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JPH06265491A - Secondary electron spectroscope - Google Patents

Secondary electron spectroscope

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Publication number
JPH06265491A
JPH06265491A JP5052269A JP5226993A JPH06265491A JP H06265491 A JPH06265491 A JP H06265491A JP 5052269 A JP5052269 A JP 5052269A JP 5226993 A JP5226993 A JP 5226993A JP H06265491 A JPH06265491 A JP H06265491A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
ultraviolet
rays
wavelength
electron
Prior art date
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Granted
Application number
JP5052269A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3268872B2 (en
Inventor
Yoshinori Iketaki
慶記 池滝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP05226993A priority Critical patent/JP3268872B2/en
Priority to US08/171,719 priority patent/US5450463A/en
Publication of JPH06265491A publication Critical patent/JPH06265491A/en
Priority to US08/466,973 priority patent/US5590168A/en
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Publication of JP3268872B2 publication Critical patent/JP3268872B2/en
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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide such a secondary electron spectroscope as capable of selectively observating a specific material alone in plural pieces of matter by means of changing an ultraviolet wavelength to be radiated together with X-rays at the time of observing a certain element in a sample in which plural materials including the same element exist. CONSTITUTION:A laser beam out of a YAG laser light source 1 is branched off by a half mirror 30, converting it into a triple higher harmonic wave over an ultraviolet wave length area with a nonlinear crystal 32, and an ultraviolet wavelength is regulated by optical parametric generator 33 according to observation object material, thereby changing an optical path with a mirror 34. Next, it is further converted into a higher harmonic wave by a harmonic generator 35, condensing it on a sample with a condenser lens 36, and intensity in an ultraviolet wave is regulated by a wedge 37, while an ultraviolet optical path, which radiates ultraviolet rays as an exciting radiant light to the sample 11 via an ultraviolet-ray transmitting window 38 installed in a vacuum sample chamber 8, is constituted there, and ultraviolet rays are irradiated to the sample 11 together with X-rays.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、サンプルに電子、陽
子、陽電子、イオン、中性子、光子等の粒子線を照射す
ることにより該サンプルから放出される二次電子の、分
光スペクトルを検出する二次電子分光装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects a spectral spectrum of secondary electrons emitted from a sample by irradiating the sample with a particle beam of electrons, protons, positrons, ions, neutrons, photons and the like. The present invention relates to a secondary electron spectrometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体の表面分析、特に炭素を含
む有機物の解析、CVDをはじめとする半導体プロセス
の解析、有機エレクトロニクスデバイスの評価等の分野
においては、数Å以上の長波長の軟X線領域の光をプロ
ーブとするESCA(電子分光化学分析法)、オージェ
分光等の方法を用いた評価が必要となっている。特に、
最近では、酸素(K吸収端23.32Å)、窒素(K吸
収端30.99Å)、炭素(K吸収端43.68Å)、
燐(L吸収端94Å,K吸収端5.8Å)、カルシウム
(L吸収端35Å)、ナトリウム(K吸収端11.6
Å)、マグネシウム(K吸収端9.5Å)等の生体物質
に関する研究が盛んであり、5Å以上の長波長の軟X線
をプローブとした分析が要求されている。
2. Description of the Related Art In recent years, in the fields of surface analysis of semiconductors, particularly analysis of organic substances containing carbon, analysis of semiconductor processes such as CVD, evaluation of organic electronic devices, etc., soft X with a long wavelength of several Å or more is used. Evaluation using methods such as ESCA (electron spectrochemical analysis) and Auger spectroscopy using light in the linear region as a probe is required. In particular,
Recently, oxygen (K absorption edge 23.32Å), nitrogen (K absorption edge 30.99Å), carbon (K absorption edge 43.68Å),
Phosphorus (L absorption end 94Å, K absorption end 5.8Å), calcium (L absorption end 35Å), sodium (K absorption end 11.6)
Å), magnesium (K absorption edge 9.5 Å) and other biological materials are actively researched, and analysis using a soft X-ray with a long wavelength of 5 Å or longer as a probe is required.

【0003】しかし、現在の市販の評価装置において
は、光源にX線管を用いていることから、数Å以下の短
波長の特性X線のみしか利用できず、このため炭素が中
心となって構成されている有機物質の評価においては、
その吸収係数が小さく、光電子やオージェ電子等の2次
電子の生成率が悪くなって、分析感度が低くなるという
不具合がある。また、特定の波長のX線しか利用できな
いため、多角的な分析ができず、特に、元素同定の際に
不利となる。
However, since the X-ray tube is used as the light source in the current commercially available evaluation apparatus, only characteristic X-rays with a short wavelength of several Å or less can be used, and carbon is the main factor. In the evaluation of organic substances that are composed,
There is a problem that the absorption coefficient is small, the production rate of secondary electrons such as photoelectrons and Auger electrons becomes poor, and the analysis sensitivity becomes low. Moreover, since only X-rays having a specific wavelength can be used, multifaceted analysis cannot be performed, which is particularly disadvantageous in elemental identification.

【0004】このようなことから、数Å以上の長波長の
軟X線領域の光を用いる評価が必要となっているが、従
来、白色の軟X線を得るためには、施設が大規模となる
SOR(シンクロトロン放射)光源が必要となり、一般
ユーザには実施が極めて困難である。
For this reason, evaluation using light in the soft X-ray region having a long wavelength of several Å or more is required. Conventionally, a large-scale facility is required to obtain white soft X-rays. A SOR (synchrotron radiation) light source is required, which is extremely difficult for general users to implement.

【0005】このような不具合を解決するため、本願人
は、特開平4−140651号公報において、レーザプ
ラズマ光源を用いた電子分光分析装置を提案している。
この分析装置においては、10-4Torr以下の真空中
において、金属をはじめとするターゲット上に、1012
W/cm2 以上の強度のレーザ光を照射し、これにより
ターゲットの金属をプラズマ状態として、5Å以上の波
長の軟X線を発光させるもので、市販のYAGレーザと
小型の真空容器とを用いて実現することができる。
In order to solve such a problem, the applicant of the present invention has proposed an electron spectroscopic analyzer using a laser plasma light source in Japanese Patent Laid-Open No. 4-140651.
In this analyzer, in a vacuum of 10 -4 Torr or less, 10 12
It irradiates with a laser beam with an intensity of W / cm 2 or more, and puts the metal of the target into a plasma state to emit soft X-rays with a wavelength of 5 Å or more. Can be realized.

【0006】このレーザプラズマ光源から放射される軟
X線領域の光は、定偏角型分光器よりも斜入射型分光器
を用いることによって、有利に広範囲に分光でき、ま
た、この斜入射型分光器のローランド円上にスリットを
設けることによって、特定の波長を取り出すことができ
る。したがって、このスリットを通る単色のX線をサン
プル表面に照射し、それによって放出される二次電子を
特定の観測角に設置した電子分光器により検出して、そ
のエネルギー分析を行うことにより、サンプル表面の元
素同定等を高精度で行うことができる。すなわち、サン
プル表面より放出された光電離電子やオージェ電子のエ
ネルギーを観測すれば、どの元素のどのエネルギー準位
の電子が多く放出されたのかがわかる。
Light in the soft X-ray region emitted from the laser plasma light source can be dispersed in a wider range by using an oblique incidence type spectroscope than the constant deviation type spectroscope. A specific wavelength can be extracted by providing a slit on the Roland circle of the spectroscope. Therefore, by irradiating the sample surface with monochromatic X-rays passing through this slit, the secondary electrons emitted thereby are detected by an electron spectroscope installed at a specific observation angle, and the energy analysis is performed to obtain the sample. It is possible to identify elements on the surface with high accuracy. That is, by observing the energies of the photoionizing electrons and Auger electrons emitted from the surface of the sample, it is possible to know which element of which energy level and which electron of many energy levels were emitted.

【0007】また、照射するX線の波長を選択すること
により、特定の元素からのオージェ電子の観測量を増や
すことができる。例えば、炭素のK吸収端の近傍の波長
を照射すれば、放出運動エネルギーが250eV程度の
炭素KLLオージェ電子を優先的に観測することがで
き、これによりサンプル表面の炭素の含有量を測定する
ことができる。
Further, by selecting the wavelength of X-rays to be irradiated, the observed amount of Auger electrons from a specific element can be increased. For example, by irradiating a wavelength in the vicinity of the K absorption edge of carbon, it is possible to preferentially observe the carbon KLL Auger electron with an emission kinetic energy of about 250 eV, and thereby measure the carbon content on the sample surface. You can

【0008】このように、本願人が先に開発した電子分
光分析装置によれば、X線の波長を選択することによっ
て、種々の元素からのオージェ電子を観測することがで
きるので、従来のX線管を用いたESCA等と比較し
て、感度の高い元素分析を行うことができる。また、サ
ンプル上に照射するX線の波長を走査し、放出された二
次電子量を計測することにより、EXAFS(Extended
X-ray Absorption FineStructure)による解析も可能
である。さらに、分光器のローランド円上に設けたスリ
ットの後方に、斜入射鏡等のX線光学系を設置して、X
線マイクロビームを形成し、これによりサンプルステー
ジを走査すれば、観測したい元素分布の二次元像を得る
ことができる。この場合、X線光学系として、シュヴァ
ルツシルト型光学系やゾーンプレートのような波長分散
性のあるX線光学系を用いれば、分光器を省略すること
もできる。
As described above, according to the electron spectroscopic analyzer developed by the present applicant, Auger electrons from various elements can be observed by selecting the wavelength of X-rays. Elemental analysis with higher sensitivity can be performed as compared with ESCA using a wire tube. In addition, by scanning the wavelength of X-rays irradiated on the sample and measuring the amount of secondary electrons emitted, EXAFS (Extended
Analysis by X-ray Absorption Fine Structure) is also possible. Further, an X-ray optical system such as an oblique incidence mirror is installed behind the slit provided on the Roland circle of the spectroscope,
By forming a linear microbeam and scanning the sample stage with this, a two-dimensional image of the element distribution to be observed can be obtained. In this case, if a Schwarzschild type optical system or a wavelength dispersive X-ray optical system such as a zone plate is used as the X-ray optical system, the spectroscope can be omitted.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術を用
いて観測を行う場合、観測対象のサンプル中に複数の物
質が存在し、複数の物質中に同一元素が含まれているこ
とがあるので、観測結果が特定の物質中に存在する観測
対象元素のみを表わしているとは限らない。例えば、観
測対象とする元素が炭素である場合、炭素は種々の物質
中に含まれているので、サンプル中に炭素を含む複数の
タンパク質が存在することが多い。したがって、炭素を
含む例えば2種類の物質を含んでいるサンプルにX線を
照射して炭素分布を観測しようとすると、各タンパク質
中の炭素が夫々、X線に反応して二次電子を放出するた
め、一方のタンパク質のみの炭素分布を得ることは極め
て困難である。
When performing observation using the above-mentioned conventional technique, a plurality of substances may exist in the sample to be observed, and the same element may be contained in the plurality of substances. , The observation result does not always represent only the observation target element existing in a specific substance. For example, when the element to be observed is carbon, since carbon is contained in various substances, a plurality of proteins containing carbon are often present in the sample. Therefore, when a sample containing, for example, two kinds of substances containing carbon is irradiated with X-rays and carbon distribution is to be observed, carbon in each protein emits secondary electrons in response to the X-rays. Therefore, it is extremely difficult to obtain the carbon distribution of only one protein.

【0010】本発明は、上記問題に鑑み、同一元素を含
む複数の物質が存在するサンプルを用いてある元素を観
測する場合に、その元素を含む複数の物質の中の特定の
物質のみについて選択的に観測し得るようにした二次電
子分光装置を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention, when observing an element using a sample containing a plurality of substances containing the same element, selects only a specific substance from among the plurality of substances containing the element. It is an object of the present invention to provide a secondary electron spectroscopic device that can be visually observed.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項1の二次電子分光装置は、励起用輻
射線源と、X線源と、前記輻射線源およびX線源よりサ
ンプルに励起用輻射線およびX線源を照射したとき該サ
ンプルが放出する二次電子を検出する検出器とを具えて
成ることを特徴とする。また、本発明の請求項2の二次
電子分光装置は、前記励起用輻射線の波長をサンプル中
の観測対象物質に応じて変更するようにしたことを特徴
とする。
To achieve this object, a secondary electron spectroscopic apparatus according to claim 1 of the present invention is a radiation source for excitation, an X-ray source, the radiation source and the X-ray source. And a detector for detecting secondary electrons emitted from the sample when the sample is irradiated with excitation radiation and an X-ray source. Further, the secondary electron spectroscopic apparatus according to claim 2 of the present invention is characterized in that the wavelength of the excitation radiation is changed according to the substance to be observed in the sample.

【0012】[0012]

【作用】本発明の請求項1の構成によれば、サンプルに
はX線とともに励起用輻射線(例えば紫外線)が照射さ
れるから、特定の観測対象物質のみについて当該元素の
分布等を求めることができる。また、本発明の請求項2
の構成によれば、サンプルに照射される励起用輻射線の
波長が変更できるから、複数の観測対象物質について当
該元素の分布等を容易に求めることができる。
According to the constitution of claim 1 of the present invention, since the sample is irradiated with the excitation radiation (for example, ultraviolet ray) together with the X-ray, it is possible to obtain the distribution of the element concerned only with respect to the specific substance to be observed. You can In addition, claim 2 of the present invention
According to this configuration, since the wavelength of the excitation radiation irradiated on the sample can be changed, it is possible to easily obtain the distribution of the element concerned for a plurality of substances to be observed.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図1は本発明の二次電子分光装置の第1実施
例の構成を示す図である。この実施例では、YAGレー
ザ光源1からのレーザ光を集光レンズ2で集光し、ハー
フミラー30を介して偏光子31に入射させてレーザ光
の強度を調整した後、真空容器3に設けた窓4を介して
真空容器3内に回転可能に設けたターゲット5に照射
し、これによりターゲット5の一部をプラズマ化して軟
X線を発生させる。ターゲット5で発生した軟X線は、
真空容器3に連通する真空容器6内に設けた凹面回折格
子7で分光して、真空容器6に連通する真空試料室8に
導くようにする。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a first embodiment of a secondary electron spectroscopy apparatus of the present invention. In this embodiment, the laser light from the YAG laser light source 1 is condensed by the condenser lens 2 and is incident on the polarizer 31 via the half mirror 30 to adjust the intensity of the laser light, and then provided on the vacuum container 3. The target 5 rotatably provided in the vacuum container 3 is irradiated through the window 4 and a part of the target 5 is turned into plasma to generate soft X-rays. The soft X-rays generated by the target 5 are
The concave diffraction grating 7 provided in the vacuum container 6 communicating with the vacuum container 3 splits the light and guides it to the vacuum sample chamber 8 communicating with the vacuum container 6.

【0014】真空試料室8内には、スリット9、X線光
学系(ウォルタミラー光学系)10、サンプル11を保
持するサンプルホルダ12、電子分光器13およびMC
P(マイクロチャンネルプレート)14を設け、この真
空試料室8全体を、スリット9が凹面回折格子7のロー
ランド円上を移動し得るように、真空容器6に対して移
動可能に構成する。電子分光器13は、図3に示すよう
に、入射スリット15および射出スリット16と、これ
らスリット間に設けた二枚の円筒型電極17,18を有
する同軸円筒型静電型のものを用い、これを支持台19
に保持する。また、サンプルホルダ12は、支持台19
に対して軟X線の入射方向と直交する平面内で二次元方
向に移動可能に設ける。
In the vacuum sample chamber 8, a slit 9, an X-ray optical system (Wolter mirror optical system) 10, a sample holder 12 for holding a sample 11, an electron spectroscope 13 and an MC.
A P (microchannel plate) 14 is provided, and the entire vacuum sample chamber 8 is configured to be movable with respect to the vacuum container 6 so that the slit 9 can move on the Rowland circle of the concave diffraction grating 7. As shown in FIG. 3, the electron spectroscope 13 is a coaxial cylindrical electrostatic type having an entrance slit 15 and an exit slit 16, and two cylindrical electrodes 17 and 18 provided between these slits. This is a support 19
Hold on. In addition, the sample holder 12 has a support base 19
On the other hand, it is provided so as to be movable in a two-dimensional direction within a plane orthogonal to the incident direction of soft X-rays.

【0015】この実施例では、真空容器6と真空試料室
8とが、スリット9を介して連通するように、それらの
間に蓋20を設ける。また、真空試料室8にはガス注入
装置21を連結し、これによりサンプル11の二次電子
の分析に先立って真空試料室8内にHeガスを封入する
ようにする。ここで、真空容器3,6および真空試料室
8の真空状態は、10-4〜10-6Torrとする。
In this embodiment, a lid 20 is provided between the vacuum container 6 and the vacuum sample chamber 8 so that they communicate with each other through the slit 9. Further, a gas injection device 21 is connected to the vacuum sample chamber 8 so that He gas is enclosed in the vacuum sample chamber 8 prior to the analysis of the secondary electrons of the sample 11. Here, the vacuum state of the vacuum containers 3 and 6 and the vacuum sample chamber 8 is set to 10 −4 to 10 −6 Torr.

【0016】この第1実施例ではさらに、真空試料室8
内のサンプル11に励起用輻射線としての紫外線を照射
する紫外線光路を設ける。すなわち、この紫外線光路
は、YAGレーザ光源1からのレーザ光の一部をハーフ
ミラー30で分岐し、非線形結晶32で紫外波長域の3
倍高調波に変換し、オプティカルパラメトリック発振器
(OPO)33で紫外線波長を調整し、ミラー34で光
路を変更し、高調波発生器(SHG)35でさらに高調
波に変換し、集光レンズ36でサンプル上に集光し、く
さび形ガラス(ウェッジ)37で紫外線の強度を調整
し、真空試料室8に設けた紫外線透過窓38を介してサ
ンプル11に紫外線を斜めに照射するように構成する。
In the first embodiment, the vacuum sample chamber 8 is further added.
An ultraviolet ray optical path for irradiating the sample 11 therein with ultraviolet rays as excitation radiation is provided. That is, in this ultraviolet light path, a part of the laser light from the YAG laser light source 1 is branched by the half mirror 30, and the nonlinear crystal 32 divides the ultraviolet light into 3 in the ultraviolet wavelength range.
Converted to double harmonics, the ultraviolet wavelength is adjusted by the optical parametric oscillator (OPO) 33, the optical path is changed by the mirror 34, the harmonics are further converted by the harmonic generator (SHG) 35, and the condensing lens 36 is used. The light is focused on the sample, the intensity of the ultraviolet light is adjusted by the wedge-shaped glass (wedge) 37, and the sample 11 is obliquely irradiated with the ultraviolet light through the ultraviolet light transmission window 38 provided in the vacuum sample chamber 8.

【0017】上記OPO33は、図2に示すように、入
射側より1/2波長板40、ポラライザ41、ビームエ
クスパンダ42、43、BBO共振ミラー44、BBO
結晶45、BBO共振ミラー46を具えて成る(OPO
としては、例えば、フランス国のBMI社から市販され
ているものがある)。ここで、オプティカルパラメトリ
ック発振(OPO)とは、広範囲にチューニングし得る
光を発振する非線形光学プロセスであり、非線形光学結
晶であるBBO結晶の温度変化または角度の調整によっ
て連続的に波長チューニングを行うことができ、短波長
側のチューニング範囲は紫外域(400nm〜)まで及
ぶ。また、図1に示すようにSHG35を併用すること
により、チューニング範囲をさらに短波長側に拡大する
ことができ、この実施例においては広い波長域(200
nm〜)の紫外線を得ることができる。
As shown in FIG. 2, the OPO 33 includes a half-wave plate 40, a polarizer 41, beam expanders 42 and 43, a BBO resonance mirror 44, and a BBO from the incident side.
It comprises a crystal 45 and a BBO resonance mirror 46 (OPO
Are commercially available from BMI, France). Here, optical parametric oscillation (OPO) is a nonlinear optical process that oscillates light that can be tuned in a wide range, and continuous wavelength tuning is performed by adjusting temperature change or angle of a BBO crystal that is a nonlinear optical crystal. The tuning range on the short wavelength side extends to the ultraviolet region (400 nm to). Further, as shown in FIG. 1, by using SHG35 in combination, the tuning range can be further extended to the shorter wavelength side. In this embodiment, a wide wavelength range (200
It is possible to obtain ultraviolet rays having a wavelength of nm to).

【0018】また、ウェッジ37は、ミラー34、SH
G35から集光レンズ36を経て紫外線をサンプル11
に照射する際の紫外線の強度を調整する素子であり、紫
外線光軸と直交方向(図示矢印方向)に移動することに
よりウェッジを通過する紫外線の光路長(ガラスの厚
み)を変化させて、サンプルに照射する紫外線強度を調
整する。ウェッジ37としては、紫外線に対する吸収率
が十分高い物質(例えばBK7;ガラス)を用いる。な
お、紫外線が照射される領域の大きさが問題にならない
場合は、集光レンズ36を紫外線光軸方向に移動し得る
ようにすれば、フォーカス状態を変化させて紫外線の強
度を調整することができ、その場合、ウェッジ37を省
略する。
The wedge 37 includes a mirror 34 and SH.
Sample 11 of ultraviolet rays from G35 through the condenser lens 36
Is an element that adjusts the intensity of ultraviolet light when irradiating the sample, and changes the optical path length (glass thickness) of the ultraviolet light that passes through the wedge by moving in the direction orthogonal to the optical axis of the ultraviolet light (the direction of the arrow shown in the figure), Adjust the intensity of UV light that is radiated on. As the wedge 37, a substance (for example, BK7; glass) having a sufficiently high absorption rate for ultraviolet rays is used. If the size of the region irradiated with ultraviolet rays does not matter, if the condenser lens 36 is movable in the optical axis direction of the ultraviolet rays, the focus state can be changed to adjust the intensity of the ultraviolet rays. Yes, in that case the wedge 37 is omitted.

【0019】次に、この第1実施例の作用を説明する。
図6(a)〜(f)はそれぞれ、本実施例において炭素
原子がオージェ電子を放出する際の電子の状態の遷移を
経時的に表わすものである。従来例ではX線を照射する
ことにより直接オージェ電子を放出するようにしていた
が、この実際例ではまず同図(a)に示すように、基底
状態の原子に対して紫外線を照射して2P電子を1つ励
起または電離させ、同図(b)に示すように炭素原子の
2P軌道に空孔を残した状態とする。次に、同図(c)
に示すように軟X線を照射し、1S電子をまだあいてい
る2P軌道の空孔に励起する。その結果、同図(d)に
示す状態となるが、この状態はエネルギー的に極めて不
安定であるため、2P軌道の電子は1S軌道の空孔に遷
移することにより同図(e)に示す安定状態となる。こ
の遷移の際に2P軌道のもう1つの電子が外部に放出さ
れ、最終的に同図(f)に示すような電子状態となる。
電子分光による蛋白質の観測は、同図(e)の段階で放
出された電子を検出することにより行われる。このと
き、サンプルに照射する紫外線の波長を下記のようにし
て選択することにより、特定の物質中の炭素のみを選択
することができる。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
6 (a) to 6 (f) respectively show transitions of electronic states when carbon atoms emit Auger electrons in this example with time. In the conventional example, the Auger electron was directly emitted by irradiating with X-ray, but in this practical example, first, as shown in FIG. One electron is excited or ionized to leave a vacancy in the 2P orbit of the carbon atom as shown in FIG. Next, FIG.
As shown in, the soft X-rays are irradiated to excite 1S electrons into the vacant holes of the 2P orbit still open. As a result, the state shown in (d) of the same figure is obtained, but since this state is extremely unstable in terms of energy, the electrons of the 2P orbit are transited to the holes of the 1S orbit, and as shown in (e) of the same figure. It will be in a stable state. At the time of this transition, another electron in the 2P orbit is emitted to the outside, and finally the electronic state as shown in FIG.
The observation of the protein by electron spectroscopy is performed by detecting the electrons emitted at the stage of FIG. At this time, only the carbon in the specific substance can be selected by selecting the wavelength of the ultraviolet light with which the sample is irradiated as follows.

【0020】一方、この実施例では、まず紫外線照射に
より図5(a)に示す基底状態から上記第3遷移の逆過
程により2P電子を電離または励起させて同図(b)の
電子状態を実現する。次に、この状態から上記第2遷移
の逆過程により同図(c)に示すように軟X線によって
1S電子をまだ空いている2P軌道に励起する。この遷
移過程を経た後は同図(d)に示す状態になる。この状
態は、上記図6(b)の場合と全く同一であり、その結
果生じた内殻の空孔に外殻電子が遷移するときのエネル
ギーによって電子が飛び出すことになる。このとき、サ
ンプルに照射する紫外線の波長を下記のようにして選択
することにより、特定の物質中の炭素のみを選択するこ
とができる。
On the other hand, in this embodiment, first, 2P electrons are ionized or excited by the reverse process of the third transition from the ground state shown in FIG. 5 (a) by ultraviolet irradiation to realize the electronic state of FIG. 5 (b). To do. Then, from this state, the 1S electron is excited by the soft X-ray to the still vacant 2P orbit by the reverse process of the second transition as shown in FIG. After this transition process, the state shown in FIG. This state is exactly the same as that in the case of FIG. 6B, and the electrons are ejected by the energy when the outer shell electrons make a transition to the inner shell vacancy. At this time, only the carbon in the specific substance can be selected by selecting the wavelength of the ultraviolet light with which the sample is irradiated as follows.

【0021】すなわち、軟X線発生用のレーザ光源を紫
外線発生用に共用できるようにするため、ウェッジ37
を駆動する図示しないウェッジ駆動回路を設け、このウ
ェッジ駆動回路を図示しないホストコンピュータからの
ウェッジ駆動信号により制御してサンプル11に照射さ
れる紫外線の強度が適切になるようにする。また、OP
O33に上記ホストコンピュータからOPO制御信号を
出力し、OPO33の内部のBBO結晶の温度または角
度を変化させて紫外線の波長を調整する制御を行う。
That is, the wedge 37 is used so that the laser light source for generating soft X-rays can be shared for ultraviolet ray generation.
A wedge drive circuit (not shown) for driving the sample 11 is provided, and this wedge drive circuit is controlled by a wedge drive signal from a host computer (not shown) so that the intensity of the ultraviolet rays with which the sample 11 is irradiated becomes appropriate. Also OP
An OPO control signal is output to the O33 from the host computer to control the wavelength of ultraviolet rays by changing the temperature or angle of the BBO crystal inside the OPO33.

【0022】具体的には、まず、観測を開始する前に、
表1の中から観測対象とする炭素含有物質の物質名(ま
たはコードナンバー等)を選択して入力しておく。
Specifically, first, before starting the observation,
Select the substance name (or code number, etc.) of the carbon-containing substance to be observed from Table 1 and enter it.

【表1】 この入力により、後述するようにYAGレーザ光源1か
らのレーザ光を用いて紫外線を発生する際に、表1に示
すような対象物質に応じた好適紫外線波長になるように
紫外線波長が自動調整され、紫外線波長は、例えば、ト
リプトファンを観測したい場合には205 〜230 nm、チ
ロシンを観測したい場合には250 〜300nmに調整され
ることになる。なお、上記自動調整機能の他、好適紫外
線波長の不明な物質を観測することも有り得るので、マ
ニュアル調整機能を付加しておくものとする。
[Table 1] With this input, as will be described later, when the ultraviolet light is generated using the laser light from the YAG laser light source 1, the ultraviolet wavelength is automatically adjusted so as to have a suitable ultraviolet wavelength according to the target substance as shown in Table 1. The UV wavelength is adjusted to 205 to 230 nm for observing tryptophan, and to 250 to 300 nm for observing tyrosine. In addition to the above-mentioned automatic adjustment function, it is possible to observe a substance whose suitable UV wavelength is unknown, so a manual adjustment function shall be added.

【0023】上記調整の完了後、YAGレーザ光源1を
駆動してレーザ光を発生する。そのレーザ光の一部はハ
ーフミラー30で分岐された後に上述したように紫外線
となるが、ハーフミラー30を直進したレーザ光は光軸
中心に関して回動し得る偏光子31によって強度を調整
されてターゲット5に衝突し、軟X線を発生させる。そ
の際、偏光子31により、軟X線の強度を上記紫外線の
強度とは独立して制御することができる。この軟X線に
関し、上記従来例の軟X線は1S電子を2P軌道まで励
起するのに必要なエネルギーを有しているのに反し、本
実施例の軟X線は炭素の内殻電子を直接励起または電離
させるには不十分なものになっているので、紫外線で励
起されている炭素以外はこの軟X線に反応しない。
After the above adjustment is completed, the YAG laser light source 1 is driven to generate laser light. A part of the laser light is converted into ultraviolet rays as described above after being branched by the half mirror 30, but the intensity of the laser light that has proceeded straight through the half mirror 30 is adjusted by the polarizer 31 that can rotate about the optical axis center. It collides with the target 5 and generates soft X-rays. At that time, the intensity of soft X-rays can be controlled independently of the intensity of the ultraviolet rays by the polarizer 31. Regarding this soft X-ray, while the soft X-ray of the above-mentioned conventional example has the energy required to excite 1S electrons to the 2P orbit, the soft X-ray of the present embodiment shows carbon inner shell electrons. Since it is insufficient for direct excitation or ionization, only carbon excited by ultraviolet rays reacts with this soft X-ray.

【0024】そこで、真空試料室8を真空容器6に対し
て移動させて真空試料室8内の凹面回折格子7により分
光して真空試料湿のスリット9を通る所望の波長の軟X
線を選択し(観測対象物質に応じて所望の波長を変更す
る場合は、凹面回折格子7を移動して調整する)、この
選択した波長の軟X線をX線光学系10を介してサンプ
ル11に照射し、この軟X線照射および上記紫外線照射
によって放出される二次電子を、電子分光器13を介し
てその二枚の円筒型電極17,18に印加する電圧を掃
引しながらMCP14で検出するようにすると、電子分
光器13において二枚の円筒型電極17,18に印加す
る電圧を掃引することにより、入射スリット15から入
射した荷電粒子のうち、印加電圧に応じた特定の運動エ
ネルギーを持つ粒子が、電極間を通る円形軌道を通るよ
うに偏向されて射出スリット16から射出し、MCP1
4に入射することになる。したがって、X線および紫外
線の併用により特定物質(特定タンパク質)のみから炭
素の2次電子を放出させることができる。
Therefore, the vacuum sample chamber 8 is moved with respect to the vacuum container 6, and is dispersed by the concave diffraction grating 7 in the vacuum sample chamber 8 to pass through the slit 9 for vacuum sample wet and soft X having a desired wavelength.
A line is selected (when the desired wavelength is changed according to the substance to be observed, the concave diffraction grating 7 is moved and adjusted), and the soft X-ray of the selected wavelength is sampled via the X-ray optical system 10. 11 and irradiate the secondary electrons emitted by the soft X-ray irradiation and the ultraviolet irradiation with the MCP 14 while sweeping the voltage applied to the two cylindrical electrodes 17 and 18 through the electron spectroscope 13. When detecting, by sweeping the voltage applied to the two cylindrical electrodes 17 and 18 in the electron spectroscope 13, a specific kinetic energy according to the applied voltage among the charged particles entering from the entrance slit 15 is obtained. Particles are deflected so as to pass through a circular orbit passing between the electrodes, and are ejected from the ejection slit 16.
4 will be incident. Therefore, the secondary electron of carbon can be emitted only from a specific substance (specific protein) by using X-rays and ultraviolet rays together.

【0025】なお、真空試料室8にHeガスを封入した
状態で二次電子の分光スペクトルを測定し、このHeガ
スの既知の二次電子共鳴線のエネルギー値と、実際の測
定値との差を検出し、その差をサンプル11から放出さ
れた二次電子のエネルギー測定値から差し引くことよう
にすれば、サンプル11の二次電子のエネルギー測定値
を較正して絶対値を決定することができる。
The spectral spectrum of secondary electrons is measured in a state where He gas is sealed in the vacuum sample chamber 8 and the difference between the energy value of the known secondary electron resonance line of this He gas and the actual measured value is measured. Is detected and the difference is subtracted from the measured energy value of the secondary electron emitted from the sample 11, the measured energy value of the secondary electron of the sample 11 can be calibrated to determine the absolute value. .

【0026】図4は、電子衝撃におけるHeガスの自動
電離共鳴線のエネルギースペクトルを示すものである。
これらの共鳴線のエネルギーは既知であり、特にHeガ
スは高エネルギーの電子で衝撃した場合、共鳴線以外の
電離による信号が少なく、また自動電離共鳴線は40e
V以下にしか現れないので、サンプル11の二次電子を
分析する際のバックグランドノイズを非常に小さくでき
る。したがって、Heガスの既知の二次電子共鳴線のエ
ネルギー値と、実際の測定値との差を求めれば、電子分
光器13内で発生した不所望な電磁界によるエネルギー
の変動分を知ることができるので、この変動分をサンプ
ル11の二次電子のエネルギーの測定値から差し引くこ
とにより、サンプル11の二次電子のエネルギーの絶対
値を正確に決定することができる。
FIG. 4 shows the energy spectrum of the automatic ionization resonance line of He gas upon electron impact.
The energies of these resonance lines are known, and especially when He gas is bombarded with high-energy electrons, there is little signal due to ionization other than the resonance line, and the automatic ionization resonance line is 40e.
Since it appears only below V, the background noise when analyzing the secondary electrons of the sample 11 can be made extremely small. Therefore, if the difference between the energy value of the known secondary electron resonance line of He gas and the actual measured value is obtained, the amount of energy fluctuation due to the undesired electromagnetic field generated in the electron spectroscope 13 can be known. Therefore, the absolute value of the secondary electron energy of the sample 11 can be accurately determined by subtracting this variation from the measured value of the secondary electron energy of the sample 11.

【0027】なお、この発明は上述した実施例にのみ限
定されるものではなく、幾多の変更または変形が可能で
ある。例えば、上述した実施例では、測定の際に真空試
料室8内にHeガスを封入するようにしたが、このガス
の種類は、サンプル11を衝撃する粒子線に応じて適宜
選択することができる。例えば、X線等の光子を用いる
場合には、自動電離共鳴線よりもオージェ電子が容易に
発生するので、この場合には、既知のMNNオージェ共
鳴線のエネルギースペクトルを有するKrガスを用いて
較正すれば、サンプル11の二次電子のエネルギーの絶
対値を正確に決定することができる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but many modifications and variations are possible. For example, in the above-described embodiment, the He gas is enclosed in the vacuum sample chamber 8 at the time of measurement, but the type of this gas can be appropriately selected according to the particle beam that impacts the sample 11. . For example, when photons such as X-rays are used, Auger electrons are generated more easily than automatic ionization resonance lines. In this case, therefore, calibration is performed using Kr gas having a known MNN Auger resonance line energy spectrum. Then, the absolute value of the secondary electron energy of the sample 11 can be accurately determined.

【0028】また、電子分光器13としては、図3に示
した同軸円筒型静電型に限らず、平行平面型静電型電子
分光器や、半球型静電型電子分光器や、シリンドリカル
ミラー型静電型電子分光器や、電界阻止型静電型電子分
光器等の荷電粒子を電界で偏向するタイプのものを用い
てもよいし、特に分析する荷電粒子の運動エネルギーが
大きい場合には、磁場で偏向するものを用いてもよい。
また、図1では検出器としてMCPを用いたが、代わり
に電子増倍管を用いてもよい。
Further, the electron spectroscope 13 is not limited to the coaxial cylindrical electrostatic type shown in FIG. 3, but a parallel plane type electrostatic electron spectroscope, a hemispherical type electrostatic electron spectroscope, and a cylindrical mirror. Type electrostatic electron spectroscope or electric field blocking type electrostatic electron spectroscope which deflects charged particles by an electric field may be used, and especially when the kinetic energy of the charged particles to be analyzed is large. Alternatively, a magnetic field deflector may be used.
Although the MCP is used as the detector in FIG. 1, an electron multiplier tube may be used instead.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項1の構成では、サンプルにX線源からX線を照射す
るとともに輻射線源から励起用輻射線を照射し、検出器
により該サンプルが放出する二次電子を検出するから、
その励起用輻射線の波長を観測対象物質に応じて適宜選
択することにより、特定の観測対象物質のみについて当
該元素の分布等を求めることができる。また、本発明の
請求項2の構成では、前記励起用輻射線の波長をサンプ
ル中の観測対象物質に応じて変更するから、観測対象物
質の変更に応じてサンプルに照射される励起用輻射線の
波長が変更されることになり、特定の観測対象物質のみ
について当該元素の分布等を容易に求めることができ
る。
As described above, according to the present invention, in the structure of claim 1, the sample is irradiated with the X-ray from the X-ray source and the radiation source is irradiated with the excitation radiation, and the detector is used. Since the secondary electrons emitted by the sample are detected,
By appropriately selecting the wavelength of the excitation radiation according to the substance to be observed, the distribution of the element or the like can be obtained only for the specific substance to be observed. In the configuration of claim 2 of the present invention, since the wavelength of the excitation radiation is changed according to the observation target substance in the sample, the excitation radiation irradiated to the sample according to the change of the observation target substance. Since the wavelength of is changed, it is possible to easily obtain the distribution of the element concerned only for the specific substance to be observed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の二次電子分光装置の第1実施例の構成
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a first embodiment of a secondary electron spectroscopy apparatus of the present invention.

【図2】第1実施例のオプティカルパラメトリック発振
器の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical parametric oscillator according to a first embodiment.

【図3】図1に示す電子分光器の概略構成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the electron spectrometer shown in FIG.

【図4】第1実施例において使用し得るHeガスの既知
の自動電離共鳴線のエネルギースペクトルを示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a known autoionization resonance energy spectrum of He gas that can be used in the first embodiment.

【図5】(a)〜(f)は、上記実施例において炭素原
子がオージェ電子を放出する際の電子の状態の遷移を経
時的に表わす図である。
5 (a) to 5 (f) are diagrams showing transitions of electron states when a carbon atom emits Auger electrons in the above-mentioned example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 YAGレーザ光源 3,6 真空容器 4 窓 5 ターゲット 7 凹面回折格子 8 真空試料室 9 スリット 10 X線光学系 11 サンプル 12 サンプルホルダ 13 電子分光器 14 MCP 21 ガス注入装置 30 ハーフミラー 31 偏光子 32 非線形結晶 33 オプティカルパラメトリック発振器(OPO) 35 高調波発生器(SHG) 37 くさび形ガラス(ウェッジ) 38 紫外線透過窓 1 YAG Laser Light Source 3, 6 Vacuum Container 4 Window 5 Target 7 Concave Diffraction Grating 8 Vacuum Sample Chamber 9 Slit 10 X-ray Optical System 11 Sample 12 Sample Holder 13 Electron Spectrometer 14 MCP 21 Gas Injection Device 30 Half Mirror 31 Polarizer 32 Nonlinear crystal 33 Optical parametric oscillator (OPO) 35 Harmonic generator (SHG) 37 Wedge glass (wedge) 38 Ultraviolet transmission window

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励起用輻射線源と、X線源と、前記輻射
線源およびX線源よりサンプルに励起用輻射線およびX
線源を照射したとき該サンプルが放出する二次電子を検
出する検出器とを具えて成ることを特徴とする、二次電
子分光装置。
1. A radiation source for excitation, an X-ray source, and radiation and X-rays for excitation from the radiation source and the X-ray source to a sample.
A secondary electron spectroscope comprising a detector for detecting secondary electrons emitted from the sample when irradiated with a radiation source.
【請求項2】 前記励起用輻射線の波長をサンプル中の
観測対象物質に応じて変更するようにしたことを特徴と
する、請求項1記載の二次電子分光装置。
2. The secondary electron spectroscopic apparatus according to claim 1, wherein the wavelength of the excitation radiation is changed according to the substance to be observed in the sample.
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