JP2003532258A - 電子または高単色性あるいは高電流密度のビーム発生システム - Google Patents

電子または高単色性あるいは高電流密度のビーム発生システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビーム源とモノクロメータとを具備する電子またはイオンビームの電子／イオン銃を提供すること。 【解決手段】モノクロメータと別個のビーム案内システムとからなる装置であって、このモノクロメータの入力側にスイッチ素子を設けて、ビーム源から送られる粒子をモノクロメータへ送るか、あるいはビーム案内システムの方に送るようにしてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この発明は分散面に非点中間像を生ずる偏向フィールドを備え、その分散面に
中間像の長手方向に伸長するスリットを備えると共に、別個のビーム案内システ
ムと、入力側にスイッチ素子を備えていてビーム源から送られてくる粒子をモノ
クロメータへ送るか、あるいは別個のビーム案内システムに送るようにする電子
またはイオンビームのビーム発生システムに関する。
【０００２】 微視的構造体を研究するためには、電子またはイオンビームが良く使用される
。このような場合には、ビーム発生システムから放射される粒子ビームを高度の
真空中で、調べようとする構造体に向ける。このプロセスにおいて、粒子ビーム
中の粒子は調べようとする物質との相互作用によって、その性質を変え、検出器
の手段およびその性質の変化によって、調べようとする構造体の組成に関する情
報が得られる。この原理に基づく周知の手段としては、例えばＸ線分析や、電子
エネルギー損分光学、透過電子顕微鏡あるいは走査電子顕微鏡がある。この方法
にはまた基本的な分析も含まれている。この分析においては、物体の各部位の背
後のエネルギースペクトルを確定し、その部位の位置とエネルギースペクトルと
の両者から物体の情報を得るのである。
【０００３】 この方法による撮像粒子の決定的なパラメータは、粒子電流密度と粒子の単色
性とである。たとえばシステムの解像度を制限する色収差を回避するために、電
子顕微鏡においては、極めてエネルギーの範囲の狭い、すなわちなるべく単色性
が優れている電子を必要とする。他方、例えば電子エネルギー損分光学は散乱粒
子を多量に得るために高粒子電流密度に依存し、それによって分析が極めて短時
間で行える。
【０００４】 粒子流を発生する周知のシステムは、高粒子密度もしくは高単色性のいずれか
を発生するようにしたものである（ＤＥ １９６ ３３ ４９６ Ａ１）。高粒
子密度と高単色性との両者を求める分析を必要とする場合には、先行技術では、
それぞれ別個の装置の２種類のビーム発生装置を使用することが必要である。
【０００５】 １９９９年１０月２９日発行の日本の特許アブストラクト、１９９９年１２月
号には、磁界偏向フィールドで作動し、散乱電子の強力な分析を行うために、散
乱する物体の下流側に配置したモノクロメータについての記載がある。しかし、
この文献には、性質の異なる（高単色性かあるいは交流電流密度）の撮像ビーム
の発生についての記載はない。
【０００６】 この発明の目的は、以上に述べた課題を解決し、高単色性で低電子流密度の粒
子ビームあるいは高電子流密度で低単色性の粒子ビームを任意に提供する電子ま
たはイオンのビーム発生システムの必要性を満足させることにある。
【０００７】 ビーム源とモノクロメータとを備えるビーム発生システムを基にして、この発
明の目的は静電偏向電解を備えていて、ビーム源があり、偏向電界によって非点
中間像を形成するように影像されるモノクロメータを提供することにある。
【０００８】 スイッチ素子によって決められる粒子の通路に従って、粒子の性質の異なる粒
子ビームが生ずる。粒子の通路がモノクロメータを通過する場合には、その出力
側に単色性（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｓｙ）の粒子の流れが生じ、別個のビーム案
内システムを通過する通路には高粒子電流密度の粒子流が送られる。
【０００９】 この発明のビーム発生システムは、通常設計されている２個のビーム発生シス
テムを、単一のシステムに組み込んでしまうものであって、単一のシステム内に
前述した異なる性質を具備する粒子ビームを自由に選択して生成させるのである
。顕微鏡による構造体の分析のために、単一の装置で一個の同一の物体を同じ場
所で、二つの異なる方法で調べることができれば、それに越したことはない。
【００１０】 前述した従来の装置の場合には、２個の装置をそれぞれ極めて精密に製作しな
ければならないので、頗る高価な装置になる。しかし、この発明の装置はその製
作費を極めて経済的なものにすることができる。
【００１１】 この発明の装置においては、別個のビーム案内システムがモノクロメータの入
力側と出力側との間に直接に取付けてある。したがって、この発明による装置は
全体のサイズがモノクロメータのサイズと同一になるようにすることができ、ビ
ーム発生システムが極めて小型になる。
【００１２】 この発明の装置は小型で、構造が簡単であるから、スイッチシステムそれ自体
をモノクロメータの付属装置とすることができる。ここでいう「付属システム」
とは、モノクロメータの偏向磁界の切り変え用部材となるということである。別
個のビーム案内システムによって作成されるビーム通路は偏向磁界のビーム通路
によって構成してある。
【００１３】 ビーム発生システムを粒子の流れの密度と単色性との異なる要件についての研
究に使用するときには、電流密度を調整することができると頗る好都合である。
この発明によるビーム源から送り出すビームは、スイッチ素子とビーム源との間
に配設してある開口の調節装置で光軸に対して垂直になるように移動して行う。
また、前述の装置以外に、電流密度の調節をビーム源ですることができる。その
ために、ビーム源には調節装置が設けてあって、それによってビーム源を光軸に
対して垂直に移動させることもできる。
【００１４】 開口および／またはビーム源の調節装置は少なくとも２つの設定を行うことが
できる。その第一の設定では、最大の粒子密度を求めることができ、他方の低粒
子密度はビーム発生装置の出力側で得られる。最大の粒子密度に設定すると、開
口とビーム源とが最適の状態に調整される。つまり、開口の中心点とビーム源の
中心とが別個のビーム案内システムの光軸線と一致する。この場合に最大の粒子
が開口の直径を通過できるか否かによるものである。開口の中心点および／また
はビーム源の中心点が垂直な方向に移動することは、いずれの場合でも、ビーム
発生装置からの出力側で得られる粒子密度を少なくする。粒子電流密度が少ない
と、そのビーム発生システムを高単色性の粒子を構成するのに使用する場合に特
に必要とするベルシュ（Ｂｏｅｒｓｃｈ）効果の作用を軽減させてしまう。この
ベルシュ効果とは電子ビームが一点に集中したときに、その領域における優勢な
高電流密度と電子との相互作用でビームのエネルギー幅を大きく広くすることを
いうのである。
【００１５】 技術開発によって、開口および／またはビーム源に、交流電圧を加えることに
よって段階的に移動する圧電素子が作成されている。この素子で、開口および／
または放射源を極めて精密に位置づけることができる。それで、所望する位置に
設定するのである。
【００１６】 圧電素子による調整の方が位置の調整を精密に行う機械的調整装置よりも遙か
に優れている。さらに圧電素子によれば、機械的調整装置を付け加える必要がな
い。この発明のビーム発生システムは高度の真空中で使用するものであるから、
機械的調整装置を使用しないですむということは、真空容器の側壁に複雑な通路
を設けないで良いということになる。
【００１７】 この発明のビーム発生システムは、モノクロメータの内部を静電界を利用して
、直線の光軸を含む面に鏡面対称をなして伸長する光軸に対して垂直をなす断面
において、少なくとも区分的に設定される電極を備えている。このように区分的
に真直な面とすることによって、これら電極の製作費を大幅に節約することがで
きる。
【００１８】
【発明の実施の態様】
この発明のビーム発生システムの実施態様を添付図面について、その特徴と利
益とを併せて詳細に説明する。 モノクロメータ（１）はΩの形状にした偏向素子（２−５）を具備する。この
モノクロメータの入力（７）と出力（８）との間に別個のビーム案内システム（
６）が配設してある。モノクロメータの光軸を符号（９）で示す。ビーム案内シ
ステムの光軸は符号（１０）で示す。
【００１９】 ビーム源（１１）から発する粒子の流れ（１２）は粒子密度を調整する開口（
１３）によって偏向される。この粒子の流れはスイッチ素子（１４）を通過する
。なお、この実施態様では、スイッチ素子をモノクロメータの副素子にしてある
。スイッチ素子の切り替え状態によって粒子の流れはモノクロメータを通過する
ように偏向されるか、あるいは別個のビーム案内システム（６）に導かれる。
【００２０】 モノクロメータを通過する一方の粒子の流れにおいては、ビームは粒子のエネ
ルギーによって分散面（１５）で分割される。この分散面に設けてあるスリット
開口（１６）で粒子はそのエネルギーによって選別される。なお、この実施態様
では、スリット開口（１６）は図の平面に対して垂直にしてある。開口の広さに
よってエネルギースペクトルの幅が決まり、粒子ビームの平均エネルギーが決ま
る。スリット開口の広さを小さくすると、高単色性の粒子ビームがモノクロメー
タの出力（８）のところで得られる。
【００２１】 別個のビーム案内システム（６）を通る粒子の流れの通路によって、この実施
態様では、粒子の流れは偏向素子（２）のビーム通路（１７）を通り、再びモノ
クロメータの出力側にある同じ形のビーム通路（１８）を通過する。ビーム源（
１１）と開口（１３）とを最適の状態に調節して、つまり、例えば両者の中心点
がビーム源の光軸（１９）上の中心点にあるようにすると、別個のビーム案内シ
ステムの出力として、モノクロメータの出力側に送り出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 モノクロメータの光軸と別個のビーム案内システムとによって構
成されたビーム発生システムの断面図である。
【符号の説明】
１ モノクロメータ ２，３，４，５ 偏向素子 ６ 別個のビーム案内システム ７ モノクロメータの入力側 ８ モノクロメータの出力側 ９ モノクロメータの光軸 １０ 別個のビーム案内システムの光軸 １１ ビーム源 １２ 粒子の流れ １３ 開口 １４ スイッチ素子 １５ 分散面 １６ スリット開口 １７，１８ ビーム通路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 分散面にビーム源の非点中間像を生ずる偏向フィールドと、
    非点中間像の長手方向に伸長する方向に指向するスリットの開口とを備えるモノ
    クロメータを具備し、前記モノクロメータに別個のビーム案内システムを設け、
    しかも前記案内システムの入力側にスイッチ素子を設け、前記スイッチ素子によ
    って粒子源より送られた粒子をモノクロメータかあるいは別個のビーム案内シス
    テムに導くようにして成る電子またはイオンビーム発生システムにおいて、前記
    モノクロメータに偏向フィールドと放射源とを設け、前記偏向フィールドによっ
    て非点中間像を生ずるようにしたことを特徴とする電子またはイオンビーム発生
    システム。
  2. 【請求項２】 前記別個のビーム案内システムを前記モノクロメータの入力
    側と出力側との直接連結部とするようにした請求項１に記載のビーム発生システ
    ム。
  3. 【請求項３】 前記スイッチ素子を前記モノクロメータの偏向フィールドの
    一部とし、前記別個のビーム案内システムによって生ずる光線のビーム通路を具
    備するようにして成る請求項１または２のいずれかに記載のビーム発生システム
    。
  4. 【請求項４】 前記ビームの発生に当たって、前記スイッチ素子と前記ビー
    ム源との間に配設した調節装置によって光軸に垂直に変位することができるよう
    に整列される開口によって電流密度を調整するようにしたことを特徴とする請求
    項１または２のいずれかに記載のビーム発生システム。
  5. 【請求項５】 前記調節装置によってビーム源を光軸に対して垂直に変位す
    るようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のビーム発生シ
    ステム。
  6. 【請求項６】 前記調節装置を圧電素子からなるものとする請求項４または
    ５のいずれかに記載のビーム発生システム。
  7. 【請求項７】 フィールドを生ずる電極を直線で、光軸を含む面に対して鏡
    面対称に伸長し、前記光軸に対して垂直な断面中に少なくとも区分的に設定され
    るようにしたことを特徴とする前記請求項のいずれかの一項に記載のビーム発生
    システム。
  8. 【請求項８】 電子顕微鏡などの電子光学システムのビーム通路に前記請求
    項のいずれかの一項に記載のビーム発生システムを組み込むことを特徴とするビ
    ーム発生システムの使用方法。
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