JP2012243763A - 荷電粒子ビーム装置用モノクロメータ及びこれを用いた電子装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光軸Zに添って、標準エネルギー及びエネルギー偏差を有する荷電粒子ビームを偏向させるための第1の分散ユニット200、第2の分散ユニット400、それらの中間面310に配置されたエネルギー制限アパーチャ300及び荷電粒子ビームの焦点を調整するためのビーム調整素子100を備えるモノクロメーター500を形成し、荷電粒子ビームの仮想的なクロスオーバーS6を第1の分散ユニット200とエネルギー制限アパーチャ300との間に形成する。
【選択図】図6e
Description
電子ビームのエネルギー幅は、電子が電子源から発射された時に発生した元々のエネルギー幅と、電子源から目的地に向かう途中で電子間の統計的相互作用により発生して負わされたエネルギー幅によりもたらされる(ベルシュ効果)。電子エネルギー分布は通常、長い尾を有する形状を有し、ビームのエネルギー幅は典型的にはFWHM(Full Width Half Maximum、半値全幅)で表現される。低電圧SEM(LVSEM、Low-Voltage SEM)で広く用いられているショットキーフィールドエミッション電子源に関しては、カソードの段階でのエネルギー幅dVは0.3eVであり、それが銃出口ではビーム電流に応じて0.5−1eVまで増加する。1keVのような低エネルギー電子ビームに関し、エネルギー幅の量は、10keVのような高エネルギービームよりもずっと大きい相対エネルギー幅dV/V0を意味する。
標準エネルギーを有するがYOZ平面において移動しない各々の電子に関し、その電子は静電場からポテンシャルエネルギー変化を取得する。従って、その速度は、方程式(1.7)において示されるように、ウィーンフィルタを通過する際には異なり、方程式(1.8)に示されるように、ゼロではない正味のローレンツ力を取得するであろう。正味のローレンツ力は電子の位置xに比例し、それ故、X方向(分散方向)における集束効果が存在する。分散方向における集束効果は、非点集束を発生させ、同時に軸外電子の偏向角度を減少させる。後者は、分散能の低減を暗示している。
ウィーンフィルタは、多くの方法において、モノクロメータ又はエネルギーフィルタとして用いられてきており、エネルギーに応じたフィルタリング及びエネルギー角に応じたフィルタリングは2つの典型的な方法である。図2aに示されるように、エネルギーに応じたフィルタリングにおいては、電子源1からのビーム2は、円形レンズ10及び/又はウィーンフィルタ11自身(例えば、米国特許第6452169号、米国特許第6580073号、米国特許第6960763号及び米国特許第7507956号)により焦点が合わされ、エネルギー制限アパーチャ(又は開口)12上に非点収差を有する像を形成する。エネルギーV0を有する電子はサブビーム3を形成し、光軸上に焦点が合わされ、一方で、エネルギーV0±δVを有する電子は、サブビーム4、5を形成し、それぞれ±X方向へ偏向され、光軸外に焦点が合わされる。結果として、ビーム2の中に、エネルギー偏差が±δV以内の総ての電子はアパーチャ12を通過し、残りは遮断されるであろう。
式(2.1)において、一次項よりも高次の総ての項が削除されるとすると、距離L2は偏向角α1とともには変化しない。よって、出射ビームの一次分散は消滅し、入射軸上ビームは、2つの分散ユニットの幾何学的中心点S71から発射されているように見える発散出射ビームとなる。
ここで、fは各分散ユニットのフォーカス能力を示す。第1の分散ユニット20は、入射電子ビーム62の焦点を合わせ、それに応じてそのクロスオーバーを位置62aから後方に幾何学的中心点S71まで移動させる。そして、同じように、第2の分散ユニット40は電子ビーム62の焦点を合わせ、最終的にはS71におけるクロスオーバーを後方に距離L3移動させて位置62bにする。標準エネルギーV0を有する電子ビーム62における電子の軌道は、第1及び第2の分散ユニット20及び40の幾何学的中間面31に関し、反対称性を有する。
Claims (12)
- モノクロメータであって
一直線の光軸に揃えて配列され、標準エネルギー及びエネルギー幅を有する荷電粒子ビームを偏向させるための第1の分散ユニット及び第2の分散ユニットと、
前記第1の分散ユニットと前記第2の分散ユニットとの間の中心面にあり、前記一直線の光軸に揃えて配置されたエネルギー制限アパーチャを有するプレートと、
前記ビーム制限アパーチャに前記荷電粒子ビームの実際のクロスオーバーを形成するように、前記荷電粒子ビームが前記第1の分散ユニットに入射する前に前記荷電粒子ビームの焦点を合わせるためのビーム調整素子と、を有し、
前記荷電粒子ビームは、前記光軸に沿って伝搬するとともに、前記第1及び第2の分散ユニットの各分散ユニットを真っ直ぐ通過する標準エネルギーを有する荷電粒子と、前記各分散ユニットによりそれぞれの分散方向に偏向される前記標準エネルギーからのエネルギー偏差を有する荷電粒子とを含み、
前記各分散ユニットにより生成される各荷電粒子の偏向角は、前記各分散ユニットの分散能及び前記各荷電粒子のエネルギー偏差に依存し、
前記第1及び第2の分散ユニットの前記分散能及び前記分散方向はそれぞれ等しく、
前記荷電粒子ビームが前記第2の分散ユニットから出射した後、前記第1の分散ユニットと前記エネルギー制限アパーチャとの間に仮想的なクロスオーバーが形成されるモノクロメータ。 - 前記モノクロメータから出射した後の前記荷電粒子ビームの出射エネルギー幅は、前記第1及び第2の分散ユニットの前記分散能と前記ビーム調整素子のフォーカス能力を同時に変化させることにより変更され得る請求項1に記載のモノクロメータ。
- 前記ビーム調整素子は円形レンズであり、
前記エネルギー制限アパーチャの形状は円形、長方形、正方形、又は楕円形である請求項1又は2に記載のモノクロメータ。 - 前記プレートは、前記第1の分散ユニットの前記分散方向において、異なるサイズを有する複数のエネルギー制限アパーチャを有する請求項1乃至3のいずれか一項に記載のモノクロメータ。
- 前記モノクロメータから出射した後の前記荷電粒子ビームの出射エネルギー幅は、前記プレート上の異なるエネルギー制限アパーチャを用いることにより変更され得る請求項4に記載のモノクロメータ。
- モノクロメータであって、
第1のウィーンフィルタと、該第1のウィーンフィルタにより発生した非点収差を補正する第1の非点収差補正装置とを含む第1の分散ユニットと、
第2のウィーンフィルタと、該第2のウィーンフィルタにより発生した非点収差を補正する第2の非点収差補正装置とを含む第2の分散ユニットと、
前記第1及び第2の分散ユニットの間の中心面にあり、エネルギー制限アパーチャを有するプレートと、を有し、
前記第1及び第2の分散ユニットの双方は一直線の光軸に揃えて配置され、
入射荷電粒子ビームは、前記第1及び第2の分散ユニットの各分散ユニットを真っ直ぐ通過する標準エネルギーを有する荷電粒子と、前記各分散ユニットによりそれぞれの分散方向に偏向される前記標準エネルギーからのエネルギー偏差を有する荷電粒子とを含み、
前記各分散ユニットにより生成される各荷電粒子の偏向角は、前記荷電粒子のエネルギー偏差と前記各分散ユニットの分散能に依存し、
前記第1及び第2の分散ユニットの前記分散能及び前記分散方向はそれぞれ等しく、
前記エネルギー制限アパーチャは、前記一直線の光軸に揃えて配置されるモノクロメータ。 - 前記第1のウィーンフィルタと前記第1の非点収差補正装置は前記光軸に沿って重ね合わされ、
前記第2のウィーンフィルタと前記第2の非点収差補正装置は前記光軸に沿って重ね合わされている請求項6に記載のモノクロメータ。 - 前記ビーム制限アパーチャに実際のクロスオーバーを形成するように、前記荷電粒子ビームが前記第1の分散ユニットに入射する前に前記荷電粒子ビームの焦点を合わせるためのビーム調整素子を有する請求項6又は7に記載のモノクロメータ。
- 前記荷電粒子ビームが前記第2の分散ユニットから出射した後、前記第1の分散ユニットと前記エネルギー制限アパーチャとの間に仮想的なクロスオーバーが形成される請求項6乃至8のいずれか一項に記載のモノクロメータ。
- 前記プレートは、前記第1の分散ユニットの前記分散方向において、異なるサイズを有する複数のエネルギー制限アパーチャを有する請求項6乃至9のいずれか一項に記載のモノクロメータ。
- 電子装置であって、
一直線の光軸に沿って伝搬する一次電子ビームを供給するための電子源と、
前記光軸に揃えて配置された前記一次電子ビームの焦点を合わせるための集束レンズと、
前記光軸に揃えて配置され、二次電子を放射する試料の表面に前記一次電子ビームの焦点を合わせるための対物レンズと、
前記試料を支持するためのステージと、
前記二次電子を受けるための検出器と、
前記電子源と前記対物レンズとの間に位置し、前記一次電子ビームのエネルギー幅を減少させるための請求項1乃至10のいずれか一項に記載のモノクロメータと、を有する電子装置。 - 荷電粒子ビームをフィルタリングするためのモノクロメータであって、
一直線の光軸に揃えて配列され、標準エネルギー及びエネルギー幅を有する荷電粒子ビームを偏向させるための第1の分散ユニット及び第2の分散ユニットと、
前記第1の分散ユニットと前記第2の分散ユニットとの間の中心面にあり、前記一直線の光軸に揃えて配置されたエネルギー制限アパーチャを有するプレートと、を有し、
前記荷電粒子ビームは、前記光軸に沿って伝搬するとともに、前記第1及び第2の分散ユニットの各分散ユニットを真っ直ぐ通過する標準エネルギーを有する荷電粒子と、前記各分散ユニットによりそれぞれの分散方向に偏向される前記標準エネルギーからのエネルギー偏差を有する荷電粒子とを含み、
前記各分散ユニットにより生成される各荷電粒子の偏向角は、前記各分散ユニットの分散能及び前記各荷電粒子のエネルギー偏差に依存し、
前記第1及び第2の分散ユニットの前記分散能及び前記分散方向はそれぞれ等しく、
前記荷電粒子ビームの実際のクロスオーバーが前記ビーム制限アパーチャに形成され、前記荷電粒子ビームが前記第2の分散ユニットから出射した後、前記第1の分散ユニットと前記エネルギー制限アパーチャとの間に仮想的なクロスオーバーが形成されるモノクロメータ。
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