設定は、固体試料か
ら薄膜電極への電子の透過率を一定に制御することで達
成される。具体的には、固体試料と薄膜電極との間に適
当な電圧（ギャップ電圧）を印加し、固体試料の内部の
電子を図３のように薄膜電極へトンネリングさせたと
き、（Ｂ）のような薄膜電極の真空準位を越えない電子
は薄膜電極の中で減衰して固体試料と薄膜電極とを導通
させる回路（例えば、ギャップ電圧印加電源を含む回
路）に流れるが、この電流をトンネル電流として当該回
路でモニタし、その値から固体試料と薄膜電極とのギャ
ップにおける電子の透過率を求めることができる。一
方、ギャップ電圧印加時において（Ａ）のように薄膜電
極の真空準位を越える電子は、薄膜電極を透過して真空
中に放射する。この電子のみを用いて像を形成するとこ
ろに本発明の試料観察方法の特徴がある。但し、（Ａ）
の電子の放射時のエネルギーは低く（即ち、固体試料と
薄膜電極との電位差による電子の加速は数ｅＶ以下に）
設定し、かつ薄膜電極の厚さは薄く（数１０ｎｍ以下
に）する必要がある。これは、固体試料から薄膜電極に
入射（流入）した（Ａ）なる電子の運動エネルギーが高
い程、薄膜電極（膜状の電極）の膜厚が厚いほど、当該
薄膜電極中において他の電子による非弾性散乱を受け易
くなり（非弾性散乱の平均自由行程が急激に短くな
り）、その結果、当該薄膜電極を透過できなくなるため
である。この理由は以下の通りである。薄膜電極に高い
運動エネルギーで入射する電子が非弾性散乱されると
き、相手側の電子は高いエネルギーを授受するため、薄
膜電極のフェルミ準位以上の空の電子軌道へ遷移でき
る。これに対し、入射電子の運動エネルギーが薄膜電極
のフェルミ準位に近い場合、相手側の電子はフェルミ準
位近傍またはそれ以下のエネルギーを授受するが、この
場合授受エネルギーに相当するエネルギー準位において
空の電子軌道を見出す確率は殆どなく、当該電子は適当
な電子軌道に遷移できない。即ち、固体試料から薄膜電
極に入射する電子の非弾性散乱確率は、このような相手
方の電子のエネルギー授受による遷移し易さに依存する
のである。以上のように固体試料と薄膜電極との電位差
（即ち、ギャップ電圧）と薄膜電極の厚さを適切に設定
することは、本発明を実施するにあたり重要であり、こ
れにより、固体試料の内部の伝導電子を外乱を与えずに
真空中に自由な電子として引き出すことができる。

【００１６】上述のように本発明の電子顕微鏡及び試料
観察方法の特徴は、固体試料から伝導電子をトンネリン
グにより放射させることにあるため、当然ながら固体試
料と薄膜電極とのギャップをトンネル電流が生じる程に
近付けることが肝要である。（Ａ）の電子を広いギャッ
プを通して薄膜電極へトンネリングさせるには、ギャッ
プ電圧を高くする必要があり、そうすると（Ａ）の電子
はエネルギーが高いために上述の説明のように薄膜電極
を透過できない。因みに、ギャップの制御をトンネル電
流で行なう場合、これに必要なトンネル電流は最小でも
１ｎＡ（ナノ・アンペア、即ち１０^-9Ａ）であるが、こ
れだけの電流を発生できるギャップは、凡そ１ｎｍであ
る。また像観察には、最小１ｐＡ（ピコ・アンペア、即
ち１０^-12Ａ）の電子電流が必要である。しかし、トン
ネル電流強度は０．１ｎｍのギャップの変動に対し１桁
変わる（ギャップの広がりによる減衰が大きい）ため、
ギャップ即ち固体試料と薄膜電極との間隙の設定は圧電
素子等を利用し、０．１ｎｍオーダ又はそれ以下で微細
に行なう必要がある。なお、薄膜電極の表面のうち固体
試料表面からの電子放射に寄与する領域は直径にして数
μｍ程度又はそれ以下とする必要がある。これは、次の
２つの技術的な問題を回避するためである。まず第１
に、固体試料表面の平坦な領域が広くないと当該表面の
所望の電子放射部分以外（例えば、所望の部分から外れ
ながら薄膜表面側に対して隆起した部分）からのトンネ
ル電流の強度が支配的になるためである。第２に大面積
の固体試料表面から一定の電流密度で電子を引き出す
と、増え過ぎたトンネル電流により薄膜電極が過熱され
破壊されるからである。固体試料の電子（伝導電子）放
射部分以外の表面には、薄膜電極の補強部材又は支持部
材を対向させてもよいが、これらの部材と固体試料の表
面とのギャップを薄膜電極と固体試料の表面とのギャッ
プより広く設定し、当該部材へ固体試料の表面から電子
がトンネリングしないようにすることが必要である。同
様な配慮は、薄膜電極を固体試料側が凸となる曲率を有
する形状にして、当該凸部で選択的に電子を引出す場合
にもなされる。

【００１７】最後に本発明の電子顕微鏡で得られる電子
像での電気的欠陥の見え方について述べる。固体試料内
で、電子（伝導電子）を散乱、吸収する部分は電子像の
中で影となって観察される。但し、固体試料の表面から
伝導電子の当該固体試料中における平均自由行程より深
い場所での電気的欠陥は、これにより散乱された伝導電
子が固体試料中でさらに他の電子等により散乱され、例
えば固体試料表面から放射されない筈の電子が放射され
たりする（電気的欠陥以外の不特定の要因による散乱を
受ける）ために、電子像にあまり鮮明に現われない。電
流を固体試料の側面より注入して（固体試料中に電流を
発生させて）、ギャップ電圧を低めにして高いエネルギ
ーの電子を選択的に放射させると、当該電流を形成する
電子が散乱される部分のみ明るい点として観察される。
固体試料に光を照射した場合、光を吸収して電子を放出
する部分のみが明るい点として観察される。なお、上記
伝導電子顕微鏡の像分解能は、電子収束系の収差や電子
像検出系の分解能によって決まる。電気的欠陥の濃度が
十分低ければ、個々の電気的欠陥を分離して観察するこ
とも可能である。

【００１８】

【実施例】以下、図面に示した実施例を参照して本発明
に係る電子顕微鏡及びこれを用いた試料観察方法をさら
に詳細に説明する。各図における同一の記号は、同一又
は類似物を表示するものとする。

【００１９】＜実施例１＞本発明の電子顕微鏡（以下、
伝導電子顕微鏡と呼ぶ）の実施例を図１を用いて説明す
る。この伝導電子顕微鏡の本体は、固体試料１と、薄膜
電極２と、固体試料１と薄膜電極２との間のギャップを
制御するギャップ駆動機構３と、固体試料１から引き出
され薄膜電極２を透過する電子４を集束する電子光学系
５と、この電子４を検出する電子像検出器６と、固体試
料１の図示しない２次元的な微動機構とから構成され
る。これらの構成要素は、真空筐体１００内に図示しな
い支持体に支持されて配置されている（図示せざる支持
体は除振機構を備える）。ここで、固体試料１は導電性
であり、研磨等により表面を平坦化してある。薄膜電極
２は、図４に模式的に示すようにマイクログリッド２１
上に厚さ約１０ｎｍの金の単結晶薄膜２２を形成し、こ
の金薄膜を集束イオンビームで直径約５μｍの大きさの
領域を残してトリミングして（削り落して）作製した。
この薄膜電極は、導電性の支持台２３に固定し、当該支
持台を真空筐体内に設置するためのボルト２４の一つに
は、薄膜電極に電圧を印加するためのリード線２５を接
地電位と絶縁させて接続した。薄膜電極２は、液体窒素
循環式の冷却ヘッド（図示せず）により冷却してある。
図１において、ギャップ駆動機構３は圧電素子でできて
おり、１／１０００ｎｍの分解能で直交座標系（ｘ，
ｙ，ｚ）に沿って駆動できる。電子光学系５は、１段の
加速静電レンズ５１と２段の電磁レンズ５２、５３とを
備え、電子４を５ｋＶまで加速し、かつ約１０００倍の
拡大率でこれを収束できる。この電子光学系の収差は約
１０μｍである（固体試料１側に換算すると約１０ｎｍ
である）。一方、電子像検出器６は孔径約１０μｍのチ
ャネルプレート６１と蛍光板６２で構成される。チャネ
ルプレート６１は電子４を増倍し、蛍光板６２に明るい
電子像を写しだす。蛍光板６２に写った電子像はビデオ
カメラ６３によってＣＲＴ６４に写し直接観察すること
ができる（ビデオカメラ６３は写真乾板に置き換えられ
る）。

【００２０】一方、本実施例の電子顕微鏡では図１に示
すように、固体試料１と薄膜電極２の間にギャップ電源
７と電流検出器８が接続されている。このギャップ電源
７を介して固体試料１と薄膜電極２とを接続することに
より、ギャップ電源７によって所望の強度の電界を固体
試料と薄膜電極との間（所謂、ギャップ又は間隙）に発
生させることができる。本実施例では、ギャップ電源７
を含む電界発生用回路を第１の端子にて薄膜電極に、第
２の端子にて固体試料に夫々接続している。第２の端子
は、固体試料への着脱が容易となるように設計すること
で、複数の固体試料の観察の観察の便を図っている。固
体試料１と薄膜電極２は真空筐体１００から絶縁され、
固体試料１はギャップ駆動機構３に絶縁部材（図示せ
ず）を介して保持されている。試料保持部を含めて導体
で構成されるギャップ駆動機構３を用いる場合は、ギャ
ップ駆動機構３と真空筐体１００を絶縁するとよいが、
敢えて絶縁せずに固体試料１を真空筐体と同じ電位とし
ても観察可能である。ギャップ制御回路９は差分回路９
１と駆動回路９２とから構成される。差分回路９１は電
流検出回路８から得られる電流値と設定値との差分出力
を駆動回路９２に送り、駆動回路９２はこの差分出力に
よってギャップ駆動機構３を駆動する。ここで、固体試
料１がギャップ駆動機構３によって薄膜電極２に近付け
られると、両者の間で電子がトンネリングして電流（ト
ンネル電流）が生じる。ギャップ制御回路９は、電流検
出回路８の検出するこのトンネル電流が設定値（ここで
は約１ｎＡ）に等しい一定になるようにギャップ駆動機
構３を駆動する。この結果、固体試料１と薄膜電極２の
間のギャップは約１ｎｍの一定値に制御される。なお、
固体試料１の表面と薄膜電極２の表面の平行度を調整す
るために、ギャップ駆動機構３の後ろに固体試料１の傾
斜を変える圧電素子でできた駆動機構を備えてある（図
１では省略してある）。実際の調整は、薄膜電極２を透
過する電流が最大となるように固体試料１を傾斜するこ
とで行う。

【００２１】本実施例で特徴的なことは、固体試料１と
電位差を与えた薄膜電極２とをトンネル電流によりギャ
ップを制御して近付けることによって、固体試料１の内
部の伝導電子を真空中に自由な電子４として引き出すこ
とにある。この電子４を電子光学系５で収束、拡大結像
することにより、この電子像で固体試料１の内部の伝導
電子の散乱の様子を観察することが可能となる。ここ
で、固体試料１から薄膜電極２によって電子４を引き出
す原理の説明は、作用の説明において既に行った。本実
施例では電子４の引き出し直後の運動エネルギーが１ｅ
Ｖ以下になるようにギャップ電圧を設定している。これ
らの電子は金の中では約５ｎｍ以上の非弾性散乱平均自
由行程を持つので、本実施例の薄膜電極２を散乱なしに
透過できる。さらに、薄膜電極２内部での電子の熱散乱
は冷却により防止されている。本実施例の伝導電子顕微
鏡によって半導体試料を観察すると、イオン化不純物等
によると考えられる電子散乱体や、析出物によると考え
られる電子吸収体が、電子像の中で影となって現われ
た。また、不良のあったトランジスタのドレイン部分を
バイアスしながら観察したところ、リーク電流を生じる
部分からの伝導電子の放射が明るい点として観察するこ
とができた。電子光学系５のピント（焦点距離）を調節
することによって、それらの電子散乱体や電子吸収体や
電子放出体の深さも知ることができた。この電子像の分
解能は、電子光学系５と電子像検出器６の性能から約２
０ｎｍであった。

【００２２】以上、本実施例によれば、導電性の固体試
料内部の伝導電子の散乱体を分解能約２０ｎｍという高
い分解能で観察できる効果がある。なお、本実施例では
ギャップ駆動機構３を固体試料１に取付けてあったが、
そのかわりに薄膜電極２側につけても同様な効果が得ら
れる。また、本実施例では薄膜電極２を冷却している
が、固体試料１を冷却しても固体試料１内部での伝導電
子の熱散乱を防止して電子光学系５の形成する電子像に
おけるノイズを低減する効果がある。また、本実施例の
電子光学系５の内部に電子４のエネルギーフィルターを
設けることにより、色収差を減らして電子像の分解能を
上げることも可能である。

【００２３】＜実施例２＞本発明の電子顕微鏡の実施例
を図５を用いて説明する。本実施例の電子顕微鏡は、図
１に示した実施例１の電子顕微鏡（伝導電子顕微鏡）と
ほぼ同じ構成をしている。基本的に異なるのは、固体試
料１と薄膜電極２０との間のギャップを、トンネル電流
の代わりに両者の間に発生する原子間力（斥力）を使っ
て制御することである。すなわち、本実施例では、薄膜
電極２０を図示しない片持梁によって支持しており、こ
れは力が印加されるとその力に比例して変位する。変位
検出器８０は、レーザー８１から放射され薄膜電極２０
で反射されたレーザ光８２を検出することにより、この
変位を測定する。変位検出器８０は測定した変位すなわ
ち力の信号をギャップ制御回路９に渡す。ギャップ制御
回路９はこの信号が設定値に等しい一定になるようにギ
ャップ駆動機構３を駆動する。この結果、固体試料１と
薄膜電極２０の間のギャップは約１ｎｍの一定値に制御
される。

【００２４】本実施例で特徴的なことは、固体試料１と
電位差を与えた薄膜電極２とを原子間力によりギャップ
を制御して近付けることによって、固体試料１の内部の
伝導電子を真空中に自由な電子４として引き出すことに
ある（ここで、固体試料１から薄膜電極２によって電子
４を引き出す原理の説明は、作用の説明において既に行
った）。この電子４を電子光学系５で収束、結像するこ
とにより、この電子像で固体試料１の内部の伝導電子の
散乱の様子を観察することが可能となる。なお、本実施
例では、実施例１のようにトンネル電流を制御に使って
いないので固体試料の表面が部分的に絶縁体であっても
上記ギャップを適性に制御できる。

【００２５】本実施例によれば、試料の表面の一部がた
とえ絶縁体であっても薄膜電極と試料表面のギャップを
適性に制御できるので、任意試料について内部の伝導電
子の散乱を安定に観察できる効果がある。

【００２６】＜実施例３＞実施例１や実施例２に示した
電子顕微鏡の薄膜電極において、電子のエネルギーがフ
ェルミ面に近くなるほど、その透過能は高くなる（非弾
性散乱の平均自由行程は長くなる）。本実施例では、薄
膜電極の固体試料とは反対側の表面に仕事関数（フェル
ミ面から真空準位までのエネルギー差）を実効的に低く
するコーティングを行うことにより、電子の透過能を向
上させた。具体的には厚さ数ｎｍの金の薄膜電極に対し
てバリウムを１原子層だけ蒸着した後に、これを酸化し
てコーティング層を形成した。この状態で電子が引き出
される様子を図６に示す（この図は固体試料が金属の場
合を示している）。本実施例において真空中に放射され
る（Ａ）の電子は、薄膜電極にコーティングを行ってい
ない図３の場合と比べて、薄膜電極の中でフェルミ面に
より近いエネルギーを持ち、その透過能が数倍高くなっ
た。コーティング層は厚さが非常に薄いため、その内部
での電子の散乱は無視できるほどに小さい。このコーテ
イングの結果、トンネル電流に対して透過する電子の電
流の割合が増加する。

【００２７】本実施例によれば、薄膜電極中での電子の
透過能が高くなるので、薄膜電極を厚くして丈夫にでき
る効果がある。なお、薄膜電極の仕事関数を実効的に下
げるコーティングとしては、ジルコニウム、セシウム、
チタン、およびその酸化膜を用いても同様な効果が得ら
れる。また、薄膜電極に上記のようなコーティングを行
った上に、さらに薄膜電極の他の面や試料表面に同様の
コーティングを行っても効果は変わらない。

【００２８】＜実施例４＞実施例１や実施例２に示した
電子顕微鏡の薄膜電極は略平坦であり、伝導電子のトン
ネリングする領域を制限するためにＦＩＢによるトリミ
ングで形成した金属単結晶の薄膜片を用いている。本実
施例では、これに変えて、薄膜電極に固体試料側へ凸と
なる曲率を持たせることによって、伝導電子のトンネリ
ングする領域を制限する。具体的には図７に示す断面の
薄膜電極を用いる。支持リング１６は上面が曲率半径２
０ｍｍの球面で、中心に直径０．５ｍｍの孔を持たせて
ある。この支持リングの上面に厚さ約１０ｎｍの金の薄
膜電極２００をエポキシ接着材で端を張り付けてある。
この構造によって、薄膜電極２００は固体試料側に凸と
なる半径約２０ｍｍ曲率を持つ。薄膜電極と固体試料の
ギャップが０．１ｎｍ広がると、伝導電子のトンネリン
グの強度は約１桁小さくなる。したがって、前記の曲率
の薄膜電極では、伝導電子がトンネリングする領域は、
実効的に半径約２μｍの領域に制限される。このような
曲率を持った薄膜電極では、固体試料の表面に対してわ
ずかに傾いても状況は変わらないので、平行度を調整す
るための機構を必要としない。

【００２９】本実施例によれば、薄膜電極の傾きを調整
する機構が必要がないので、装置が簡単にできる効果が
ある。なお、本実施例では薄膜電極の全体に曲率を持た
せたが、薄膜電極を部分的に弛ませることによっても同
様の効果を得られる。

【００３０】＜実施例５＞実施例１に示した電子顕微鏡
（伝導電子顕微鏡）による通常の試料観察方法では、電
子像の中で伝導電子が散乱する場所は影となって現われ
るので目立ちにくい。本実施例ではこれをもっと感度良
く観察できるようにする方法を示す。以下、伝導電子顕
微鏡の中から固体試料１と薄膜電極２の部分のみを抜き
出して示した図８を用いて説明する。まず、固体試料１
に二つのポイントコンタクトを取り、定電流源１０によ
って固体試料１の表面方向に電流を生じさせる。これに
よって、固体試料１の内部には電流方向に向いた少し高
いエネルギーの伝導電子１１が発生する。次に、ギャッ
プ電源７により固体試料１と薄膜電極２との間に印加す
るギャップ電圧を通常より少し下げて、通常より少し高
いエネルギーの電子のみが真空中に放射するように設定
する。以上の方法によって、伝導電子１１のうち、散乱
体１２で散乱され表面の方向に向いたものだけが、薄膜
電極２を透過して電子４として真空中に引き出される。
この電子４で形成された電子像では、固体試料１内部で
電子が散乱される部分だけが明るく通常とは逆のコント
ラストで表示される。

【００３１】本実施例によれば、固体試料の中で伝導電
子の散乱のある部分のみを感度よく観察できる効果があ
る。また、本実施例により磁気抵抗を持つ固体試料を観
察する場合、これに磁場を印加したときとしないときを
比較すると、磁気抵抗の原因となる伝導電子の散乱体の
みを感度良く観察できる効果がある。

【００３２】＜実施例６＞実施例１に示した電子顕微鏡
（伝導電子顕微鏡）による通常の試料観察方法では、表
面準位等でバンドが曲がっている半導体を試料とする場
合、伝導電子が表面まで出られないために試料内部の観
察が困難である。本実施例ではこのような半導体試料を
観察する方法を示す。以下、電子顕微鏡の中から固体試
料１と薄膜電極２の部分のみを抜き出して示した図９を
用いて説明する。まず、この半導体の試料１の表面に薄
い金属のコーティング１３（厚さ約１ｎｍ）を形成す
る。次に、電源１４により半導体層（固体試料）１と金
属層（コーティング）１３の間に電圧を印加し、半導体
層１内のバンドを平にする。これによって、半導体層１
の内部の伝導電子が表面方向に出てくるので、これを薄
膜電極２で引き出すことができる。この様子を図１０の
エネルギーバンド図で説明する。半導体層（固体試料）
と金属層（コーティング）の間に電圧を印加した結果、
半導体層の界面側（真空準位が曲がって表示されている
部分）に電界が発生してバンドが平になっている。この
電界によって、半導体層内部の伝導電子は表面の金属層
に流れ込んで電流となる。ここで、薄膜電極が適当な電
位差を持って金属層に近付けられると、前記の半導体層
内部の伝導電子の一部は金属コーティング層１３を透過
して（Ａ）のように薄膜電極へトンネリングし、金属層
１３の電子は（Ｂ）のように薄膜電極にトンネリングす
る。（Ａ）の電子は薄膜電極の真空準位より高いのでこ
れを透過して真空中に放射する。（Ｂ）の電子は薄膜電
極内で減衰してトンネル電流となる。以上の方法によっ
て、半導体試料１内部の伝導電子が薄膜電極２を透過し
て電子４として引き出される。この電子４で形成された
電子像によって、半導体の試料１内部での伝導電子の散
乱の様子を観察できる。

【００３３】本実施例によれば、本発明の電子顕微鏡で
内部観察が困難な材料（例えば、半導体試料）も観察可
能になる効果がある。

【００３４】＜実施例７＞実施例１や実施例２に示した
電子顕微鏡（伝導電子顕微鏡）による通常の試料観察方
法では、半絶縁性の半導体を試料とする場合、伝導電子
が少ないために試料内部の観察が困難である。本実施例
ではこのような半導体試料を観察する方法を示す。以
下、伝導電子顕微鏡の中から固体試料１と薄膜電極２の
部分のみを抜き出して示した図１１を用いて説明する。
まず、ギャップ電圧印加のために、この半導体試料１の
表面に薄い金属のコーティング１３’（厚さ１ｎｍ以
下）を形成する。また、試料１の裏面にも薄い金属のコ
ーティング１３”（厚さ１ｎｍ以下）を形成する。後者
は電源１４’によって試料１内に弱い電場を生じさせて
るためである。次に、試料１の裏側から、半導体のバン
ドギャップ以上のエネルギーの単色光１５を照射する。
コーティング層１３”は薄いので単色光１５は試料１の
内部まで入り吸収される。この光が吸収されると電子と
ホールのペアが発生するが、これらは電源１４’によっ
て形成された前記弱い電場によって分離し、電子は試料
の１の表面方向に伝導電子としてドリフトするので、こ
れを薄膜電極２で引き出すことができる。以上の方法に
よって、半導体試料１内部に生じた伝導電子は薄膜電極
２を透過して電子４として引き出される。この電子４で
形成された電子像によって、半導体の試料１内部での伝
導電子の散乱の様子を観察できる。

【００３５】本実施例による試料観察に適した電子顕微
鏡の構成の一例を、図１２に示す。基本的な構成は実施
例２の電子顕微鏡（図５参照）に近いが、固体試料１
（上下の表面には図１１に示したようにコーティングが
施されている）に照射される単色光（光ビーム）１５の
光源１５１と、この光ビームを収束して固体試料１の上
面に照射する光学系１５２が、真空筐体１００の上部に
配置される点に大きな特徴を有する。この光源１５１と
光学系１５２からなる光照射手段は、照射光の光路が真
空中にあるため、可視領域や赤外領域の波長を有する光
は勿論のこと、単色光として大気に吸収されやすい波長
を有する光（例えば、真空紫外光）をも利用することが
できる。光源１５１の発光波長領域は観察すべき固体試
料の物性に応じて変える（例えば、光源の取替えによ
り）とよく、また光照射手段においては望ましくない波
長の光の固体試料１への照射を防ぐために透過波長を限
定するフィルタを設けてもよい。また固体試料１の上面
への光照射を行なうため、本実施例では固体試料１の側
面をギャップ駆動機構３で保持している。固体試料１は
絶縁治具３１を介して保持することにより、固体試料１
の上面と下面の間に電源１４’により電位差が印加でき
るようにしてある。図１２の電子顕微鏡では、固体試料
下面１から放射された電子（電子線）４を、静電レンズ
５５、電磁レンズ５６，５７からなる電子光学系５によ
りマルチチャネルプレート６５の表面に結像する。マル
チチャネルプレート６５の表面には、微細な電子検出素
子が二次元的に多数個配列され（図示せず）、電子検出
素子毎に検出信号は増幅器６６に送られ、さらにこれら
の信号によりＣＲＴ（ディスプレイ装置）６４の画面に
固体試料の内部の拡大電子像が表示される（各電子検出
器で検出された信号は、この画面の電子像の一画素とな
る）。

【００３６】本実施例によれば、本発明の電子顕微鏡
（又は、伝導電子顕微鏡）で内部観察が困難な半絶縁性
の半導体も観察可能になる効果がある。なお、本実施例
で用いた半導体試料への光照射は、光のエネルギーを適
当に選ぶことによって、半導体中の特定の欠陥準位のみ
から電子を発生させて、これらの欠陥のみを感度良く観
察するためにも使うこともできる。この場合、前記欠陥
準位から発生する電子だけをとらえるために、通常の試
料観察方法の場合よりもギャップ電圧を小さくする。ま
た、試料の導電性が高ければ、上記のようなコーティン
グは省略される。

【００３７】＜実施例８＞実施例１に示した伝導電子顕
微鏡により試料の観察場所（特に観察する必要のある領
域：観察対象領域）を位置決めして、これを他の手段で
分析する方法を示す。本実施例では、伝導電子顕微鏡で
電気的欠陥を検出し、この電気的欠陥を含むように試料
を集束イオンビームで薄片化して、最終的にこの電気的
欠陥をＴＥＭで分析する。あらかじめ、固体試料の表面
上に位置合わせマークとして金属と半導体の組み合わせ
によるパターンを設けておく。固体試料の表面は研磨な
どにより平坦化しておく。まず、伝導電子顕微鏡によ
り、固体試料の表面の電子像、およびこの電子像と同じ
視野の固体試料内部の電気的欠陥を含む深さの電子像を
取り、両者をメモリする。次に、前記固体試料表面の電
子像に対して適当なしきい値を設定して２値化処理をす
る。ここで、固体試料表面が半導体の場合に比べて金属
の場合の方が、薄膜電極を透過して放出する電子の電流
が数倍大きいので、前記２値化した電子像から容易に位
置合わせマークを検出できる。前記固体試料表面の電子
像と、前記固体試料内部の電子像とを比較することによ
り、電気的欠陥の２次元的な位置を上記位置合わせマー
クを基準に読み取る。電気的欠陥の深さは電子光学系の
焦点距離から読み取れる。以上の方法によって得られた
電気的欠陥の位置データをもとに、固体試料を集束イオ
ンビームを使って上記電気的欠陥を中心部に含むように
薄片化する。この薄片化した試料の中心部をＴＥＭで観
察して、前記電気的欠陥の構造を分析できる。

【００３８】本実施例の試料観察又は分析を行なうに
は、図１３に示すように本発明の電子顕微鏡において観
察対象領域をＴＥＭ観察に適した厚さに加工する装置を
搭載することが望ましい。図１３の装置では、固体試料
を集束イオンビーム（ＦＩＢ）１７を用いて行なうもの
で、真空筐体１００にはＦＩＢ加工装置１７１が設けら
れている。この装置では、固体試料下面から電子線を放
射させて試料内部の観察を行ないながら、固体試料上面
をＦＩＢで加工する（エッチングする）ことができる。
従って、電気的欠陥が存在する固体試料の位置を確実に
薄膜化することができる。なお、図１３の装置のその他
の構成は実施例１及び７の装置を折衷したものであり、
固体試料の形状は実施例１のものと同じである。固体試
料の保持装置を兼ねたギャップ駆動機構３は、真空筐体
１００に絶縁台座３２を介して固定され、且つ固体試料
１と導通されている。固体試料１と薄膜電極２との間に
電位差を印加する電源（ギャップ電源）７を有する回路
は、その一端がギャップ駆動機構３に接続されている。
このため、固体試料１をギャップ駆動機構３に設置する
だけで（固体試料に電位印加回路の端子を接続を行なう
ことなく）試料観察ができるという利点がある。

【００３９】本実施例によれば、固体試料内部の電気的
欠陥の位置データを生成できるので、この電気的欠陥を
他の手段で確実に分析できる効果がある。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、固体試料内部の微小な
電気的欠陥の位置や影響度を直接計測できる効果があ
る。即ち、煩雑な加工工程を経ずに簡易に固体試料の内
部の観察を行なえるため、半導体素子をはじめとする固
体装置の検査や、これらの材料となる新素材の電気的物
性の評価を迅速且つ正確に行なうことができる。

【００４１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の電子顕微鏡（伝導電子顕微
鏡）の構成図である。

【図２】本発明の原理を説明する固体中の伝導電子の状
態密度のグラフとエネルギーバンド図である。

【図３】本発明の動作を説明するエネルギーバンド図で
ある。

【図４】本発明の実施例１の薄膜電極の概略構成図であ
る。

【図５】本発明の実施例２の電子顕微鏡の構成図であ
る。

【図６】本発明の実施例３の動作を説明するエネルギー
バンド図である。

【図７】本発明の実施例４の薄膜電極の断面図である。

【図８】本発明の実施例５の試料観察方法を説明する図
である。

【図９】本発明の実施例６の試料観察方法を説明する図
である。

【図１０】本発明の実施例６の動作を説明するエネルギ
ーバンド図である。

【図１１】本発明の実施例７の試料観察方法を説明する
図である。

【図１２】本発明の実施例７の電子顕微鏡の構成図であ
る。

【図１３】本発明の実施例８の電子顕微鏡の構成図であ
る。

【符号の説明】

１…固体試料、２、２０、２００…薄膜電極、３…ギャ
ップ駆動機構、４…電子、５…電子光学系、５１…加速
静電レンズ、５２、５３…電磁レンズ、６…電子像検出
器、６１…チャネルプレート、６２…蛍光板、６３…ビ
デオカメラ、６４…ＣＲＴ、７…ギャップ電源、８…電
流検出器、８０…変位検出器、８１…レーザー、８２…
レーザー光、９…ギャップ制御回路、９１…差分回路、
９２…ギャップ駆動回路、１０…定電流源、１１…電
子、１２…散乱体、１３、１３’、１３”…コーティン
グ、１４、１４’…電源、１５…単色光、１６…支持リ
ング、１７…集束イオンビーム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体試料から電子をトンネル効果により放
射させる手段と、該電子により該固体試料の電子像を結
像する手段と、該電子像を検出する手段を含む電子顕微
鏡。
【請求項２】固体試料を保持する保持手段と、該固体試
料から放射される電子で電子像を結像する結像手段と、
該電子像を検出する検出手段と、上記保持手段と上記結
像手段の間に上記固体試料の電子放射部分を間隙を介し
て覆うように設けられた電極部材からなることを特徴と
する電子顕微鏡。
【請求項３】固体試料を保持する保持装置と、該固体試
料の表面に略対向する面を含む膜状電極と、該固体試料
と該膜状電極とに電位差を印加する電位印加手段と、該
膜状電極から放出される電子で電子像を形成する電子光
学系と、該電子像を検出する検出装置とを備えたことを
特徴とする電子顕微鏡。
【請求項４】上記電位印加手段は、上記固体試料に対し
上記膜状電極を正の電位に保つことを特徴とする請求項
３に記載の電子顕微鏡。
【請求項５】固体試料を保持する保持装置と、該固体試
料の表面を覆う面を含む膜状電極と、該固体試料と該膜
状電極との間に電界を発生させる電界発生手段と、該固
体試料の表面と該膜状電極との間隙を制御する間隙制御
装置と、該固体試料と該膜状電極との配置を変える移動
手段と、該膜状電極から放出される電子で電子像を形成
する電子光学系と、該電子像を検出する検出装置とを備
えたことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項６】上記電界発生手段は、上記膜状電極に接続
する第１の端子と、上記固体試料に接続する第２の端子
と、該第１の端子と該第２の端子とを電源を介して接続
する回路から構成されることを特徴とする請求項５に記
載の電子顕微鏡。
【請求項７】上記電界発生手段は、一端が上記膜状電極
に接続され且つ他端が上記保持装置に接続された電源を
有する回路で構成され、該保持装置は上記固体試料を電
気的に導通した状態で保持することを特徴とする請求項
５に記載の電子顕微鏡。
【請求項８】上記膜状電極の上記固体試料に対して反対
側の面は、該膜状電極の仕事関数を下げる膜がコーティ
ングされていることを特徴とする請求項３乃至７のいず
れかに記載の電子顕微鏡。
【請求項９】上記膜状電極は、上記固体試料側に凸とな
る曲率を有する形状であることを特徴とする請求項３乃
至８のいずれかにに記載の電子顕微鏡。
【請求項１０】上記保持装置は、上記固体試料に対して
電流を注入することを特徴とする請求項３乃至９のいず
れかに記載の電子顕微鏡。
【請求項１１】固体試料を保持する保持手段と、該固体
試料に光を照射する光照射手段と、該固体試料から放射
される電子で電子像を結像する結像手段と、該電子像を
検出する検出手段と、上記保持手段と上記結像手段の間
に上記固体試料の電子放射部分を間隙を介して覆うよう
に設けられた電極部材からなることを特徴とする電子顕
微鏡。
【請求項１２】固体試料を保持する保持装置と、該固体
試料に光を照射する光学系と、該固体試料の表面に略対
向する面を含む膜状電極と、該固体試料と該膜状電極と
の間に電位差を印加する電位印加手段と、該膜状電極か
ら放出される電子で電子像を形成する電子光学系と、該
電子像を検出する検出装置とを備えたことを特徴とする
電子顕微鏡。
【請求項１３】固体試料から伝導電子を該固体試料中に
おけるエネルギー準位を選択して放射させ、該放射され
た伝導電子により該固体試料の像を形成して検出するこ
とを特徴とする試料観察方法。
【請求項１４】固体試料を該固体試料の表面の少なくと
も一部が膜状の電極の表面の少なくとも一部に対しトン
ネル電流が流れる間隙を形成するように配置し、上記固
体試料と上記膜状電極の間に電位差を印加して該膜状電
極の該固体試料に対して反対側の表面から電子を放出さ
せ、上記放出された電子により像を結像して検出するこ
とを特徴とする試料観察方法。
【請求項１５】上記電位差は、上記固体試料に対し上記
膜状電極が正の電位になるように印加することを特徴と
する請求項１４に記載の電子顕微鏡。
【請求項１６】上記固体試料内部に電流を発生させるこ
とを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の
試料観察方法。
【請求項１７】上記固体試料の表面を多層構造として、
該多層構造の層間に電位差を与えることを特徴とする請
求項１３乃至１５のいずれかにに記載の試料観察方法。
【請求項１８】上記固体試料に対して光を照射すること
を特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかにに記載の
試料観察方法。
【請求項１９】上記試料観察方法によって上記固体試料
の観察対象領域を特定し、該特定領域を他の観察又は分
析方法により観察又は分析することを特徴とする請求項
１３乃至１５のいずれかにに記載の試料観察方法。