２０１０年度修士学位論文要旨

「チャージアンプ法による二次電子収率の精密測定に関する研究」

摂南大学大学院工学研究科電気電子工学専攻

表面物性工学研究室　宮川拓也

　固体表面に電子を照射した際，固体表面から放出される電子を二次電子と呼んでいる。この二次電子を信号とする走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope, SEM）は，金属や半導体などの導電性試料から，バイオ・有機材料などの非導電性試料まで表面微細構造の観察手法として幅広く利用されているが，SEMでは電荷を持つ電子をプローブとして用いるため絶縁性試料の観察時には常に帯電現象が問題となる。その回避策として，金属やカーボンなどの導電性薄膜のコーティング，数10 Pa 程度の低真空下での観察，入射電子の入射角やエネルギーを調整して安定観察できる条件を探す方法などが用いられている。入射エネルギーを調整する場合には，各試料に対して二次電子収率のエネルギー依存性のデータが必要となるが絶縁体の二次電子収率を測定する際には，やはり帯電現象が問題となる。信頼性のある測定を行うためには，試料に照射する電荷量を可能な限り小さくする必要がある。これに対して産業技術研究所後藤教授により，電子を単パルスビームで照射し，二次電子量をチャーチアンプで計測するという方法が提案された。チャージアンプ法は試料に～1pC 程度の微小なパルス電荷を照射し，試料から放出される電荷をチャージアンプにより計測する。このため試料の帯電を最小限に抑えることができる。
　このチャージアンプ法の実現を目指して，2009年度修士卒業生有馬氏によってビームのパルス化のための回路とチャージアンプが，また，2009年度学部卒業生榮氏によって二次電子コレクタがそれぞれ製作され，チャージアンプ法の実現可能性が示された。しかしながら，最小電荷検出量や二次電子コレクタの性能など，不十分であることも同時に明らかとなった。本研究ではこれらの問題を解決するため二次電子コレクタとチャージアンプの改良を行い，測定性能の評価を行った。
　まず榮氏によって製作された二次電子コレクタだが，これは試料を完全に覆ってしまうためオージェ電子分光による表面組成分析やイオンスパッタリングにうよる表面清浄化ができないということ，絶縁性の不十分といった問題があった。これらの問題を解決するためにあたらしく可動式の二次電子コレクタを製作した。これを用いることで上記の問題はすべて解決し，また煤の二次電子収率の測定において榮氏によって製作された二次電子コレクタよりも優れた性能を発揮した。次にチャージアンプについては，測定可能領域の変更のためのコンデンサ容量の変更を行った。従来 2.2pF のコンデンサを使用していたところに 1pC のコンデンサを二つ直列に挿入することにより，より小さい電荷量の測定ができるようになった。また電源電圧の長寿命化のために従来の 006P 型電池から単三電池へと電源を変更した。
　このコレクタとチャージアンプの改良により 0.05pC という微小電荷量入射による測定が可能となりカバーガラスの二次電子収率を測定したが，この電荷量の測定においても帯電を回避することはできなかった。この結果より帯電を回避するためにはさらに入射電荷量を減らすことが必要であることがわかった。