KR102590153B1 - 전자 현미경 및 측정 시료의 관찰 방법 - Google Patents

전자 현미경 및 측정 시료의 관찰 방법 Download PDF

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Abstract

비파괴로 관찰할 수 있는 전자 현미경 및 측정 시료의 관찰 방법을 제공한다. 전자 현미경(1)은, CW 레이저(7)를 생성하는 레이저 광원(2)과, CW 레이저(7)를 측정 시료(30)에 조사하는 조사 렌즈계(집광 렌즈(4)와 대물 렌즈(6))와, CW 레이저(7)에 의해 측정 시료(30)로부터 방출된 광 전자를 에너지별로 분리하는 에너지 분석기(22)와, 소정의 에너지의 광 전자를 통과시키는 에너지 슬릿(23)과, 에너지 슬릿(23)을 통과한 광 전자를 검출하는 전자 빔 검출기(25)와, 측정 시료(30)로부터 방출된 광 전자를 에너지 분석기(22)에 집속시키는 제1 전자 렌즈계(21)와, 에너지 슬릿(23)을 통과한 광 전자를 전자 빔 검출기(25)에 투영하는 제2 전자 렌즈계(24)를 구비한다.

Description

전자 현미경 및 측정 시료의 관찰 방법
본 발명은, 전자 현미경 및 측정 시료의 관찰 방법에 관한 것이다.
차세대 메모리로서 저항 변화 메모리가 주목받고 있다(특허문헌 1 참조). 저항 변화 메모리에 사용하는 저항 변화 소자는, 전이 금속 산화물 등의 산화물층을 하부 전극과 상부 전극 사이에 끼운 구조로 되어 있고, 세트 프로세스에서 전압 인가에 의해 산화물층 내에 도전 패스(필라멘트)가 형성되어 저저항 상태로 된다. 또한 리셋 프로세스에서는, 조정된 전압을 인가함으로써, 저항 변화층 내의 도전 패스가 단열되어 고저항 상태로 된다.
세트 프로세스에서는, 산화물층에 인가된 전압에 의해 환원 작용이 일어나, 금속 산화물로부터 금속으로 변화된다고 생각된다. 이것이 필라멘트가 되어 전류 경로가 형성되고, 저항값이 감소한다. 리셋 프로세스에 있어서는, 더욱 전류를 향상시키면, 그 줄열에 의해 환원된 금속의 산화가 시작되고, 필라멘트가 소실되어 다시 저항이 증가한다고 생각된다. 저항 변화 소자는, 예를 들어 저저항 상태를 0, 고저항 상태를 1에 대응시키고, 이 사이클의 반복에 의해, 0과 1을 반복하여 기억할 수 있어, 메모리로서 사용할 수 있다.
일본 특허 공개 제2011-096714호 공보
저항 변화 소자와 같은 다층 구조의 소자에서는, 상부 전극의 하부에 형성된 산화물층을 관찰하려고 하면, 상부 전극을 제거하거나, 소자를 절단하여, 절단면에 노출된 산화물층을 투과형 전자 현미경(TEM)에 의해 관찰하거나 하는 등, 소자를 파괴하지 않으면 관찰할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
그래서 본 발명은, 비파괴로 관찰할 수 있는 전자 현미경 및 측정 시료의 관찰 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전자 현미경은, CW 레이저를 생성하는 레이저 광원과, 상기 CW 레이저를 측정 시료에 조사하는 조사 렌즈계와, 상기 CW 레이저에 의해 상기 측정 시료로부터 방출된 광 전자를 에너지별로 분리하는 에너지 분석기와, 소정의 상기 에너지의 상기 광 전자를 통과시키는 에너지 슬릿과, 상기 에너지 슬릿을 통과한 상기 광 전자를 검출하는 전자 빔 검출기와, 상기 측정 시료로부터 방출된 상기 광 전자를 상기 에너지 분석기에 집속시키는 제1 전자 렌즈계와, 상기 에너지 슬릿을 통과한 상기 광 전자를 상기 전자 빔 검출기에 투영하는 제2 전자 렌즈계를 구비한다.
본 발명의 측정 시료의 관찰 방법은, 레이저 광원에서 생성된 CW 레이저를 측정 시료에 조사하는 조사 공정과, 상기 CW 레이저에 의해 상기 측정 시료로부터 방출된 광 전자를 에너지 분석기에 집속하는 집속 공정과, 상기 에너지 분석기를 사용하여 상기 광 전자를 에너지별로 분리하는 분리 공정과, 분리한 상기 광 전자를 에너지 슬릿에 조사하여, 소정의 상기 에너지의 상기 광 전자를 선택하는 선택 공정과, 상기 에너지 슬릿을 통과한 상기 광 전자를 전자 빔 검출기에 투영하는 투영 공정과, 상기 전자 빔 검출기에 투영된 상기 광 전자를 검출하는 검출 공정을 갖는다.
본 발명에 따르면, 소정의 에너지의 광 전자를 통과시키는 에너지 슬릿을 구비하고, 에너지 슬릿을 통과한 광 전자를 전자 빔 검출기에서 검출하기 때문에, 전자 빔 검출기에서 검출하는 전자의 에너지를 선택할 수 있어, 특정 물질을 선택적으로 관찰할 수 있으므로, 측정 시료의 최표층보다 하부에 존재하는 특정 물질도 측정 시료를 파괴하는 일 없이 관찰할 수 있어, 비파괴로 관찰할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 전자 현미경의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 실시 형태의 측정 시료의 전체 구성을 나타내는 개략도이고, 도 2b는 영역 (i)의 단면을 나타내는 개략도이고, 도 2c는 영역 (ii)의 단면을 나타내는 개략도이고, 도 2d는 영역 (iii)의 단면을 나타내는 개략도이고, 도 2e는 영역 (iv)의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 3a는 STV를 0.3V로 하였을 때의 접합부의 화상이고, 도 3b는 STV를 0V로 하였을 때의 접합부의 화상이고, 도 3c는 STV를 -0.3V로 하였을 때의 접합부의 화상이다.
도 3d는 STV를 -0.5V로 하였을 때의 접합부의 화상이고, 도 3e는 STV를 -1.0V로 하였을 때의 접합부의 화상이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태의 전자 현미경의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
(1) 본 발명의 실시 형태의 전자 현미경의 전체 구성
본 실시 형태의 전자 현미경은, 측정 시료로부터 방출된 광 전자를 검출하여 측정 시료를 관찰하는 레이저광 전자 현미경이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 전자 현미경(1)은, 레이저 광원(2)과, 파장판(3)과, 집광 렌즈(4) 및 대물 렌즈(6)로 구성되는 조사 렌즈계와, 빔 세퍼레이터(5)와, 챔버(10)와, 에너지 조정 기구(13)와, 전원(14)과, 제1 전자 렌즈계(21)와, 에너지 분석기(22)와, 에너지 슬릿(23)과, 제2 전자 렌즈계(24)와, 전자 빔 검출기(25)를 구비하고 있다.
레이저 광원(2)은, CW(Continuous Wave) 레이저(7)를 생성하는 레이저 발진기이다. CW 레이저(7)의 파장은, CW 레이저(7)의 조사에 의해 측정 시료(30)로부터 광 전자가 방출되도록, CW 레이저(7)의 에너지 hν가 측정 시료(30)의 일함수 φ보다 높아지도록 선정하고 있다. 보다 구체적으로는, 측정 시료(30)의 관찰 영역의 최표층을 구성하는 물질의 일함수 φ보다 높아지도록 한다. 본 실시 형태의 경우, 레이저 광원(2)은, 파장이 266㎚(에너지 hν＝4.66eV)인 CW 레이저(7)를 생성한다. 파장판(3)은, CW 레이저(7)의 편광을, 직선 편광과 좌우 원 편광으로 전환하기 위한 소자이다. 통상은, 파장판(3)에 의해 CW 레이저(7)를 직선 편광으로 하지만, 자기원 2색성을 이용하여 측정 시료(30)의 자기 특성을 측정하는 경우, 파장판(3)에 의해 CW 레이저(7)를 좌우 원 편광으로 한다.
조사 렌즈계는, 집광 렌즈(4)로 CW 레이저(7)를 대물 렌즈(6)에 집광하고, 대물 렌즈(6)로 CW 레이저(7)를 측정 시료(30)의 표면에 집광하여, CW 레이저(7)를 측정 시료(30)에 조사시킨다. 대물 렌즈(6)는, 측정 시료(30)의 표면 근방에 초점 위치가 오도록 배치되어 있다. 집광 렌즈(4), 대물 렌즈(6)는, 공지의 렌즈이며, CW 레이저(7)의 조사 영역, 즉, 측정 시료(30)의 관찰 영역의 사이즈 등에 따라서 적절하게 선정할 수 있다.
챔버(10)는, 기밀성이 높은 구조로 되어 있고, 도시하지 않은 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프가 접속되어 있다. 챔버(10)는, 진공 펌프에 의해, 내부 공간을 소정 진공도(1.0×10-5 내지 10-8Torr)로 한다. 챔버(10) 내에는, 측정 시료(30)를 적재하는 스테이지(11)와 대물 렌즈(6)가 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 경우, 챔버(10)와 빔 세퍼레이터(5)가 접속되어 있고, 빔 세퍼레이터(5)에 대물 렌즈(6)가 고정되어 있지만, 도 1에서는 편의상, 빔 세퍼레이터(5)와 대물 렌즈(6)를 별체의 구성으로서 나타내고 있다. 스테이지(11)에는 도시하지 않은 구동 기구가 접속되어 있어, 구동 기구에 의해 스테이지(11)를 서로 직교하는 3축 방향으로 이동시킬 수 있다. 본 실시 형태의 경우, 스테이지(11)는, 측정 시료(30)를 적재하는 적재면(11a)이 CW 레이저(7)의 광축과 직교하도록 배치되어 있다.
측정 시료(30)는, 챔버(10) 내의 스테이지(11)의 적재면(11a)에 적재되고, CW 레이저(7)가 측정 시료(30)의 표면에 수직으로 조사된다. 여기서, 도 2를 사용하여 본 실시 형태의 측정 시료(30)에 대해 설명한다. 도 2a에 나타내는 바와 같이, 측정 시료(30)는, Si 기판(31) 상에 형성된 하부 전극(32)과, 하부 전극(32) 상에 형성된 산화물층(34)과, 산화물층(34) 상에 형성된 상부 전극(33)으로 이루어지는 저항 변화 소자이다. 측정 시료(30)는, 직사각형으로 형성된 상부 전극(33)과 하부 전극(32)이 긴 축 방향이 직교하도록 배치되어, 사변형의 접합부(35)가 형성되어 있다.
접합부(35)(도 2a 내에 나타내는 영역 (i))는, 도 2b에 나타내는 바와 같이, Si 기판(31) 상에서, 하부 전극(32), 산화물층(34), 상부 전극(33)의 3층 구조로 되어 있다. 하부 전극(32)은 TiN(티타늄나이트라이드)으로 이루어지고, 산화물층(34)은 Ta2O5(오산화탄탈)로 이루어지고, 상부 전극(33)은 Pt(백금)로 이루어진다. 측정 시료(30)는, 상부 전극(33)과 하부 전극(32) 사이에 전압이 인가되면, 접합부(35)의 산화물층(34)의 Ta2O5가 환원되어, Ta2Ox로 이루어지는 필라멘트가 형성된다. 이 필라멘트가 상부 전극(33)과 하부 전극(32) 사이의 도전 패스가 되어, 측정 시료(30)는, 저저항 상태가 된다. 본 실시 형태의 경우, 하부 전극(32), 산화물층(34), 상부 전극(33)의 두께는, 각각, 20㎚, 5㎚, 10㎚이고, 접합부(35)의 면적은, 약 25㎛2이다.
이러한 저항 변화 소자는, 예를 들어 이하와 같이 하여 제작할 수 있다. 먼저, Si 기판(31)을 준비하고, Si 기판(31) 상에, 포토리소그래피 기술에 의해 형성한 마스크를 이용하여, 직사각형의 하부 전극(32)을 스퍼터에 의해 성막한다. 다음으로, 마스크를 제거하고, 하부 전극(32)이 형성된 Si 기판(31) 전체면에 산화물층(34)을 스퍼터에 의해 성막한다. 마지막으로, 산화물층(34) 상에, 포토리소그래피 기술에 의해 마스크를 형성하고, 직사각형의 상부 전극(33)을, 긴 축이 하부 전극(32)의 긴 축과 직교하도록 스퍼터에 의해 성막한다.
그 때문에, 접합부(35) 이외의 상부 전극(33)의 영역 (도 2a 내에 나타내는 영역 (ii))에서는, 도 2c에 나타내는 바와 같이, Si 기판(31) 상에서, 산화물층(34)과 상부 전극(33)의 2층 구조로 되어 있다. 접합부(35) 이외의 하부 전극(32)의 영역(도 2a 중에 나타내는 영역 (iii))에서는, Si 기판(31) 상에서, 도 2d에 나타내는 바와 같이, 하부 전극(32)과 산화물층(34)의 2층 구조로 되어 있다. 또한, 도 2a에 나타내는 영역 (iii)에서는, 편의상, 하부 전극(32) 상에 형성된 산화물층(34)을 나타내고 있지 않다. Si 기판(31) 상의 저항 변화 소자가 형성되어 있지 않은 영역(도 2a 중에 나타내는 영역 (iv))은, 도 2e에 나타내는 바와 같이, Si 기판(31) 상에 산화물층(34)이 성막된 구성으로 되어 있다.
이러한 측정 시료(30)의 표면에, CW 레이저(7)가 조사된다. 본 실시 형태의 경우, 접합부(35) 전체에 CW 레이저(7)가 조사되도록 조사 광학계가 조정되어 있어, 접합부(35) 전체를 한 번에 관찰할 수 있다. 상술한 바와 같이, CW 레이저(7)의 에너지 hν가 측정 시료(30)의 최표층(본 실시 형태에서는 Pt)의 일함수 φ보다 높아지도록 CW 레이저(7)의 파장을 선정하고 있으므로, 측정 시료(30)에 CW 레이저(7)가 조사되면, 광전 효과가 발생하여, 측정 시료(30), 즉, 상부 전극(33)이나, 산화물층(34), 하부 전극(32)의 전자가 여기되어, 측정 시료(30)로부터 광 전자가 방출된다. CW 레이저(7)가 조사된 영역으로부터 다수의 광 전자가 방출되고, 광 전자는 빔 세퍼레이터(5)로 입사된다. 본 명세서에서는, 방출된 다수의 광 전자를 통합하여 전자 빔(27)이라고 칭한다.
여기서, CW 레이저(7)의 파장은, 상기한 바와 같이 측정 시료(30)의 최표층의 일함수 φ에 따라서 선정하면 되지만, 바람직하게는 266㎚ 이하이고, 더욱 바람직하게는 213㎚ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 파장을 선정함으로써, 일함수 φ가 보다 큰 시료도 측정할 수 있게 되어 범용성이 향상된다. 또한, CW 레이저(7)의 에너지 hν과 측정 시료(30)의 최표층의 일함수 φ의 차분을 ΔE(＝hν－φ)라 하면, ΔE가 0eV 내지 0.5eV가 되도록, CW 레이저(7)의 파장을 선정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 CW 레이저(7)의 파장을 선정함으로써, 깊은 위치의 물질(예를 들어, 상부 전극(33)의 하부에 존재하는 산화물층(34))에 대해서도 고해상도로 관찰할 수 있다. 이것은, 광 전자가 시료 표면으로부터 탈출할 때에 느끼는 에너지 장벽의 영향이, 광 전자의 에너지가 작을수록 크기 때문이며, 이 영향에 의해 경사 출사하는 광 전자는 표면에서 전반사되기 쉬워져 수직 출사에 가까운 광 전자로만 결상할 수 있다는 것이 이유이다. 예를 들어, 다층 구조의 측정 시료(30)의 최표층인 상부 전극(33)보다 하층의 산화물층(34)에 형성된 필라멘트를 관찰하는 경우는, 이와 같이 하는 것이 유리하다. 또한, ΔE는, 레이저광 전자 현미경을 사용하여 측정 시료(30) 내의 원하는 계측 위치를 계측하고, 에너지 분석기를 사용하여 얻어진 당해 계측 위치의 전자 에너지 분포로부터 계측한다. ΔE는, 전자 에너지 분포 내의 밴드 구조의 폭(후술하는 컷오프로부터 페르미 준위 EF)에 상당한다.
또한 전자 현미경(1)은, 전원(14)을 구비하고 있고, 전원(14)의 부극측이 스테이지(11)에 접속되고, 정극측이 그라운드(G)에 설치되어, 측정 시료(30)에 부의 전압을 인가할 수 있다. 전원(14)은, 고전압을 출력할 수 있는 일반적인 전원이다. 본 실시 형태의 경우, 전원(14)에 의해, 측정 시료(30)에 -20kV의 전압이 인가되어 있다. 이 때문에, 측정 시료(30)와, 전압이 인가되어 있지 않은 빔 세퍼레이터(5) 사이에 전계가 발생하고, 이 전계에 의해, 측정 시료(30)로부터 광 전자를 방출하기 쉽게 함과 함께, 방출된 광 전자를 빔 세퍼레이터(5)로 가속하여, 전자 빔(27)을 빔 세퍼레이터(5)로 인입하도록 하고 있다.
전자 현미경(1)은, 전원(14)과 스테이지(11) 사이에 에너지 조정 기구(13)를 구비하고 있다. 에너지 조정 기구(13)는, 소정 전압 STV를 출력하는 전원이다. 에너지 조정 기구(13)와 전원(14)은, 직렬로 접속되어 있고, STV와 전원(14)의 출력 전압의 합계 전압을 측정 시료(30)에 인가할 수 있다. 에너지 조정 기구(13)는, STV의 값을 조정함으로써, 측정 시료(30)로부터 방출된 광 전자의 에너지 Ep를 조정할 수 있다. 또한, 광 전자의 에너지 Ep는, 본 실시 형태의 경우, 광 전자의 운동 에너지를 Ek라 하면, Ep＝20kV＋Ek－STV가 된다. 광 전자의 운동 에너지 Ek는, 측정 시료(30) 내의 전자가 CW 레이저(7)에 의해 여기됨으로써 발생한 운동 에너지의 값이며, 물질 중에서의 전자의 에너지 E에 의해 바뀐다. 그 때문에, 광 전자의 에너지 Ep도, 물질 중에서의 전자의 에너지 E에 의존한다.
빔 세퍼레이터(5)는, 전자 빔(27)이 입사되면, 전자 빔(27)을 편향시켜, CW 레이저(7)의 패스와 전자 빔(27)의 패스를 분리시킨다. 빔 세퍼레이터(5)는, 편향된 전자 빔(27)의 출사구에 접속된 제1 전자 렌즈계(21)에 전자 빔(27)을 입사시킨다. 제1 전자 렌즈계(21)는, 복수의 전자 렌즈로 구성되어 있어, 입사된 전자 빔(27)을 집속시킨다. 제1 전자 렌즈계(21)는, 일단이 빔 세퍼레이터(5)에 접속되고, 타단이 에너지 분석기(22)에 접속되어 있어, 전자 빔(27)을 집속시켜 에너지 분석기(22)에 입사시킨다.
에너지 분석기(22)는, 공지의 에너지 분석기이며, 입사된 전자 빔(27)을 광 전자의 에너지 Ep마다 분리하고, 에너지 Ep마다 분리된 전자 빔(27)을 출사한다. 에너지 분석기(22)는, 반구 형상으로 되어 있고, 반구의 평면부에 빔의 입사구와 출사구가 마련되어 있다. 에너지 분석기(22)는, 입사구에 제1 전자 렌즈계(21)가 접속되고, 출사구에 제2 전자 렌즈계(24)가 접속되어 있어, 제1 전자 렌즈계(21)로부터 입사된 전자 빔(27)을, 광 전자의 에너지 Ep마다 분리하여, 제2 전자 렌즈계(24)에 출사한다.
에너지 분석기(22)의 출사구에는, 에너지 슬릿(23)이 마련되어 있다. 에너지 슬릿(23)은, 판형 부재의 표면에, 관통된 홈부가 직선형으로 형성된 통상의 슬릿이다. 에너지 슬릿(23)은, 홈부에 조사된 전자 빔(27)을 통과시키고, 판형 부재에 조사된 전자 빔(27)을 차단한다. 또한, 실제상, 판형 부재에 조사된 전자 빔(27)이 완전히 차단되는 것은 아니며, 이들 전자 빔(27)의 일부도 에너지 슬릿(23)을 통과한다. 그 때문에, 에너지 슬릿(23)에 의해 홈부에 조사된 전자 빔(27) 이외의 전자 빔(27)의 강도가 저하된다. 본 실시 형태에서는, 에너지 슬릿(23)의 홈부의 폭을 40㎛로 하고 있다.
이러한 에너지 슬릿(23)이, 에너지 분석기(22)의 출사구에 배치되어 있으므로, 에너지 분석기(22)에서 분리된 전자 빔(27) 중, 에너지 슬릿(23)을 통과한 전자 빔(27)이 제2 전자 렌즈계(24)에 입사된다. 이때, 에너지 분석기(22)에 의해 광 전자의 에너지 Ep마다 전자 빔(27)이 분리되고 있으므로, 전자 빔(27)의 출사구 내의 통과 위치도, 광 전자의 에너지 Ep마다 정해져 있다. 그 때문에, 에너지 슬릿(23)의 위치를 조정함으로써, 전자 빔 검출기(25)에서 검출하는 광 전자의 에너지 Ep를 선택할 수 있다. 광 전자의 에너지 Ep는, 물질 중(측정 시료(30) 중)에서의 전자의 에너지 E에 의존하므로, 에너지 슬릿(23)의 위치를 바꿈으로써, 측정 시료(30) 중에서의 에너지 E를 선택하여, 검출하는 측정 시료(30) 중의 전자를 선택할 수 있다.
한편, 광 전자의 에너지 Ep＝20kV＋Ek－STV이므로, STV의 값을 바꿈으로써, 광 전자의 에너지 Ep를 바꿀 수 있다. 따라서, STV의 값을 바꿈으로써, 전자 빔 검출기(25)에서 검출하는 광 전자의 에너지 Ep를 선택할 수 있어, 검출하는 측정 시료(30) 중의 전자를 선택할 수 있다.
제2 전자 렌즈계(24)는, 복수의 전자 렌즈로 구성되어 있고, 입사된 전자 빔(27)을 전자 빔 검출기(25)에 투영한다. 전자 빔 검출기(25)는, 2차원의 광 전자 검출기이며, 투영된 전자 빔(27)의 광 전자를 검출하고, 검출한 광 전자의 강도에 기초하여 측정 시료(30)의 화상을 생성한다. 전자 빔 검출기(25)에서는, 투영된 전자 빔(27)으로부터 화상을 생성하기 때문에, 연속해서 화상을 생성할 수 있어, 정지 화상에 한정되지 않고 동화상도 생성 가능하다. 전자 빔 검출기(25)는, 도시하지 않은 PC가 접속되어 있어, 생성된 화상을 PC에 송출하여, PC의 기억 장치에 화상을 기억시키거나, 화상을 PC의 모니터에 표시하여 전자 현미경(1)의 조작자에게 확인시키거나 할 수 있다.
이러한 전자 현미경(1)을 사용하여 측정 시료(30)를 관찰한 예를 도 3a-도 3c, 도 3d-도 3e에 나타낸다. 또한, 저항 변화 소자는, 사전에 상부 전극(33)과 하부 전극(32) 사이에, 소정의 전압을 인가하여, 필라멘트가 형성된 저저항 상태로 하고 있다. 도 3a-도 3c, 도 3d-도 3e 중의 상측의 화상은 전자 현미경(1)으로 접합부(35)를 촬상한 화상이고, 당해 화상의 하부의 도면은, 측정 시료(30)를 구성하는 물질의 상태 밀도를 나타내는 개략도이며, 횡축이 측정 시료(30)의 전자의 에너지 E이고, 종축이 전자의 강도(즉, 상태의 수)를 나타내고 있다. 도 3a-도 3c, 도 3d-도 3e의 상태 밀도를 나타내는 도면 중의 EF는 페르미 준위이며, 2개의 실선은, 광 전자로서 에너지 슬릿(23)을 통과할 수 있는 전자의 에너지 E의 대역 EB를 나타내고 있다. 실제상, 도 3a-도 3c, 도 3d-도 3e에 나타내는 이 대역 EB는, 대역 EB 내의 에너지 E의 전자가 보다 많이 에너지 슬릿(23)을 통과하는 것을 의미하고 있고, 대역 EB 밖의 에너지 E의 전자의 일부도 에너지 슬릿(23)을 통과할 수 있다. 또한, 대역 EB 밖에서는, 대역 EB의 하한 또는 상한에 가까운 에너지 E의 전자 쪽이 통과하기 쉽다. 또한, 상태 밀도의 그래프의 Cut off(컷오프)는 방출되는 광 전자의 운동 에너지가 제로가 되는 에너지이다.
도 3a는, STV를 0.3V로 하였을 때의 접합부(35)의 화상이다. 도 3a의 화상에서는, 화상 중의 좌측 상단에 있는 Pt로 이루어지는 상부 전극(33)과 접합부(35)의 경계를 관찰할 수 있고, 화상 중의 우측 하단에 무언가의 구조가 존재하고 있는 것을 확인할 수 있다. 그리고 전체적으로 휘도값이 낮은 화상으로 되어 있다. 이 경우, 도 3a 하부의 상태 밀도의 그래프에 나타내는 바와 같이, 광 전자로서 에너지 슬릿(23)을 통과할 수 있는 전자의 에너지 E의 대역 EB는, 페르미 준위 EF보다 높은 에너지에 있다. 이 대역 EB 내의 에너지 E에는, 측정 시료(30)를 구성하는 어느 물질도 상태가 존재하지 않아, 대역 EB 내의 에너지 E를 가진 전자는, 측정 시료(30) 내에는 존재하지 않는다. 그 때문에, 에너지 슬릿(23)을 통과하기 쉬운 광 전자가 없어, 전자 빔 검출기(25)에서 검출되는 광 전자가 적어, 전체적으로 휘도값이 낮은 화상으로 되어 있다.
도 3b는, STV를 0V로 하였을 때의 접합부(35)의 화상이다. 도 3b의 화상을 보면, 화면 우측 하단(도 3b 중에서 화살표로 가리키는 위치)에 휘도값이 높은 부분을 확인할 수 있다. 이것은, STV가 0.3V일 때에 관찰된 구조의 휘도값이 높아진 것이라고 생각된다. 이 경우, 대역 EB는 페르미 준위 EF 근방에 있고, 대역 EB 내에 Pt와 Ta2Ox(필라멘트)의 상태가 존재하고, 대역 EB 내의 에너지 E를 가진 전자가 Pt와 Ta2Ox에 존재하고 있다. 한편 대역 EB 내에는 Ta2O5의 상태가 없고, 대역 EB 내의 에너지 E를 가진 전자가 Ta2O5에는 없다. 그 때문에, Pt 및 Ta2Ox로부터 방출된 광 전자가 에너지 슬릿(23)을 통과하기 쉬우므로, 전자 빔 검출기(25)에서는, Pt 및 Ta2Ox로부터 방출된 광 전자의 검출량이 많고, Ta2O5로부터 방출된 광 전자의 검출량은 적다. 그 결과, 화상에서는, Pt 및 Ta2Ox의 휘도값이 높아지고, Ta2O5의 휘도값이 낮아진다. 또한, 페르미 준위 EF 근방에서는, Pt보다 Ta2Ox 쪽이, 상태 밀도가 크기 때문에, 방출되는 광 전자의 수도 많다. 그 때문에, 전자 빔 검출기(25)에서, Ta2Ox로부터 방출된 광 전자 쪽이 많이 검출되어, 화상에서는, Ta2Ox의 부분이 가장 휘도값이 높아진다. 그리고 도 3b에서 관찰된 구조는, 가장 휘도값이 높다는 점에서, Ta2Ox로 형성되어 있다고 생각되어, 필라멘트라고 생각된다.
이와 같이, 전자 현미경(1)은, 에너지 슬릿(23)을 갖고 있기 때문에, 검출하는 전자의 에너지 E를 선택할 수 있으므로, Ta2O5로 이루어지는 산화물층(34) 중에서 Ta2Ox로 이루어지는 필라멘트를 선택적으로 관찰할 수 있고, 나아가, 상부 전극(33)의 하부 산화물층(34)에 형성된 필라멘트를 관찰할 수 있어, 특정 물질을 선택적으로 비파괴로 관찰할 수 있다.
또한, STV가 0.3V일 때의 화상과 비교하면, 도 3b의 화상에서는, 화상 전체의 휘도값이 높게 되어 있다. 이것은, Pt로부터 방출된 광 전자가 에너지 슬릿(23)을 통과하기 쉬워졌으므로, 화상 내의 상부 전극(33)의 부분의 휘도값이 높아졌기 때문이라고 생각된다. 그리고 화상 중의 좌측 상단과 우측 하단에, 상부 전극(33)과 접합부(35)의 경계를 확인할 수 있다. 또한, 하부 전극(32)은, 화상 중의 좌측 하단과 우측 상단에 존재하겠지만, 에너지 슬릿(23)을 통과하는 전자가 적으므로, 화상에서는 암부로 되어 있어 확인할 수 없다. 접합부(35) 및 상부 전극(33)이 밝게 찍혀 있으므로, 하부 전극(32)과 접합부(35)의 경계는 확인할 수 있다.
도 3c는, STV를 -0.3V로 하였을 때의 접합부(35)의 화상이다. 도 3c의 화상을 보면, 상부 전극(33)의 부분의 휘도값이 높게 되어 있다. 상부 전극(33)과 접합부(35)의 경계부를 보다 확실하게 확인할 수 있게 되어 있다. 또한, 필라멘트의 휘도값이 작게 되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 접합부(35)에 복수의 입상부를 관찰할 수 있다. 이 경우, 대역 EB는 STV가 0V일 때보다 저에너지측에 있고, 대역 EB 내에 Pt와 Ta2Ox의 상태가 존재하고, 대역 EB 내의 에너지 E를 가진 전자가 Pt와 Ta2Ox에 존재하고 있다. STV가 0V일 때와 비교하면, 대역 EB 내의 상태는, Pt가 지배적이고, Pt와 비교하면 Ta2Ox의 상태는 적다. 그 때문에, 대역 EB 내의 에너지 E의 전자는, Pt 쪽에 많이 존재하고, 그 결과, 전자 빔 검출기(25)에서 Pt로부터 방출된 광 전자 쪽이 많이 검출되어, 화상에서는, Pt로 이루어지는 상부 전극(33)의 부분 휘도값이 높아지고, 필라멘트의 휘도값이 낮게 되어 있다. 또한, 입상부는, Pt로부터 방출된 광 전자가 많아짐으로써 관찰되었으므로, Pt의 가능성을 생각할 수 있다.
도 3d는, STV를 -0.5V로 하였을 때의 접합부(35)의 화상이다. 도 3d의 화상을 보면, 화상 내에서는, 상부 전극(33)(화상 중의 우측)과 하부 전극(32)(화상 중의 상부)의 휘도값이 높게 되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 필라멘트가 관찰되지 않게 되어 있다. 이 경우, 대역 EB는 STV가 -0.3V일 때보다 저에너지측에 있고, 대역 EB 내에 Pt와 TiN의 상태가 존재하고, Ta2Ox의 상태가 존재하지 않게 되어 있다. 즉, 대역 EB 내의 에너지 E를 가진 전자가 Pt와 TiN에 존재하여, Pt와 TiN으로부터 방출된 광 전자가 에너지 슬릿(23)을 통과하기 쉽게 되어 있다. 대역 EB 내의 에너지 E를 갖는 전자는, Pt와 TiN에서 동일한 정도이다. 그 때문에, 화상에서는 상부 전극(33)과 하부 전극(32)의 휘도값이 높게 되어 있다고 생각된다. 또한, 대역 EB 내에 Ta2Ox의 상태가 존재하지 않게 되었기 때문에, Ta2Ox로부터 방출된 광 전자의 검출량이 적어져, 필라멘트가 관찰되지 않게 되었다고 생각된다.
도 3e는, STV를 -1.0V로 하였을 때의 접합부(35)의 화상이다. 도 3e의 화상을 보면, 화상 내에서는, 하부 전극(32)(화상 중의 상부)의 휘도값이 높게 되어 있음을 확인할 수 있다. 이 경우, 대역 EB는 STV가 -0.5V일 때보다 저에너지측에 있고, 대역 EB 내에 TiN과 Si의 상태가 존재하고 있다. 즉, 대역 EB 내의 에너지 E를 가진 전자가 TiN과 Si에 존재하고, TiN과 Si로부터 방출된 광 전자가 에너지 슬릿(23)을 통과하기 쉽게 되어 있다. 대역 EB 내의 에너지 E를 갖는 전자는, 상태 밀도로부터 TiN이 지배적이다. 그 때문에, 화상에서는 하부 전극(32)의 휘도값이 높게 되어 있다고 생각된다.
이와 같이, 상태 밀도에 기초하여, 광 전자로서 에너지 슬릿(23)을 통과할 수 있는 전자의 에너지 E의 대역 EB가, 검출하고자 하는 특정 물질의 상태 밀도가 높은 에너지 대역이 되도록 STV를 결정함으로써, 특정 물질로부터 방출되는 광 전자의 양을 증가시켜, 당해 광 전자를 검출하기 쉽게 할 수 있어, 특정 물질을 선택적으로 관찰할 수 있다.
이상의 구성에 있어서, 전자 현미경(1)은, CW 레이저(7)를 생성하는 레이저 광원(2)과, CW 레이저(7)를 측정 시료(30)에 조사하는 조사 렌즈계(집광 렌즈(4)와 대물 렌즈(6))와, CW 레이저(7)에 의해 측정 시료(30)로부터 방출된 광 전자를 에너지 Ep마다 분리하는 에너지 분석기(22)와, 소정의 에너지 Ep의 광 전자를 통과시키는 에너지 슬릿(23)과, 에너지 슬릿(23)을 통과한 광 전자를 검출하는 전자 빔 검출기(25)와, 측정 시료(30)로부터 방출된 광 전자를 에너지 분석기(22)에 집속시키는 제1 전자 렌즈계(21)와, 에너지 슬릿(23)을 통과한 광 전자를 전자 빔 검출기(25)에 투영하는 제2 전자 렌즈계(24)를 구비하도록 구성하였다.
따라서, 전자 현미경(1)은, 소정의 에너지 Ep의 광 전자를 통과시키는 에너지 슬릿(23)을 구비하고, 에너지 슬릿(23)을 통과한 광 전자를 전자 빔 검출기(25)에서 검출하기 때문에, 전자 빔 검출기(25)에서 검출하는 전자의 에너지 E를 선택할 수 있어, 특정 물질을 선택적으로 관찰할 수 있다. 그 때문에, 전자 현미경(1)은, 측정 시료(30)의 최표층의 상부 전극(33)보다 하부에 존재하는 산화물층(34)의 필라멘트도 상부 전극(33)을 파괴하는 일 없이 관찰할 수 있어, 비파괴로 관찰할 수 있다.
또한, 전자 현미경(1)은, 에너지 슬릿(23)을 통과한 광 전자를, 제2 전자 렌즈계(24)에 의해 전자 빔 검출기(25)에 투영하여 검출하도록 하고 있으므로, 주사 하는 일 없이 한 번에 측정 영역 전체를 관찰할 수 있고, 연속해서 측정 시료(30)를 관찰할 수 있다. 따라서, 측정 시료(30)가 상술한 바와 같은 저항 변화 소자인 경우, 필라멘트가 형성되어 있지 않은 저항 변화 소자에 대해, 상부 전극(33)과 하부 전극(32) 사이에 전압을 인가하면서 전자 현미경(1)으로 산화물층(34)을 관찰함으로써, 필라멘트가 형성되는 모습을 관찰할 수 있다.
(2) 다른 실시 형태
상기한 실시 형태에서는, 측정 시료(30)에 대해 수직으로 CW 레이저(7)를 조사하여, 측정 시료(30)로부터 방출된 광 전자에 의한 전자 빔(27)의 패스를 빔 세퍼레이터(5)에 의해 CW 레이저(7)의 패스와 분리한 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 전자 현미경(1)은, 빔 세퍼레이터(5)를 구비하고 있지 않아도 된다. 예를 들어, 광 전자를 측정 시료(30)에 대해 수직 방향으로 방출시켜 광 전자를 검출하는 경우는, 측정 시료(30)의 수직 방향에 대해, CW 레이저(7)의 패스가 소정 각도(예를 들어 45도) 기울어지도록 레이저 광원(2)을 배치하여, CW 레이저(7)를 측정 시료(30)에 조사하도록 한다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 스테이지(11)에 전원(14)을 접속하여, 측정 시료(30)에 대해 부의 전압을 인가하고, 측정 시료(30)와 빔 세퍼레이터(5) 사이에 전계를 발생시켜 광 전자가 방출되기 쉽게 한 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 1과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙인 도 4에 나타내는 전자 현미경(40)과 같이, 제1 전자 렌즈계(21)에 전원(14)의 정극측을 접속하고, 부극측을 그라운드(G)에 접지하여, 제1 전자 렌즈계(21)에 정의 전압을 인가하고, 제1 전자 렌즈계(21)를 정의 전압으로 대전시켜, 측정 시료(30)와 빔 세퍼레이터(5) 사이에 전계를 발생시켜, 측정 시료(30)로부터 광 전자가 방출되기 쉽게 해도 된다. 이 경우, 에너지 조정 기구(13)도 그라운드(G)에 접지한다. 측정 시료(30)가 아닌 제1 전자 렌즈계(21)측에 전압을 인가시키도록 함으로써, 측정 시료(30)에 전압을 인가하지 않아도 되므로, 공업 이용상 유리하다. 또한, 빔 세퍼레이터(5)에 전원(14)을 접속하여 빔 세퍼레이터(5)에 전압을 인가하도록 해도 된다.
또한 상기한 실시 형태에서는, 에너지 슬릿(23)이 고정되어 있는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 도 4에 나타내는 전자 현미경(40)과 같이 에너지 슬릿(23)에 슬릿 이동 기구(29)를 마련하여, 에너지 슬릿(23)의 위치를 이동시켜, 에너지 슬릿(23)을 통과하는 전자의 에너지 대역 EB를 바꾸도록 해도 된다.
(3) 전자 현미경의 용도
상기에서는, 전자 현미경(1)에 의해, 측정 시료(30)로서의 저항 변화 소자를 관찰하여, 상부 전극(33)과 하부 전극(32) 사이의 산화물층(34)에 형성된 필라멘트를 관찰할 수 있어, 저항 변화 소자의 저항 상태를 가시화할 수 있는 것을 설명하였다. 이것은, 전자의 에너지가 페르미 준위 근방에서, 상부 전극을 구성하는 Pt, 산화물층(34)을 구성하는 Ta2O5보다, 산화물층(34)에 형성된 필라멘트를 구성하는 Ta2Ox 쪽이, 상태 밀도가 커, 전자 빔 검출기(25)에서 검출되는 광 전자의 강도가 높기 때문이다. 그 때문에, 페르미 준위 근방의 에너지 전자를 중심에 통과시키는 에너지 슬릿(23)을 마련함으로써, Ta2Ox로부터 방출된 광 전자를 선택적으로 검출할 수 있다. 이와 같이, 전자 현미경(1)은, 소정의 전자의 에너지로, 상태 밀도가 다른 물질보다 큰 물질을 선택적으로 관찰할 수 있으므로, 이 성질을 이용하여, 다른 용도에도 사용할 수 있다.
예를 들어, 상 변화 메모리(Phase Change Memory: PCM)를 구성하는 상 변화 소자의 저항 상태를 가시화할 수 있다. 상 변화 소자는, 예를 들어 칼코게나이드 합금 등의 상 변화 재료가 결정 상태(저저항 상태)와 비결정 상태(고저항 상태)에서 저항값이 다른 것을 이용하여 정보를 기억하는 소자이다. 상 변화 소자는, 상 변화 재료로 이루어지는 층을 상부 전극과 하부 전극 사이에 끼워, 상부 전극과 하부 전극 사이에 전류를 흐르게 함으로써 발생하는 줄열에 의해 저항 상태를 변화시킨다. 상 변화 재료에서는, 결정 상태와 비결정 상태에서, 일함수 및 페르미 준위 근방에서의 상태 밀도가 달라, 광 전자의 방출량이 다르다. 그 때문에, 페르미 준위 근방의 에너지 전자를 중심에 통과시키도록 에너지 슬릿(23)이나 STV를 설정하고, 전자 현미경(1)을 사용하여 저항 변화 소자를 관찰하면, 결정 상태를 선택적으로 관찰할 수 있어, 결정 상태와 비결정 상태의 변화를 가시화할 수 있다. 또한, 상부 전극과 하부 전극 사이에 전압을 인가하여, 결정 상태와 비결정 상태 사이의 변화를 연속적으로 관찰하는 것도 가능하다.
또한, 자기 랜덤 액세스 메모리를 구성하는 자기 저항 소자의 평가에 전자 현미경(1)을 사용할 수 있다. 자기 저항 소자는, 강자성층, 절연층, 강자성층의 3층 구조로 되어 있다. 자기 저항 소자는, 한쪽의 강자성층이 고정층으로서 자화 방향이 고정되어 있고, 다른 쪽의 강자성층이 프리층으로서 자화 방향이 외부 자장이나 스핀 토크 등에 의해 변화되도록 이루어져 있다. 자기 저항 소자는, 고정층과 프리층의 자화 방향이 평행일 때, 저항이 낮고, 고정층과 프리층의 자화 방향이 반평행일 때, 저항이 높다는 성질을 이용하여, 정보를 기억하는 소자이다.
전자 현미경(1)은, 이러한 자기 저항 소자의 프리층(예를 들어, Fe 에피택셜막)의 자구 구조를 가시화할 수 있다. 이 경우, 전자 현미경(1)에서는, 자화의 배향에 따라, 좌원 편광의 레이저를 조사하였을 때에 방출되는 광 전자의 양과, 우원 편광의 레이저를 조사하였을 때에 방출되는 광 전자의 양이 다른 것을 이용하여, 자구 구조를 가시화한다. 구체적으로는, 측정 시료(30)로서의 자기 저항 소자에 조사하는 CW 레이저(7)를 파장판(3)에 의해, 좌원 편광과 우원 편광으로 전환하여 각각 관찰하고, 얻어진 2개의 화상의 강도의 차분을 얻음으로써 자성 정보만을 추출하여, 자구 구조를 가시화한다. 이 경우, 전자 현미경(1)은, 에너지 슬릿(23)을 갖고 있으므로 전자 렌즈의 색수차를 저감하여 높은 분해능으로 측정할 수 있다. 이 경우, 고정층, 절연층의 하부에 프리층이 있는 경우도 관찰 가능하다.
또한, 전자 현미경(1)에서는, 자기 저항 소자의 절연층의 결함을 검출하는 것이 가능하다. 절연층의 결함 부분은, 절연층의 다른 부분과 비교하여 페르미 준위 근방의 상태 밀도가 크기 때문에, 페르미 준위 근방의 에너지 전자를 중심에 통과시키도록, 에너지 슬릿(23)이나 STV를 설정함으로써, 절연층으로부터 방출된 광 전자보다 결함 부분으로부터 방출된 광 전자의 검출 강도를 높여, 절연체 중의 금속 부분을 선택적으로 관찰할 수 있다. 따라서, 전자 현미경(1)은, 자기 저항 변화 소자의 절연층의 결함을 검출할 수 있다. 또한, 자기 저항 소자의 고정층과 프리층에 전압을 인가하면서, 자기 저항 소자를 관찰함으로써, 절연 파괴에 의한 결함의 형성을 관찰할 수도 있다.
또한, 전자 현미경(1)은, NAND-Flash의 커패시터층의 결함 검사에 사용할 수 있다. NAND-Flash에서는, 결정 결함이 있는 부분이 그 외의 부분에 비해 페르미 준위의 상태 밀도가 크다. 그 때문에, 페르미 준위 근방의 에너지 전자를 중심에 통과시키도록 에너지 슬릿(23)이나 STV를 설정함으로써, 결정 결함 이외의 부분으로부터 방출된 광 전자보다 결정 결함으로부터 방출된 광 전자의 검출 강도를 높여, 커패시터층 중의 결정 결함을 선택적으로 관찰할 수 있다. 따라서, 전자 현미경(1)은, NAND-Flash의 커패시터층의 결정 결함을 검출할 수 있다. 또한, NAND-Flash를 통전하면서, NAND-Flash의 커패시터층을 관찰하고, 커패시터층의 결정 결함을 관찰하는 것도 가능하다.
또한, 유리 중에 형성된 금속 마스크의 구조의 검사에도 전자 현미경(1)을 사용할 수 있다. 유리 중의 금속 마스크 부분은 유리 부분에 비해 페르미 준위의 상태 밀도가 크다. 그 때문에, 페르미 준위 근방의 에너지 전자를 중심에 통과시키도록 에너지 슬릿(23)이나 STV를 설정함으로써, 유리로부터 방출된 광 전자보다 금속 마스크로부터 방출된 광 전자의 검출 강도를 높여, 유리 중의 금속 마스크를 선택적으로 관찰할 수 있다. 따라서, 전자 현미경(1)은, 유리 중에 형성된 금속 마스크의 구조를 검사할 수 있다.
또한, 전자 현미경(1)은, 절연성 재료(예를 들어, low-k) 내의 금속 배선(예를 들어, Cu)을 검사할 수 있다. 절연성 재료 중의 금속 배선은 절연성 재료에 비해 페르미 준위의 상태 밀도가 크다. 그 때문에, 페르미 준위 근방의 에너지의 전자를 중심에 통과시키도록 에너지 슬릿(23)이나 STV를 설정함으로써, 절연성 재료로부터 방출된 광 전자보다 금속 배선으로부터 방출된 광 전자의 검출 강도를 높여, 절연성 재료 내의 금속 배선을 선택적으로 관찰할 수 있다. 따라서, 전자 현미경(1)은, 절연성 재료 내의 금속 배선을 검사할 수 있다.
1: 전자 현미경
2: 레이저 광원
7: CW 레이저
13: 에너지 조정 기구
14: 전원
21: 제1 전자 렌즈계
22: 에너지 분석기
23: 에너지 슬릿
24: 제2 전자 렌즈계
25: 전자 빔 검출기
27: 전자 빔

Claims (10)

  1. CW 레이저를 생성하는 레이저 광원과,
    상기 CW 레이저를 측정 시료에 조사하는 조사 렌즈계와,
    상기 CW 레이저에 의해 상기 측정 시료로부터 방출된 광 전자를 에너지별로 분리하는 에너지 분석기와,
    소정의 상기 에너지의 상기 광 전자를 통과시키는 에너지 슬릿과,
    상기 에너지 슬릿을 통과한 상기 광 전자를 검출하고, 검출한 상기 광 전자의 강도에 기초하여 상기 측정 시료의 화상을 생성하는 전자 빔 검출기와,
    상기 측정 시료로부터 방출된 상기 광 전자를 상기 에너지 분석기에 집속시키는 제1 전자 렌즈계와,
    상기 에너지 슬릿을 통과한 상기 광 전자를 상기 전자 빔 검출기에 투영하는 제2 전자 렌즈계
    를 구비하고,
    상기 에너지 슬릿에는, 상기 에너지 슬릿의 위치를 이동시켜, 상기 에너지 슬릿을 통과하는 상기 광 전자의 상기 에너지의 대역을 바꾸기 위한 슬릿 이동 기구가 마련되어 있는, 전자 현미경.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CW 레이저의 에너지와 상기 측정 시료의 일함수의 차가 0 내지 0.5eV인
    전자 현미경.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 측정 시료에 소정 전압을 인가하여, 상기 광 전자의 상기 에너지를 조정하는 에너지 조정 기구를 구비하는
    전자 현미경.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에너지 조정 기구는, 상기 측정 시료의 상태 밀도에 기초하여 상기 측정 시료에 인가하는 소정 전압을 결정하는
    전자 현미경.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측정 시료로부터 상기 광 전자를 방출하기 쉽게 하는 전압을 인가하는 전원을 구비하는
    전자 현미경.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전원은, 상기 제1 전자 렌즈계를 정의 전압으로 대전시켜, 상기 측정 시료에서 발생한 상기 광 전자를 상기 제1 전자 렌즈계에 인입하는
    전자 현미경.
  7. 레이저 광원에서 생성된 CW 레이저를 측정 시료에 조사하는 조사 공정과,
    제1 전자 렌즈계를 이용하여, 상기 CW 레이저에 의해 상기 측정 시료로부터 방출된 광 전자를 에너지 분석기에 집속하는 집속 공정과,
    상기 에너지 분석기를 사용하여 상기 광 전자를 에너지별로 분리하는 분리 공정과,
    분리한 상기 광 전자를 에너지 슬릿에 조사하여, 소정의 상기 에너지의 상기 광 전자를 선택하는 선택 공정과,
    제2 전자 렌즈계를 이용하여, 상기 에너지 슬릿을 통과한 상기 광 전자를 전자 빔 검출기에 투영하는 투영 공정과,
    상기 전자 빔 검출기에 투영된 상기 광 전자를 검출하고, 검출한 상기 광 전자의 강도에 기초하여 상기 측정 시료의 화상을 생성하는 검출 공정
    을 갖고,
    상기 선택 공정에서는, 상기 에너지 슬릿에 마련된 슬릿 이동 기구에 의해, 상기 에너지 슬릿의 위치를 이동시켜, 상기 에너지 슬릿을 통과하는 상기 광 전자의 상기 에너지의 대역을 바꾸는, 측정 시료의 관찰 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 CW 레이저의 에너지와 상기 측정 시료의 일함수의 차가 0 내지 0.5eV인
    측정 시료의 관찰 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 측정 시료에 전압을 인가하는 전압 인가 공정을 구비하고, 상기 측정 시료의 상태 밀도에 기초하여 상기 전압을 결정하는
    측정 시료의 관찰 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    전원을 이용하여, 상기 제1 전자 렌즈계에 정의 전압을 인가하여, 상기 측정 시료에서 발생한 상기 광 전자를 상기 제1 전자 렌즈계에 인입하는 공정을 갖는,
    측정 시료의 관찰 방법.
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