低真空走査電顕観察 「虎の巻1」

最近、低真空走査電子顕微鏡（LVP-SEM： （註1）が普及してきて、いろいろな分野で使われるようになった。 LVP-SEMは従来型のSEMに比べて特別な長所を持っているから、それも当然かなとも思うのだが、 研究者は本当にその長所を知って、上手く使っているのだろうか。 噂によれば、かなり怪しいようである。
そもそも、メーカーのカタログ写真にしても、「低真空モードにて撮影」としてはあっても、何Paか明記していないものがある。 これではLVP-SEMの特徴である「水分を蒸発させない」で撮影しているのかどうか分からない。 やはり、使用真空度，温度を明記すべきであろう。
ユーザーの方も同様に、使用条件に注意を払って使わねば、折角のLVP-SEMの価値が活かされないことになる。 ではどのようにしたらいいのか、 このシリーズでは、LVP-SEMの使用法を当研究所の秘伝 「虎の巻」 から抜粋して述べることにする。

はじめに

低真空SEMの特徴は二つある。

一つは、従来のSEM観察に必須であった金属被着（註2）を、しないで観察出来ることである。 ガラス、プラスチック、乾燥した生物試料などが そのままで、チャージアップなしに観察出来る。 これは至極便利なことである。 最近のように忙しい世の中では大変大きな福音であろう。 しかし、「金属被着なしの 観察は低加速電圧SEMでも出来るではないか」といわれるかもしれない。 でも、 これには高価な電界放射型電子銃を備えた装置が必要である。 手軽にチャージアップなしの観察をしようと思えば、LVP-SEMの方に軍配があがる。

もう一つの特徴は、含水試料の観察が可能なことである。 これは他の装置にない優れた性質である。 動植物のように多量の水分を含んだ試料では、含水状態のまま観察した方が乾燥試料より、よ り自然に近い姿をしめすことは言うまでも無い。 例えば、培養細胞の微細な突起など。 通常の乾燥標本では、針金細工のように直線的になったり、折損していたりするが、LVP-SEMではあたかも生きているように、緩やかなカーブを持って現れてくるのである。 この長所から、 LVP-SEMは形態学にとって大変大切な装置といえる。

しかし、この装置があれば、含水試料は何でもかんでも簡単に見られるかというと、なかなかそうではない。 試料の乾燥を防ぐために試料室の真空を下げるのだが、真空を 下げれば、当然のことながら電子が散乱され、シグナル量は減衰する。 乾燥を防ぎながら良い像を得るにはどこまで真空を下げて良いのか、その条件を知ることが大事になってくる。 そ して、それが解るようになるには、やはり、ある程度の知識と経験が必要である。 以下、どうしたらLVP-SEMをうまく使うことが出来るか、また、解決すべき問題はどんな ものがあるか、回を追って述べることにする。

まず低真空モードで像を出してみよう。

研究室に新しく、LVP-SEMが導入されて備え付けられたとしよう。 そして、まず手始めに庭の草木の葉を採って低真空モード（例えば270Pa）で見たとする。 その時、もしその研究者が全くの初心者であったら、恐らく、画面は「砂あらし」状態で何も見えないことであろう。 あわてて二次電子モードに変え、標準試料を見ると、 思い通り良く見える。 きっと彼は「なんだ、この器械は！低真空なんて使い物にならない。」 と、低真空モード観察が嫌いになり、乾燥、金属被着、二次電子観察という、従来の方式だけに装置を使用するようになることであろう。

このような話をよく噂に聞くのだが、これでは折角の器械が可哀想である。 なぜ像が出なかったかを考えてみたらどうだろうか。 まず、低真空観察の時には、（1）反射電子が用いられる（反射電子型LVP-SEMの場合）。 また、（2）低真空の中ではビームの電子が拡散される、ということをまず理解して欲しい

これらのことから通常の二次電子での観察条件では、像を得るに充分なシグナルは得られないのである。 それではどうするかというと、コンデンサーレンズを開いて ビーム電流を増やしてやればよい（コンデンサーレンズを開くと、ビーム径は大きくなり、分解能的にはマイナスになるが、この際は無視する）。

据付の時には、メーカーの技術者が分解能写真を撮る必要もあって、二次電子観察用にコンデンサーをかなり絞っていることであろう。 だから、そのままの 状態で低真空モードにしたら、とても良い像は得られないのである。 コンデンサー電流の増減を、つまみで行う機種（例えばS-2250NやS-2460Nなど）であれば、コンデンサーつまみを2メモリ位下 げてやる（例：11から9へ）。 電流値が画面に表示される機種ならば、二次電子観察用から反射電子観察用に値を変えてやる。 そうすれば、像が出てくることであろう。