(57)【要約】【課題】ＥＥＬＳスペクトル測定時に必要な煩雑なエネルギー校正の手順を簡便にし、その精度を向上させる。【解決手段】試料９を透過した電子線１２の光路上に組成が既知である標準物質１６を薄膜状にしたものを着脱可能に配することにより、試料９のＥＥＬＳスペクトルと標準物質１６のスペクトルを重ね合わせた形でＥＥＬＳスペクトルを取得する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生させる電子銃部と、試料を保持する試料ステージと、前記電子銃部から発生した電子線を収束し偏向して前記試料ステージに保持された試料上の所望位置に照射する照射系と、対物レンズを備え試料の拡大像を形成する結像系と、試料を透過した電子線のエネルギー損失スペクトルを測定するための電子線分光器とを備える電子顕微鏡において、
前記対物レンズと前記電子線分光器との間の光路上に標準試料として組成が既知の薄膜を設置し、試料と前記標準試料の電子線エネルギー損失分光スペクトルを同時に取得することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項２】
請求項１記載の電子顕微鏡において、前記標準試料を制限視野絞り位置に設置することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電子顕微鏡において、少なくとも１対の同径の空孔を有し一方の空孔に前記標準試料として用いる薄膜を張り付けたホールダを、光軸上に挿入したことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項４】
請求項１又は２記載の電子顕微鏡において、前記標準試料を透過電子顕微鏡観察用試料グリッドに保持したことを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項５】
請求項１又は２記載の電子顕微鏡において、前記標準試料はホールダ上に配置した複数の標準試料のうちの１つを選択して使用することを特徴とする電子顕微鏡。
【請求項６】
請求項１又は２記載の電子顕微鏡において、前記対物レンズと前記電子線分光器との間の光路上に標準試料として組成が既知の複数種類の薄膜を同時に設置したことを特徴とする電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子顕微鏡に付属の電子線エネルギー損失分光分析（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ    Ｌｏｓｓ    Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＥＬＳ）装置を用いて試料の組成分析を行う際の分析精度向上手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子顕微鏡を用いて電子線プローブを薄膜試料に照射すると、試料を構成する原子を照射電子がイオン化する（非弾性散乱）。その際に原子種に特有のエネルギーを入射電子は損失する。この電子線を分光することにより、縦軸が電子強度で横軸が損失エネルギーである電子線エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ）スペクトルが得られ、そのスペクトルの特定の損失値にピークが形成される。そのスペクトルのピークが示す損失エネルギー値は原子種に特有の値を持つことから定性分析を行うことが可能である。また、ピークの形状からは結合状態に関する情報が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近では電子顕微鏡で電子線を細く絞り、直径１ｎｍ程度の試料の領域からＥＥＬＳスペクトルを測定することがルーチン化している。試料の極微小な領域からＥＥＬＳスペクトルを得ても、そこに既知の物質が存在しないためにスペクトルの損失エネルギーの校正が困難であることが頻繁に生じるようになってきた。
【０００４】
従来は試料のＥＥＬＳスペクトルのエネルギー校正のため、試料測定後、試料の代わりに組成が既知である物質に交換してＥＥＬＳスペクトルを取得し、そのＥＥＬＳスペクトルから試料のスペクトルの損失エネルギーの校正を行っており、煩雑な操作が必要であった。その間の時間的経過により測定条件が変化することもあった。また、分光スペクトルの分散を変えるたびや、測定エネルギー範囲が変わるたびに損失エネルギーの校正が必要であった。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、ＥＥＬＳスペクトル測定時に必要な煩雑なエネルギー校正の手順を簡便にし、その精度を向上させることを目的とする。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５８−１７８９４８号公報
【特許文献２】
特開平７−２１９６７号公報
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、試料を透過した電子線の光路上でレンズの像面に組成が既知である標準物質を薄膜状にしたものを着脱可能に配し、試料のＥＥＬＳスペクトルと標準物質のスペクトルを重ね合わせた形でＥＥＬＳスペクトルを取得することにより損失エネルギー校正を行うことで、前記目的を達成する。
【０００７】
すなわち、本発明による電子顕微鏡は、電子線を発生させる電子銃部と、試料を保持する試料ステージと、電子銃部から発生した電子線を収束し偏向して試料ステージに保持された試料上の所望位置に照射する照射系と、対物レンズを備え試料の拡大像を形成する結像系と、試料を透過した電子線のエネルギー損失スペクトルを測定するための電子線分光器とを備える電子顕微鏡において、対物レンズと電子線分光器との間の光路上に標準試料として組成が既知の薄膜を設置し、試料と標準試料の電子線エネルギー損失分光スペクトルを同時に取得することを特徴とする。標準試料は、制限視野絞り位置に設置するのが好ましい。
【０００８】
標準試料の設置は、少なくとも１対の同径の空孔を有し一方の空孔に前記標準試料として用いる薄膜を張り付けたホールダを、光軸上に挿入することによって行うことができる。標準試料は、透過電子顕微鏡観察用試料グリッドに保持してもよい。標準試料は、ホールダ上に配置した複数の標準試料のうちの１つを選択して使用するようにしてもよい。また、対物レンズと電子線分光器との間の光路上に標準試料として組成が既知の複数種類の薄膜を同時に設置してもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による分析電子顕微鏡の一例を示す縦断面模式図である。
電子銃１で発生した電子線２は、陽極３に向かって高圧電源４より供給される加速電圧により所望の加速電圧に加速され、照射系レンズ駆動電源５によって駆動される照射系レンズ６と、対物レンズ駆動電源７により駆動される対物レンズ８により収束され、薄膜状試料９（以下試料９）に照射される。このとき電子線偏向コイル駆動電源１０で駆動される電子線偏向コイル１１により試料９上の分析希望箇所に電子線２を照射する。
【００１０】
試料９を透過した透過電子１２は対物レンズ８で拡大され、拡大像１３が結像系レンズ駆動電源１４により駆動される第１投射レンズ１５と対物レンズ８の間に形成される。通常はこの拡大像１３が形成されている場所に制限視野絞りが置かれている。電子線２が照射している領域全体の情報を持った電子線回折像が試料９と拡大像１３の間に形成されているが、拡大像１３の位置において制限視野絞りで測定希望領域だけを電子線が通るようにすると、電子線照射領域全体の情報を持った電子線回折像から制限視野絞りで選択した拡大像の領域の電子線回折像を抜き出すことが可能である。
【００１１】
電子線２が試料９を透過する際に、試料９を構成する原子によりエネルギー損失が起こり、特定のエネルギーを損失した電子線１２も拡大像１３の形成に参加している。この対物レンズ８による拡大像１３と第１投射レンズ１５の物面が一致しており、対物レンズの８の拡大像１３を第１投射レンズ１５が更に拡大している。この拡大像１３が形成されている像面に、非晶質炭素の薄膜からなる標準試料１６を標準試料ホールダ１７に装填し挿入する。
【００１２】
図２は標準試料ホールダの先端の形状の一例を示す模式図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）はそのＡＡ′断面図である。試料ホールダ１７先端部はＭｏ製の厚さ約１００μｍの板からなり、その板に直径３ｍｍ、１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１ｍｍの４つの空孔が２列に設けられている。一方の列の空孔には厚さ約１００ｎｍの非晶質炭素の膜が張られており、この非晶質炭素の膜が標準試料１６となる。試料ホールダ１７先端部に用意されている４種類の空孔または標準試料１６はそれぞれ制限視野絞りの役目を兼ね備えており、どの領域のＥＥＬＳスペクトルを取得するかによってどの孔径を選択するかが選択される。図２に示した試料ホールダ１７において、４つの異なる孔径の空孔を設けたのは、測定する試料上の領域の大小に応じて穴径を選択できるようにするためであり、空孔の径は４種類とは限らず、４種類より多くても少なくても構わない。
【００１３】
標準試料ホールダ１７は光軸に対して水平方向に可動で、真空外より光軸上への出し入れ操作が可能である。拡大像１３の像面位置に標準試料１６を挿入することにより、試料９でエネルギー損失を受けた電子線も含んで拡大像１３を形成している電子線１２が更に標準試料１６を透過する時に非晶質炭素を励起するため、エネルギー損失が再びおこる。すなわちこの配置によると、試料９と標準試料１６の実際の設置位置は異なるが、電子光学的には両者を同一位置に設置したことと同値である。
【００１４】
標準試料１６を透過した電子線は、結像系レンズ１８により調整され、電子線分光器１９に入射する。透過電子線１２は電子線分光器１９のセクタ駆動電源２０により駆動されるセクタコイル２１の磁場により軌道を９０°曲げられる。透過電子１２のうち試料９と標準試料１６を透過する間に弾性散乱しエネルギー損失をしなかった電子線２２は加速電圧のエネルギーをそのまま保持しているので電子線分光器１９の中で最も外側の軌道を通り蛍光体検出器２３に入射する。非弾性散乱によりエネルギーを損失した電子線２４はエネルギーが弾性散乱電子よりも小さいために軌道を大きく曲げられるので電子線分光器１９の中で内側に結像するため、図３に示すようなＥＥＬＳスペクトルを蛍光体検出器２３上で形成する。ＥＥＬＳスペクトルは蛍光体検出器２３の裏側に配されたフォトダイオードアレイ２５により電気信号に変えられ、増幅器２６により増幅されたのちＥＥＬＳ制御部２７に送られＣＲＴ２８に表示される。
【００１５】
図４は、図１に示した分析電子顕微鏡によって計測したＥＥＬＳスペクトルの模式図である。図２に示す先端部を持った標準試料ホールダ１７の非晶質炭素薄膜が貼ってある孔を電子線が通るように位置調整すると、図４に示すＥＥＬＳスペクトルａが得られる。このＥＥＬＳスペクトルａに現れる炭素ピークのエネルギー損失値が２８４ｅＶであることを利用して、同一ＥＥＬＳスペクトル上の他のピークの損失エネルギー値を校正する。何らかの理由で試料単独のＥＥＬＳスペクトルを取得する場合には、ＥＥＬＳスペクトルａを取得後ただちに同一測定条件で、標準試料ホールダ１７の位置調整を行い、電子線が標準試料ホールダ１７の非晶質炭素の薄膜が張られていない空孔を通るようにする。こうして、図４に示すＥＥＬＳスペクトルｂを得る。
【００１６】
図５は、本発明による標準試料ホールダ先端部の他の例を示す平面模式図である。この例の標準試料ホールダは、ホールダ先端に径の異なる空孔をそれぞれ３個ずつ設け、それぞれの径について１個の空孔には非晶質炭素薄膜を張り付け、他の１個の空孔には非晶質窒化珪素薄膜を張り付け、残りの１個の空孔は何も張り付けないでそのままとしたものである。図５に示す標準試料ホールダを用いると、先端部を交換することなしに孔の選択のみで別の標準試料を用いることができ、標準試料として炭素の２８４ｅＶが必要な場合にも、標準試料として更に高損失エネルギーである窒素の４０２ｅＶが必要な場合にも対応できる。
【００１７】
図６は、本発明による標準試料ホールダ先端部の他の例を示す平面模式図である。本例の標準試料ホールダ先端部は、１つの空孔に２種類の標準試料薄膜を貼りつけたものであり、２つの標準試料のエネルギー損失ピークを同時に得ることができる。例えば標準試料として非晶質炭素膜と酸化マンガン薄膜を用いると、図７に示すように、ＥＥＬＳスペクトルに炭素の２８４ｅＶとマンガンの６４０ｅＶのエネルギー損失ピークが同時に得られる。従って、炭素とマンガンの２つのピークの損失エネルギー値が既知であることを利用して測定スペクトルのエネルギー校正を行い、測定試料のＥＥＬＳスペクトル上の未知ピークの損失エネルギー値の校正を行うことができる。
【００１８】
図８、図９を用いて、本発明による標準試料ホールダの更に他の例を説明する。図８は標準試料ホールダ先端部のメッシュ張り付け部の模式図であり、図９はそれにメッシュを貼り付けた状態を示す模式図である。
組成が既知の既存の透過電子顕微鏡試料を標準試料として用いる場合は損失エネルギー校正用の標準試料を作製する必要がないため、図８に示したような先端部をもつ標準試料ホールダを使用する。通常の透過電子顕微鏡試料用メッシュは直径３ｍｍで厚さは２０〜５０μｍである。このメッシュが入るよう標準試料ホールダ先端部に直径約３．２ｍｍで深さ約１００μｍでザグリを入れてある。このザグリの中に標準試料として用いる透過電子顕微鏡試料が載ったメッシュを入れ、図９に示したようにメッシュの端部をカーボンペーストで標準試料ホールダ先端部に接着固定し、前述の方法で測定を行う。本実施例によると、標準試料として既存の透過電子顕微鏡試料を用いることにより標準試料を作製することが不要となる。
【００１９】
図１０は、本発明による分析電子顕微鏡の他の例を示す縦断面模式図である。電子銃１で発生した電子線２は、陽極３に向かって高圧電源４より供給される加速電圧により所望の加速電圧に加速され、照射系レンズ駆動電源５によって駆動される照射系レンズ６と、対物レンズ駆動電源７により駆動される対物レンズ８により収束され、薄膜状試料９（以下試料９）に照射される。このとき電子線偏向コイル駆動電源１０で駆動される電子線偏向コイル１１により試料９上の分析希望箇所に電子線２を照射する。試料９を透過した透過電子１２は対物レンズ８で拡大され、拡大像１３が結像系レンズ駆動電源１４により駆動される第１投射レンズ１５と対物レンズ８の間に形成される。電子線２が試料９を透過する際に、試料９を構成する原子によりエネルギー損失が起こり、特定のエネルギーを損失した電子線１２も拡大像１３の形成に参加している。この対物レンズ８による拡大像１３と第１投射レンズ１５の像面が一致しており、対物レンズの８の拡大像を１３を第１投射レンズ１５が更に拡大している。第２投射レンズ２９との間に第１投射レンズ１５による拡大像３０が同様に形成される。
【００２０】
この拡大像３０が形成されている像面に、非晶質炭素の薄膜からなる標準試料１６を標準試料ホールダ３１に装填し挿入する。標準試料ホールダ３１は光軸に対して垂直方向を軸に回転可能で、真空外から操作して回転させることで、光軸上に対して挿入または軸外へ退避する。
【００２１】
この位置で標準試料１６を挿入することにより、試料９でエネルギー損失を受けた電子線も含んで拡大像３０を形成している電子線１２が更に標準試料１６を透過する時に非晶質炭素を励起するため、エネルギー損失が再びおこる。このことは、試料９と標準試料１６の実際に設置されている位置は異なるが、電子光学的には同一位置に設置したことと同値であることを意味する。その後これらの電子線は結像系レンズ１８により調整され、電子線分光器１９に入射し、前述の実施例と同様にＥＥＬＳスペクトルの取得が行われる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、測定試料と標準試料の入れ替えが不要になり、煩雑な損失エネルギー校正が簡便になる。また、測定試料のＥＥＬＳスペクトルに標準試料のスペクトルが完全に重なることから校正精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による分析電子顕微鏡の一例を示す縦断面模式図。
【図２】標準試料ホールダの先端の形状の一例を示す模式図。
【図３】ＥＥＬＳスペクトルの模式図。
【図４】本発明の分析電子顕微鏡によって計測したＥＥＬＳスペクトルの模式図。
【図５】本発明による標準試料ホールダ先端部の他の例を示す平面模式図。
【図６】本発明による標準試料ホールダ先端部の他の例を示す平面模式図。
【図７】本発明の分析電子顕微鏡によって計測したＥＥＬＳスペクトルの他の例の模式図。
【図８】標準試料ホールダのメッシュ張り付け部の模式図。
【図９】標準試料ホールダへメッシュを貼り付けた状態を示す図。
【図１０】本発明による分析電子顕微鏡の他の例を示す縦断面模式図。
【符号の説明】
１：電子銃、２：電子線、３：陽極、４：高圧電源、５：照射系レンズ駆動電源、６：照射系レンズ、７：対物レンズ駆動電源、８：対物レンズ、９：薄膜試料、１０：電子線偏向コイル駆動電源、１１：電子線偏向コイル、１２：透過電子、１３：拡大像、１４：結像系レンズ駆動電源、１５：第１投射レンズ、１６：標準試料（非晶質炭素薄膜）、１７：標準試料ホールダ、１８：結像系レンズ、１９：電子線分光器、２０：セクタ駆動電源、２１：セクタ、２２：弾性散乱電子、２３：蛍光体検出器、２４：非弾性散乱電子、２５：フォトダイオードアレイ、２６増幅器、２７：ＥＥＬＳ制御部、２８：ＣＲＴ、２９：第２投射レンズ、３０：拡大像、３１：標準試料ホールダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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