(57)【要約】【目的】フィラメントを用いて高真空中の試料を加熱する場合、フィラメント近傍に負電位を印加した反射板を配置したことで、フィラメントから出る熱電子及び輻射熱を、フィラメントの試料対面側のみならず、反射板の反射により試料背面側のからも、試料台に照射することができる。このため効率的に加熱することができ、また、試料台以外の周辺部に照射する熱電子及び熱が減少するため、周囲の温度が上昇することがない。【構成】真空中で試料を加熱する試料ホルダであって、前記試料に熱電子及び輻射熱を放出する加熱手段と、負電位が印加され前記熱電子及び輻射熱を反射する反射手段とを備え、前記加熱手段から放出された前記熱電子及び輻射熱を前記反射手段で反射して前記試料を加熱する試料ホルダ。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中で試料を加熱する試料ホルダであって、
前記試料に熱電子及び輻射熱を照射する加熱手段と、
負電位が印加され前記熱電子及び輻射熱を反射する反射手段と、
を備え、前記加熱手段から放出された前記熱電子及び輻射熱を前記反射手段で任意の方向に反射して前記試料を加熱する試料ホルダ。
【請求項２】
請求項１に記載した試料ホルダにおいて、
前記試料を一側に置載したアース電位の試料保持板を備え、
負電位に印加された前記加熱手段が前記試料保持板の他側下方に位置し、
前記反射手段から反射された前記熱電子及び輻射熱が前記試料保持板の他側を照射することを特徴とする試料ホルダ。
【請求項３】
請求項２に記載した試料ホルダにおいて、
前記反射手段の負電位を遮断する遮断手段と、
前記加熱手段の負電位を遮断する遮断手段と、
を備えることを特徴とする試料ホルダ。
【請求項４】
前記試料に１次線を照射する照射手段と、
前記１次線照射によって前記試料から放出された電子を検出する検出手段と、
を備えた電子分光装置において、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載した試料ホルダを備えたことを特徴とする電子分光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、真空中で試料の微細領域の観察を行う試料観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光電子分光装置は、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。この電子は光をあてると出て来る電子なので光電子と呼ばれる。この際得られたエネルギー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。走査電子顕微鏡は、真空中の試料に電子ビームを走査して照射し、試料から出た２次電子を同期して検出することにより試料の微小な表面形状を観察する装置である。走査形プローブ顕微鏡は、探針を金属、半導体等の試料表面に接近させ、探針と試料表面に生ずるトンネル電流や原子間力等が一定になるよう試料表面をなぞることにより原子レベルの表面形状及び物性を測定する顕微鏡である。
【０００３】
これらの光電子分光装置、走査形プローブ顕微鏡及び走査型電子顕微鏡等の試料観察装置において、例えばシリコンの組織の観察を行う場合、６００乃至１０００度に加熱し、組織の変化を０．１秒毎に記録して観察を行うことがある。また、組織の整ったシリコンを観察するため、試料を高温に加熱してアニールを行う場合がある。
【０００４】
従来、試料観察装置において、試料の表面を加熱して観察・分析する場合、フィラメントを試料近傍に配置し、フィラメントから放出される輻射熱又は熱電子を用いて加熱していた。図４は従来技術の加熱方式の模式図である。試料台３には試料２が置載されており、下方にフィラメント１３が配置されている。
【０００５】
しかし、加熱手段にタングステンのフィラメント１３を使用する場合、加熱温度とフィラメント１３に通電する電流量は比例しているので、高温領域まで加熱するためには電流量を増やす必要がある。このためフィラメント１３の消耗や断線が発生する。これを解決するために、フィラメント１３に負電位を印加し、アース電位である試料台３へ電子を加速して照射し、電子衝撃による高温加熱を得る方法がある。この場合、フィラメント１３から発生した熱電子１６は試料台３以外のアース電位を持つ周辺部品にも照射・加熱され、試料室内の温度を上昇させるという問題があった。
【０００６】
また、試料２近傍にフィラメント１３を配置するのみでは、フィラメント１３の試料側から放出される輻射熱２１又は熱電子１６は試料台３に到達するが、フィラメント１３の試料反対側から放出される輻射熱２１又は熱電子１６は試料台３に到達せず加熱効率が悪かった。
【０００７】
なお、従来技術として、フィラメントから発生した熱電子を用いて試料をクリーニングする装置がある（例えば、特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２３１９３６
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、真空中の試料を加熱する場合、加熱手段より放出された熱及び熱電子を試料に集中させることにより、効率良く加熱するとともに、試料室内の温度上昇を抑えることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、真空中で試料を加熱する試料ホルダであって、前記試料に熱電子及び輻射熱を照射する加熱手段と、負電位が印加され前記熱電子及び輻射熱を反射する反射手段とを備え、前記加熱手段から放出された前記熱電子及び輻射熱を前記反射手段で反射して前記試料を加熱することを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明の試料ホルダにおいて、前記試料を一側に置載したアース電位の試料保持板を備え、負電位に印加された前記加熱手段が前記試料保持板の他側下方に位置し、前記反射手段から反射された前記熱電子及び輻射熱が前記試料保持板の他側を照射することを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明の試料ホルダにおいて、前記反射手段の負電位を遮断する遮断手段と、前記加熱手段の負電位を遮断する遮断手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は、前記試料に１次線を照射する照射手段と、前記１次線照射によって前記試料から放出された電子を検出する検出手段とを備えた電子分光装置において、第１乃至３の発明の試料ホルダを備えたことを特徴とする。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）実施例１は光電子分光装置に本発明を適用したものである。以下に、図１，２，５及び６を用いて実施例１の構成を説明する。観察室１は、真空ポンプ等の排気装置７により高真空状態が保持されている。この高真空状態により観察室１内を電子が自由に動くことができる。Ｘ線発生器８は観察室１に取り付けられており、観察室１に配置された試料２にＸ線を照射して電子を励起するためのものである。試料２は試料台３に置載され、試料台３は試料ホルダ４、試料ステージ５を介してゴニオメータ６に設置されている。ゴニオメータ６を操作することにより試料２のＸ、Ｙ方向の位置や角度の調整を行うことができる。インプットレンズ９は観察室１に取り付けられており、試料２から放出された光電子を減速させ、インプットレンズ９の端部に設置されている電子分光器１０に導くためのものである。電子分光器１０では所定のエネルギーを持った光電子のみを選別する。選別された光電子は電子分光器に設置された検出器１１により検出され、電気信号に変換される。また、光電子分光装置はコンピュータ１２により制御されている。
【００１５】
図５は図１における試料ホルダ４周辺の詳細図である。以下、図中の同じ名称の部分は同じ番号をつける。前記の通り、ゴニオメータ６には試料ステージ５が設置され、試料ステージ５には着脱自在に試料ホルダ４が設置されている。試料ホルダ４には絶縁碍子１７が固定され、絶縁碍子１７にはフィラメント端子２０と反射板端子１８がそれぞれ電気的に独立して、ねじで固定されている。フィラメント端子２０には、加熱に用いるタングステン等のフィラメント１３が溶接されている。フィラメント１３上方には空間を介して、導電性の金属からなる試料台３が配置されている。試料台３には試料２が密接して固定されている。また、反射板端子１８には反射板１４がねじで固定され、負電位を印加するための端子１９が電気的に接続されている。反射板１４は輻射熱２１を反射するよう鏡面処理等の表面処理等の施された導電性金属であり、試料台３に熱電子１６及び輻射熱２１を反射するように対向している。
【００１６】
図６は図５における試料ホルダのＡ−Ａ断面図である。
【００１７】
図２は図５における試料ホルダの模式図である。試料２が試料台３に置載され、試料台３下方には電源１５に接続されたフィラメント１３が設置されている。また、フィラメント１３にはスイッチ２２を介して電源の負電極が接続されている。さらに、フィラメント１３下方にはセパレート型の反射板１４が設置されており、スイッチ２２を介して電源の負電極が接続されている。
【００１８】
次に、実施例１の動作を図２を用いて説明する。低温領域で加熱する場合、フィラメント１３両端間に電流を流し、フィラメント１３を赤熱させる。この場合、スイッチ２２を開きフィラメント１３及び反射板１４に負電位を印加しない。輻射により直接、又は反射板１４に反射することによって、試料台３に熱が伝わる。これにより、試料台３に密接固定された試料２の温度が上昇し、所定の温度まで加熱される。さらに、高温領域まで加熱したい場合は、スイッチ２２を閉じてフィラメント１３及び反射板１４に、独立した負電位を印加する。試料台３はアース電位に接地されているので、フィラメント１３の試料対面から放射された熱電子１６は加速されて試料台３に照射され、電子衝撃による高温加熱を得ることができる。また、フィラメント１３の試料背面から放出された熱電子１６は負電位の反射板１４によって反射され、加速されて試料台３に照射される。反射板１４は、輻射熱の反射も兼用するためフィラメント１３から放出された輻射熱２１も反射され試料台３に照査される。このように、フィラメント１３の試料背面から放出された熱電子１６及び輻射熱２１は反射板１４により反射され、試料台３以外の周辺部品に照射されることがないため、周辺部品の温度を上昇させることがない。つまり、フィラメント１３の略全周囲より放出された熱電子１６及び熱が試料台３へ照射されるため、効率よく加熱することができる。
【００１９】
（実施例２）実施例２は、別の実施例である。図３を用いて実施例２の構成を説明する。試料２が試料台３に置載され、試料台３下方には電源１５に接続されで負電位が印加されたフィラメント１３が設置されている。さらに、フィラメント１３下方には一体型の反射板１４が設置されており、負電位が印加されている。実施例２の特徴は、反射板１４が一体形成されていることである。材料を切削して反射板を製作するため、反射面を自在に加工することができる。このため、熱電子１６及び輻射熱２１の反射が試料板に集中する形状を作り易い。反射板１４の反射面形状や印加電圧はあらかじめ電子軌道シミュレーションを行い、決定することが可能である。他の構成は、実施例１で示した通り、図１、５及び６と同様である。
【００２０】
なお、本発明は、上記の実施例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、走査プローブ顕微鏡の試料ホルダに用いてもよく、走査型顕微鏡の試料ホルダに適用してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、フィラメントを用いて高真空中の試料を加熱する場合、フィラメント近傍に負電位を印加した反射板を配置したことで、フィラメントから出る熱電子及び輻射熱を、フィラメントの試料対面側のみならず、反射板の反射により試料背面側のからも、試料台に照射することができる。このため効率的に加熱することができ、また、試料台以外の周辺部に照射する熱電子及び熱が減少するため、周囲の温度が上昇することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による加熱ホルダを用いた光電子分光装置である。
【図２】セパレート型反射板を用いた試料ホルダの模式図である。
【図３】一体型反射板を用いた試料ホルダの模式図である。
【図４】従来技術の試料ホルダである。
【図５】図１における試料ホルダ部分の詳細図である。
【図６】図５におけるＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１  観察室
２  試料
３  試料台
４  試料ホルダ
５  試料ステージ
６  ゴニオメータ
７  排気装置
８  Ｘ線発生器
９  インプットレンズ
１０  電子分光器
１１  検出器
１２  コンピュータ
１３  フィラメント
１４  反射板
１５  電源
１６  熱電子
１７  絶縁碍子
１８  反射板端子
１９  端子
２０  フィラメント端子
２１  輻射熱
２２  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004317465.tif 000006
【図５】
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【図６】
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