JP6208198B2 - 順応性のあるカソードルミネッセンス検出システム及びそのようなシステムを採用した顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、カソードルミネッセンス検出システム（ｃａｔｈｏｄｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）に関するものである。また、本発明は、そのようなシステムを実装した顕微鏡に関するものである。

本発明の技術分野は、カソードルミネッセンスの分野であり、より詳述すると、荷電粒子顕微鏡、例えば、カソードルミネッセンスの原理を用いた顕微鏡のような、荷電粒子を用いたシステムの分野に関するものである。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）のような荷電粒子顕微鏡と結合された様々なカソードルミネッセンス検出システムが現在知られている。

これらの顕微鏡において用いられる、カソードルミネッセンスとして知られている物理的効果は、荷電粒子のビームによる励起に起因して放出される光信号の検出に基づく。用いられる顕微鏡は、検査中のサンプルに向けられる荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子カノンを装備している。荷電粒子ビームが衝突したサンプルは励起され、次に、光放射線を放出する。その光放射線は、該光放射線を分析するための手段に向ける役割を有する集光光学系によって集光される。光放射線を調整して分析手段の入力部に送るために、集光光学系と分析手段との間に、いわゆる調整手段を配置することができる。そのような顕微鏡は特許文献１に記載されている。

米国特許第７，５８９，３２２号

然しながら、公知のカソードルミネッセンス検出システムは順応性を有していない。集光光学系と調整手段は内部の圧力が低減された真空チャンバ内に配置されている。顕微鏡の筒を開くことなく、これらの部品のメンテナンス作業を行うことはできない。例えば、調整手段についてメンテナンス作業が必要とされる場合には、顕微鏡を通気させて、再び真空状態にさせるには時間が掛り、調整手段にアクセスし難い。更に、これらの顕微鏡は、メンテナンス作業を複雑にさせる非常に正確な調整が必要とされる極めて敏感なマシーンである。

更に、これらのカソードルミネッセンス検出システムの使用を特定の応用に調整するためにカソードルミネッセンス検出システムの部品を変更することも不可能である。何らかの修正を加える場合には、同様に製造業者又は技術者の介入が必要とされる。

本発明は、上述した不都合を解消することを課題とする。

本発明の別の課題は、簡単且つ安価にメンテナンスすることのできるカソードルミネッセンス検出システムを提供することにある。

本発明の更なる課題は、適用分野に応じて簡単に変更することのできる順応性のあるカソードルミネッセンス検出システムを提供することにある。

本発明のアスペクトによれば、これらの課題の少なくとも一つが、以下のカソードルミネッセンス検出システムによって達成される。このカソードルミネッセンス検出システムは、荷電粒子ビームが照射されるサンプルから生ずる光放射線を集光して、該放射線を分析手段に送る集光光学系と、該集光光学系のダウンストリームに配置されて、前記分析手段に至る前記光放射線を調整することの可能な調整手段を有している。集光光学系は、内部の圧力が大気圧よりも低い真空チャンバと呼ばれるチャンバ内に配置されている。このシステムは、調整手段を構成している部品の全て又は一部が前記真空チャンバ内の圧力よりも大きな圧力の雰囲気内に配置されている点に特徴を有する。

本明細書において、用語「アップストリーム」と「ダウンストリーム」は、光放射線に対して光放射線の方向において、即ち、荷電粒子放出ソースからサンプルに向かい、次に、集光光学システムに向かって、最終的に光放射線分析手段に向かう方向において、定義される。

集光光学系は、サンプルから発する光放射線を集光し、そのような光放射線を分析手段に送ることの可能な部品の全てとして定義される。

こうして、本発明によるカソードルミネッセンス検出システムは、順応性を一層有し、応用分野に応じて一層簡単に変更することができる。調整手段は真空チャンバ内に配置されていないので、応用分野に応じて一層簡単に交換することができる。更に、光放射線が分析手段に入る前に光放射線を処理することの可能な、例えば、ポラライザのような部品を付加することもできる。

更に、本発明によるカソードルミネッセンス検出システムは、最先端のカソードルミネッセンス検出システムよりも、簡単且つ安価にメンテナンスすることができる。調整手段には一層簡単にアクセスすることができるので、故障の場合には一層簡単に取り換えることができる。

有益なことに、本発明によるシステムは、集光光学系と調整手段との間に配置されたシーリング手段を含み、このシーリング手段は、光放射線が通過することを許容しつつ、チャンバの気密性を担保することができる。そのようなシーリング手段は、例えば、透明材料から作られたウィンドウを有していてもよく、その透明材料は、光放射線に影響を及ぼさないで、真空チャンバと、調整手段が配置されている環境、例えば、大気環境との間の圧力差に耐えられる材料である。

調整手段は、光ファイバーのアップストリームに配置され、且つ、光放射線のサイズを光ファイバーの入力部に適合させる、より詳しくは、光ビームのサイズを光ファイバーの直径に適合させ、入射角を光ファイバーの開口数に適合させることの可能な少なくとも一つのレンズを含んでいてもよい。光ファイバーの役割は、光放射線を分析手段へ運ぶことにある。

本発明の特定の実施形態においては、集光光学系は、光放射線を例えばコリメート態様で送る放物面鏡を含んでいてもよい。この場合には、放物面鏡は、荷電粒子発生ソースに対向して配置され且つ荷電粒子が通ってサンプルに至ることを可能にさせる貫通穴を含んでいてもよい。

本発明の第二の特定の実施形態においては、集光光学系は、平面鏡を含んでいてもよい。この平面鏡は、集光レンズと結合させることができ、この集光レンズは、平面鏡のダウンストリームに配置されて、光放射線を例えばコリメート態様で送る。この場合には、平面鏡は、荷電粒子発生ソースに対向して配置され且つ荷電粒子が通ってサンプルに至ることを可能にさせる貫通穴を含んでいてもよい。

本発明の第三の特定の実施形態においては、集光光学系は楕円鏡を含んでいてもよく、楕円鏡は、この楕円鏡のダウンストリームに配置された集光レンズと任意に結合させることができる。

概して、集光光学系は凹面鏡を含んでいてもよい。

有益な実施形態においては、本発明によるシステムは、外側シリンダと呼ばれるシリンダ形態のチューブを有していてもよく、その外側シリンダの軸は、集光光学系の軸に対して整列位置して、集光光学系に確りと固定されている。外側シリンダは、集光光学系が配置されているチャンバ内の圧力を維持させることを担保するウィンドウシールを含んでいる。このウィンドウシールは、集光光学系から出る光放射線が通過することを許容し且つ真空チャンバの気密性を担保する材料から作られている。こうして、外側シリンダ内の及びウィンドウシールのダウンストリームの圧力は、例えば、大気圧である、真空チャンバ内の圧力よりも大きくなっている。外側シリンダのこの部分には、真空チャンバの内部よりも簡単に操作者がアクセスすることができる。

更に、この有益な実施形態においては、本発明によるシステムは、中心合わせされて外側シリンダ内に配置され且つ光放射線を調整するための手段を受けることの可能な内側シリンダと呼ばれるシリンダ形態のチューブを有していてもよく、その調整手段は、光ファイバーに光放射線を注入し、又は、光電子増倍管（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ），カメラ、又は、カメラ又は光電子増倍管を装備したスペクトロメータのような、分析手段に光放射線を注入する目的で、光放射線を調整する。

光学調整手段は、光放射線の強度を最終のディテクタまで維持させるために、チューブの壁によって区画された拘束空間に光放射線のサイズを適合させることを可能にする一組のレンズ及び／又はミラーを含んでいてもよい。調整手段の様々な部品は、光放射線路に沿って光放射線の強度を維持するために、互いに及び検出システム又は光ファイバーシステムに対して調整された開口数を有している。光ファイバーが検出システムの前に用いられる場合には、その光ファイバーの開口数は、検出システムに適合される。

内側シリンダは、実験の必要性から用いられる、例えば、ポラライザ又はフィルターのような何らかの光学部品を含んでいてもよい。

有益なことに、内側シリンダは外側シリンダ内に取外し自在に取り付けることができる。こうして、内部に配置された部品を操作するために、内側シリンダを外側シリンダから引き抜くことができる。

また、内側シリンダは、外側シリンダに対して回転自在に取り付けることもできる。こうして、内側シリンダ又は内側シリンダ内に配置された光学部品を取り除くことなく、内側シリンダ内に配置された部品の方位を簡単且つ迅速に変更することができる。そのような構成は、光放射線を処理する上で方位が重要な、例えば、ポラライザのような少なくとも一つの光学部品を内側シリンダが含んでいる場合に、特に有益である。

更に、内側チューブは、外側チューブに対して自動的に中心合わせすることができる、従って、光軸に対して中心合わせすることができる。このことにより、内側チューブを誤った位置合わせをすることなく交換することを可能にさせて、内側チューブの交換を迅速、確りと且つ再現可能にさせる。

本発明によるシステムは、調整手段のダウンストリームに配置された光放射線分析手段を有していてもよい。

有益なことに、内側シリンダ内に配置された部品は、集光光学系の光軸と内側シリンダの中心との間の何らかの僅かな不整合による影響を低減させるために、集光光学系に対して可能な限り近づけて配置されている。

更に、外側シリンダは、外側シリンダ内に配置される、レンズ、又は、光電子増倍管及びＣＣＤカメラの如きディテクタのような光学部品を収容するのに十分大きな内径を有している。

有益なことに、集光光学系は、装置の残りの部分及び顕微鏡から電気的に絶縁された導電面を有していてもよい。こうして、集光光学系は、電流の出現を介した顕微鏡との何らかの接触を検出するために、任意で、シールされた電流路を介して顕微鏡の外部からアクセス可能なワイヤを介して、顕微鏡の全体に対して低電位で配置することができる。集光光学系は、込みあったスペース内に配置されていて、磁極片のような顕微鏡の標準構成要素、又は、サンプルに衝突されるべきではない。それらの移動は注意深くモニターしなければならない。集光光学系と顕微鏡との間の電流を測定することにより、集光光学系と顕微鏡との間に僅かな接触が生じたことを見つけ出すことができる。

分析手段は、網羅的ではないが、スペクトロメータに先立っていようがいまいが、ＣＣＤカメラ及び／又は光電子増倍管を有していてもよい。

本発明の特定の実施形態においては、一つの光ファイバーを分析手段に直接的に接続することができる。

また、本発明の特定の実施形態においては、一つの光ファイバーを、分析手段に直接的に接続された、隣接した一組の光ファイバーによって交換することができる。

更に、本発明の特定の実施形態においては、隣接した光ファイバーが、それらのアップストリームにおいてディスクの形態を呈し、それらのダウンストリームにおいて線を呈するように配置されている。ディスク形態の配列は、僅かなオフセットの場合においても信号が集められることを可能にし、線形態の配列は、一組の光ファイバーが、例えば、光学スペクトロメータの入力部に位置している場合に、光の強度とスペクトル分解能の最適化を可能にさせる。

有益なことに、調整手段は、集光光学系から出た光放射線を分析手段に至らしめて少なくとも一つの望ましくない光信号をブロックするために配置されたダイアフラム（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）を含んでいてもよい。本発明の特定の実施形態においては、ダイアフラムは、光軸に沿って中心合わせされて配置されて、集光光学系の焦点（サンプル上の焦点）の周囲から発する光放射線が通過することを可能にさせ、且つ、サンプルの他の領域から発する光放射線をフィルターすること可能にさせる。

荷電粒子ビームがサンプルに衝突した時に、サンプルは、いわゆる二次電子，イオン及びいわゆる後方散乱荷電粒子のような様々な粒子を放出することができる。二次電子及び後方散乱荷電粒子は、顕微鏡内に配置された（集光光学系から遠く離れた）様々な物体に順に衝突して、意味のない光放射線の放出を齎し、従って、その意味のない光放射線はダイアフラムによってフィルターされる。

有益なことに、アップストリームにおいてディスク形態に配置された隣接の光ファイバーは、ダイアフラムとして作用するように設計された小さな直径を有している。

有益なことに、集光光学系は、少なくとも一つの次元内において移動可能に取り付けることができ、本発明によるシステムは、集光光学系を少なくとも一つの次元内で移動させることの可能な位置決め手段を含んでいる。こうして、本発明によるシステムは、更に順応性を有し、位置決め可能であって、得られる信号の光輝と空間分解能とを向上させることを可能にする。

有益なことに、集光光学系位置決め手段は、集光光学系を少なくとも一つの次元において並進させるための手段を含んでいてもよい。

また、集光光学系位置決め手段は、集光光学系を少なくとも一つの回転軸の回りを回転させるための手段を含んでいてもよい。

位置決め手段は、少なくとも一つの次元内を移動可能に実装されたステージを含んでいてもよく、集光光学系はステージ上に一体に取り付けられ、システムは、例えば、マイクロメータねじ、又は、圧電又は容量性アクチュエータのような、少なくとも一つの位置決め部品を有している。この位置決め部品は少なくとも一つの次元内でステージを移動させることができる。

本発明によるカソードルミネッセンス検出システムの特定の実施形態においては、集光光学系は、外側シリンダの基部端に一体に取り付けられ、集光光学系の光軸に完全に中心合わせされ且つ同軸的に配置されている。外側シリンダは、それの基部端側に、真空チャンバの気密性を保持するために配置された透明のウィンドウシールを含んでいる。内側シリンダは、外側シリンダと同軸的に実装され、従って、集光光学系の光軸に対して常時中心合わせされている。光ファイバーの入力部と一緒になった調整手段は、内側シリンダ内に配置され、従って、大気圧内に配置されている。内側シリンダは取外し自在となっているので、操作者はこれら部品には簡単にアクセスすることができる。内側シリンダは、例えばポラライザのような何らかの光学部品を含んでいてもよい。

外側シリンダは、集光光学系が配置されている真空チャンバの気密性を維持しつつ外側シリンダが空間の三方向に移動することを許容する少なくとも一つのシーリング手段によって取り囲まれている。そのようなシーリング手段は、三方向への外側シリンダの移動を許容する例えばベローズシールを含んでいてもよく、そのベローズシールは、真空チャンバの壁上に取り付けられていて、集光光学系によって分析手段に送られる光放射線が追従する方向において真空チャンバの該壁に形成された開口の回りに又は該開口と一様な高さで真空チャンバの壁に取り付けられている。

外側シリンダは、ステージ上に確りと取り付けられている。そのようなステージは、マイクロメータねじによって空間の三方向へ移動できるようになっている。こうして、ステージを移動させることにより、操作者は外側シリンダと集光光学系とを移動させることができる。

ステージと外側シリンダと集光光学系との組立体が移動させられた時に、真空チャンバの気密性は、外側シリンダを取り囲んで且つ真空チャンバの壁に固定されたベローズシールと外側シリンダ内に配置されたウィンドウシールとによって維持される。

集光光学系は外側シリンダと一体になっている。外側シリンダは集光光学系の光軸に対して中心合わせされている。また、内側シリンダは外側シリンダに対して中心合わせされている。こうして、内側シリンダ内に配置された部品の全てが集光光学系の光軸に対して中心合わせされている。集光光学系と外側シリンダと内側シリンダとは互いに一体に取り付けられているので、それらは常に完全に中心合わせされた状態に維持されている。

有益なことに、本発明によるシステムは、サンプルから出て集光光学系によって受けられる検出された光放射線の伝播方向と反対の方向に伝播する光ビームを発するソースを含んでいてもよく、その光ビームは集光光学系によってサンプルに向けられる。

カソードルミネッセンス検出システムは、サンプルに光を注入するためにも用いることができる。この場合に、カソードルミネッセンス検出システムは、検出システムに代えて、又は、検出システムに加えて、光ビーム放出ソースを含んでいる。このソースは、検出された光放射線の伝播方向と反対方向に、即ち、ダウンストリームからアップストリームに向けて光ビームを放出するように配列されている。この光ソースは、荷電粒子に曝露され且つ光ビームが重なるサンプルに焦点合わせされている。光ソースは、例えば、レーザのような、空間的コヒーレント光であってもよいので、サンプルに衝突する光ビームの寸法は、サンプルが受けるパワー密度を最適化させるために、幾何光学及び回折の原理によって単に制限されている。

有益なことに、本発明によるシステムは、光放射線セパレータと共に用いることもでき、サンプルに光を注入して、サンプルによって放出される光を同時に集光するために用いることができる。

カソードルミネッセンス検出システムは、ホトルミネッセンスの効果によってサンプルによって放出される、すなわち、光ビームがサンプルに衝突して、該サンプルが当該光ビームを刺激することにより放出される光放射線を検出するために用いることもできる。光放射線セパレータは、ダウンストリームからアップストリームへの光放射線の注入と、アップストリームからダウンストリームへの光放射線の同時検出を可能にするように配置されている。注入されたビームの小さな寸法は、サンプルの小さい部分の励起をすることを可能にし、それは、同時に顕微鏡の荷電粒子ビームによってイメージされる。光の注入中にサンプルによって放出される光放射線は、荷電粒子の作用に続いて放出される光放射線と灯用に分析することができる。

本発明の別のアスペクトによれば、サンプルの表面を任意に走査するナノメートル荷電粒子又はサブナノメートル荷電粒子によって照射されるサンプルから出る光放射線を集光し、且つ、最先端のカソードルミネッセンス検出システムと比較して、光強度とスペクトル分解能とを一層維持しつつ分析手段への光放射線の伝達を可能にさせるカソードルミネッセンス検出システムが得られる。

本発明によれば、そのようなカソードルミネッセンス検出システムは、荷電粒子ビームでサンプルを照射するように配置された荷電粒子発生ソースと、前記照射されたサンプルから出る光放射線を集光し且つ分析手段へ伝達することのできる少なくとも二つの光学部品を含んだ光路を有している。このシステムは、光路の各光学部品が、その光学部品の最大出力角度が次の光学部品の最大受光角の１２０％以下であり、各光学部品から次の光学部品の入力面に至る放射線の直径が次の光学部品の有効な入力直径の１２０％以下であるように選択されている点において特徴付けられる。

こうして、本発明によれば、各部品は少なくとも６０％の光信号を送る。ちょうど２０％の光信号が光路上の各光学部品において失われる。

そのようなカソードルミネッセンス検出システムは、照射されたサンプルから出る光放射線を集光すると共に、最先端のカソードルミネッセンス検出システムと比較して、光強度をより一層維持しつつ分析手段への光放射線の伝達を可能にさせる。

本発明に係るシステムの好適な実施形態によれば、光路上の各光学部品が、その光学部品の最大出力角度が次の光学部品の最大受光角よりも小さいか又は等しくなるように選択されている。こうして、光学部品の出力角度が調整され、光学部品から出る光放射線が、その全てが次の光学部品に入ることを許容する角度で次の光学部品に到達する。

更に、本発明に係るシステムの好ましい実施形態によれば、光路の各光学部品が、光学部品から次の光学部品の入力面に至る放射線の直径が次の光学部品の有効な入力面より小さいか又は等しくなるように選択されている。こうして、次の光学部品に達する光放射線の全てが次の光学部品に入ることができる。

本発明の好ましい実施形態である、本発明に係るシステムの上記二つの実施形態を組み合わせた実施形態においては、光信号が、光学系による吸収又は拡散に起因する以外に強度の如何なるロスも伴わずに、一つの光学部品から他の光学部品へ伝達され、光信号の強度の全てが光路全体に沿って維持される。

有益なことに、光路がＮ個の光学部品を含んでいる場合に、光路の各光学部品は、先行の光学部品の中心に対する一つの光学部品のオフセットが次の関係に適合するように配置させることができる。
Ｄｓ_i／２≦１．２Ｄｅ_i+1／２−Δ_i+1 ｆｏｒ ｉ＝１．．．Ｎ−１
上記式中で、
Δ_i+1は光学部品ｉの中心に対する光学部品ｉ＋１のオフセットで、
Ｄｅ_i+1は光学部品ｉ＋１の有効入力直径で、
Ｄｓ_iは光学部品ｉから出て光学部品ｉ＋１の入力部において測定される放射線の直径である。

そのようなシステムは、最先端のシステムと比較して光学部品の位置決めを向上させることができ、従って、光放射線を光路全体に沿って殆どロスを伴わせることなく伝達することを可能にする。

本発明の好ましい実施形態においては、光路の各光学部品を、先行の光学部品の中心に対する一つの光学部品のオフセットが次の式を実証するように、位置決めさせることができる。
Ｄｓ_i／２≦Ｄｅ_i+1／２−Δ_i+1 ｆｏｒ ｉ＝１．．．Ｎ−１
上記式中で、
Δ_i+1は光学部品ｉの中心に対する光学部品ｉ＋１のオフセットで、
Ｄｅ_i+1は光学部品ｉ＋１の有効入力直径で、
Ｄｓ_iは光学部品ｉから出て光学部品ｉ＋１の入力部において測定される放射線の直径である。

そのようなシステムは、光学部品から出る放射線の一部が失われるような程度に光学部品の何れもが先行の光学部品に対してオフセットしていないので、吸収又は拡散によって齎されるロス以外の何らのロスを伴わないで、光学部品から出る放射線の全てが次の光学部品に入ることを可能にさせる。

本発明によれば、光路上の光学部品の一つは、スペクトロメータであってもよく、より詳しくは、入力部に焦点合わせ部品を含んだスペクトロメータであってもよい。

この場合に、スペクトロメータと光路のその他の光学部品とを、スペクトロメータの入力部におけるビームの分散方向の幅がスペクトロメータの入力部における限界直径の１０倍以下となるように選択することができ、その限界直径よりも小さい場合にはスペクトロメータの分解能は、スペクトロメータの入力部における光放射線のウエストの直径に最早左右されない。そのような限界直径は、スペクトロメータの製造業者によって提供され、分散方向におけるスペクトロメータの倍率に大きく左右される。

こうして、本発明によるシステムは、直径及び角度が調整されているので、一定のスペクトロメータのための最適なスペクトル分解能を担保しつつ、光放射線を強度の如何なるロスを伴うことなくスペクトロメータへ送ることを可能にさせる。

更に、光路の光学部品の一つがスペクトロメータである場合においては、スペクトロメータと光路のその他の光学部品とは、スペクトロメータの入力部におけるビームの放散方向の幅がスペクトロメータの入力部における限界直径以下となるように選択され、限界直径よりも小さい場合には、スペクトロメータの分解能は、スペクトロメータの入力部における光放射線のウエストの直径に最早左右されない。

こうして、本発明によるシステムは、直径と角度が調整されるので、一定のスペクトロメータのための最適なスペクトル分解能を担保しつつ、光放射線が強度の如何なるロスを伴うことなくスペクトロメータへ運ばれることを可能にする。

本発明の特定の実施形態においては、スペクトロメータの前の光学部品は、光ファイバーを含んでいてもよく、その光ファイバーの出力部はスペクトロメータの入力部に配置され又はスペクトロメータの入力部においてイメージされる。

この場合に、先行の光学部品から出て光ファイバーの入力部において測定されるビームの直径が光ファイバーの有効直径の１２０％以下、好ましくは、１００％以下となり、先行の光学部品から出るビームの最大入力角度が光ファイバーの限界入射角の１２０％以下、好ましくは、１００％以下となるように、光ファイバーと該光ファイバーの前の光学部品を選択することができる。

こうして、光路は、好ましくは、光放射線の全てがロスを伴わず又は無視してよいロスを伴ってスペクトロメータに運ばれるような状態で光ファイバーに入るように調整される
。

本発明の特に有益で且つ好ましい実施形態においては、スペクトロメータの前の光学部品は光ファイバー束を構成している複数の光ファイバーを含んでいてもよく、この光ファイバー束の光ファイバーは、スペクトロメータの入力面における分散軸に直交するスペクトロメータの側で整列されていて、これら光ファイバーの全ての直径の合計は、好ましくは、非分散方向におけるスペクトロメータの倍率によって割られる非分散方向におけるディテクタの寸法以下である。先行の光学部品から出るビームの光ファイバーにおける直径が光ファイバーの有効な直径の１２０％以下、好ましくは、１００％以下となり、且つ先行の光学部品から出るビームの最大入力角度が光ファイバーの限度入射角の１２０％以下、好ましくは、１００％以下となるように、光ファイバー束を構成している各光ファーバーは選択されている。

こうして、この構成は、最後の光学部品の空間の何らかの軸上でのオフセットがどんなであっても、少なくとも一つの光ファイバーは放射線の全て又は殆ど全てを受けるように配置されることを担保する。更に、光ファーバー束はスペクトロメータの非分散方向に直交して配向されているので、集光される光放射線の強度は照射される光ファイバーの面積の合計に左右されるけれど、スペクトル分解能は光ファイバーの幅に左右され、ビームの直径には左右されない。そのようなシステムは、例えば、荷電粒子ビームでのサンプルの走査によって齎される照準ミスに起因するいわゆる動的誤差又はシステムアライメントエラーを修正するのに特に有効である。

本発明の特定の実施形態においては、光ファーバー束はコンパクトであってもよく、好ましくは、六角形の入力部を有している。

光ファイバー束における各光ファーバーの直径は同一であってもよい。

更に、好ましいが、本発明を何ら限定するものではない実施形態においては、光ファイバー束の総直径と一つの光ファイバーの直径との間の比率は、３〜３０の間に設定することができる。

有益なことに、第一の光学部品は、サンプルから出る光放射線を集光するためのレンズと組み合わされた、曲面鏡又は平面鏡のいずれかを含んだ集光部品であってもよい。カソードルミネッセンス検出システムが挿入され且つ荷電粒子ビームを生成可能な顕微鏡の磁極片にこの集光部品を挿入するのに、そのような磁極片内のスペースが小さければ小さいほど所望の空間分解能が良好になることを考えれば、可能な限り大きな立体角でサンプルから出る光放射線を集光することを可能にするべく、この集光部品は０．５〜１０ｍｍの、好ましくは１〜８ｍｍの間の全厚みを有しているのが有益である。

サンプルから出る光放射線の集光を向上させるために、光放射線の集光を実施する第一の光学部品は、有益なことに、０．５〜２０ｍｍの間の、好ましくは、１〜７ｍｍの間の、より好ましくは、１．５〜５ｍｍの間の、更に好ましくは、１〜３ｍｍの間のパラメータｐ、又は、約２ｍｍ±１．５ｍｍのパラメータｐ、又は、０．２５〜１０ｍｍの間の、好ましくは、０．５〜３．５ｍｍの間の、より好ましくは、０．７５〜２．５ｍｍの間の焦点距離ｆを有している。

本発明の有益な実施形態によれば、光路の光学部品を、光軸に直交する空間の二つの方向の少なくとも一つの方向への移動の精度が以下よりも良好に又は同等になるように位置決めすることができる。
・スペクトロメータの入力部における寸法、即ち、スペクトロメータの倍率によって割られ且つ荷電粒子ソースとスペクトロメータの入力部との間の光路で生じる倍率によって割られるディテクタのピクセルの寸法、又は、
・スペクトロメータの前の光学部品が光ファイバー又は光ファイバー束である場合における、光ファイバー又は光ファイバー束の入力部に至る光路で生じる総倍率によって割られる、光ファイバーの又は光ファーバー束における最も大きな光ファイバーの直径。

そのようなシステムにおいては、光軸に直交する平面におけるアライメント精度は、残留ミスアライメントが上述した性能（ディテクタまで集められた強度と最適なスペクトル分解能の維持）を本質的に低減させないようなことである。

有益なことに、光軸方向での精度が以下よりも大きく又は同等になるように光路の光学部品を位置決めすることができる。
・スペクトロメータの入力部における寸法、即ち、スペクトロメータの倍率によって割られ且つ荷電粒子ソースとスペクトロメータの入力面との間の光路で生じる倍率と第一の光学部品の最大受光角とによって割られるディテクタのピクセルの寸法、又は、
・最後の光学部品が光ファイバー又は光ファイバー束である場合における、荷電粒子ソースと光ファイバーの又は光ファイバー束の入力面との間の光路に生ずる倍率と第一の光学部品の最大受光角とによって割られる、光ファイバーの又は光ファーバー束における最も大きな光ファイバーの直径。

そのようなシステムにおいては、光路に沿ったアライメント精度は、残留ミスアライメントが上述した性能（ディテクタまで集められた強度と最適なスペクトル分解能等の維持）を本質的に低減させないようなものである。

本発明によるシステムにおいては、光路は、少なくとも二つの光学部品と、照射されたサンプルから出る光放射線を集光するための、集光光学系と呼ばれる少なくとも一つの第一の光学部品と、集光された光放射線を分析手段へ送るための、調整光学系と呼ばれる少なくとも一つの第二の光学部品を含んでいる。

また、このシステムは、集光光学系を空間における三つの異なった軸上で直線的に又は個別に並進させるための並進手段を含んでいてもよい。こうして、集光光学系の移動は、他の軸とは独立の各軸に沿って行われる。更に、各軸上の集光光学系の移動は並進移動である。

本発明によるシステムの特定の実施形態においては、調整光学系の全て又はその一部を、集光光学系が配置されている真空チャンバ内の圧力よりも大きな圧力の環境内に配置することができる。

勿論、本発明の上記二つのアスペクトは互いに独立しているが、単一のカソードルミネッセンス検出システムにおいて組み合わせることもできる。従って、本発明は、上述した二つのアスペクトを組み合わせたカソードルミネッセンス検出システムに関するものでもある。

また、本発明は、荷電粒子ビームを放出するソースと本発明によるカソードルミネッセンス検出システムとを含んだ顕微鏡を提案することを目的とする。

有益なことに、本発明による顕微鏡は、更に、少なくとも、一つの明視野ディテクタと、一つの暗視野ディテクタと、一つのＥＥＬＳディテクタと、撮像又は回折用の一つのカメラ、又は、一つのＥＤＸディテクタを含んでいてもよい。

本発明のその他の利点及び特徴については、本発明を何ら限定するものではない本発明の実施形態に関する後述の詳細な説明と添付図面を参照することにより明らかになるであろう。

図１は、本発明によるカソードルミネッセンス検出システムを実装した、本発明による顕微鏡の原理を示した概略図である。 図２は、本発明によるカソードルミネッセンス検出システムに実装された集光光学系の一例を示した図である。 図３は、図１に示した顕微鏡に実装されるカソードルミネッセンス検出システムの第一のアスペクトを示した図である。 図４は、図１に示した顕微鏡に実装されるカソードルミネッセンス検出システムの第一のアスペクトを示した図である。 図５は、図１に示した顕微鏡に実装されるカソードルミネッセンス検出システムの第一のアスペクトを示した図である。 図６は、図１に示した顕微鏡に実装されるカソードルミネッセンス検出システムの第二のアスペクトを示した図である。 図７は、図１に示した顕微鏡に実装されるカソードルミネッセンス検出システムの第二のアスペクトを示した図である。 図８は、本発明の第三のアスペクトによるカソードルミネッセンス検出システムの光路の第一の例を示した図である。 図９は、光ファイバーを含んだ、本発明の第三のアスペクトによるカソードルミネッセンス検出システムの光路の第二の例を示した図である。 図１０は、光ファイバー束を含んだ、本発明の第三のアスペクトによるカソードルミネッセンス検出システムの光路の第三の例を示した図である。 図１１は、光ファイバー束を含んだ、本発明の第三のアスペクトによるカソードルミネッセンス検出システムの光路の第三の例を示した図である。 図１２は、図１０及び１１に示したシステムにおいて光放射線が或る位置で光ファイバーの入力部に達する構成を示した図である。 図１３は、図１０及び１１に示したシステムにおいて光放射線が別の位置で光ファイバーの入力部に達する構成を示した図である。

図１は、顕微鏡１００に実装されたカソードルミネッセンス検出システムの原理を示した図である。

顕微鏡１００は、サンプル１０６上に電子ビーム１０４を放つ電子ビームソース１０２を有している。その電子ビームに反応して、サンプル１０６は赤外部から紫外部の範囲の波長を有している光放射線１０８を放出する。

次いで、光放射線１０８は、カソードルミネッセンス検出システム１１０によって集光され、且つ、分析される。

カソードルミネッセンス検出システム１１０は、集光光学系１１２と、光放射線１０８の直径（夫々、角度）を光ファイバー１１６の直径（夫々、開口数）に適合させるための手段１１４と、分析手段１１８を有している。集光光学系１１２の役割は、サンプル１０６によって発せられる光放射線１０８を集光することであり、光ファイバー１１６の役割は、集光光学系１１２によって集光された光放射線１０８を分析手段１１８へ運ぶことである。然しながら、光信号の強度とスペクトル分解能を維持しつつ集光光学系１１２の出力部から光ファイバー１１６の入力部において光放射線１０８を調整するための調整手段１１４を用いることが必要である。

分析手段１１８は、スペクトロメータ、ＣＣＤカメラ、又は、光ファイバー１１６によって運ばれた光放射線１０８を分析することの可能な光電子倍増管（ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）を含んでいてもよい。

また、顕微鏡１００は、電子ビームソース１０２の側に配置された集光レンズ１２２と反対側に配置された対物レンズ１２４との間に配置された偏向／走査コイル１２０を有していてもよい。偏向コイル１２０は、サンプル１０６の分光検査を実施するためにサンプル１０６の表面が電子ビーム１０４で走査されることを可能にさせる。

また、顕微鏡１００は、少なくとも一つの明視野ディテクタ１２６と、少なくとも一つの暗視野ディテクタ１２８と、ＥＥＬＳディテクタ１３０を含んでいてもよい。

図１に示した実施形態においては、集光光学系１１２は、図２に図示されたような放物面鏡２００を有している。その放物面鏡２００は、ブロック２０４に切り込み形成された反射放物面２０２を有している。また、放物面鏡２００は貫通穴２０６を有している。この貫通穴２０６は、電子ビーム放出ソース１０２に対向して配置されている。電子ビーム１０４は、貫通穴２０６を通過して、サンプル１０６に達する。次いで、サンプルによって放出される光放射線
が放物面鏡２０２によって集光される。電子ビーム放出ソース１０２に対向する貫通穴２０６の正確な位置決めは、放物面２０４によって集光される光放射線の光輝／輝度を最適化するために非常に重要である。

（図示されていない）別の実施形態においては、集光光学系１１２は、放物面鏡に代えて、集光レンズと結合された平面鏡、又は、集光レンズと任意に結合された楕円鏡を含んでいてもよい。

本発明の第一のアスペクト
図３〜５を参照して、本発明によるカソードルミネッセンス検出システムの第一にアスペクトについて以下に説明する。

図３は、顕微鏡の真空チャンバに相対する集光システムの部分図である。

図４は図３に示した領域のより詳しい断面図であり、図５は同領域の等角図である。

この第一のアスペクトによれは、集光光学系１１２は顕微鏡の真空チャンバ３０２内に配置することができ、光ファイバー１１６と分析手段１１８に加えて調整手段は大気圧環境に配置されている。換言すると、調整手段１１４と光ファイバー１１６と分析手段１１８は、顕微鏡の真空チャンバ３０２の外に配置されている。

この目的を達成するために、図３〜図５に図示された実施形態においては、図２に示された放物面鏡である集光光学系は、二つのネジを用いて、基部端３０８において、外側シリンダと呼ばれる第一のシリンダ３０６に確りと取り付けられている。集光光学系１１２は、集光光学系１１２の光軸が外側シリンダ３０６の対称軸と統合するように外側シリンダに接続されている。

外側シリンダ３０６は真空チャンバの壁に形成された開口３０８を介して真空チャンバに入る。この開口３０８は、集光光学系１１２によって送られる光放射線に対向して配置されている。

外側シリンダ３０６と真空チャンバの壁は、真空チャンバ内の圧力レベルを維持する密閉装置３１０によって一体に保持されている。

外側シリンダ３０６は、その基部端３０８、即ち、集光光学系１１２が確りと取り付けられる端に、集光光学系１１２によって集光され送られる光放射線を通過させつつ真空チャンバ３０２内の真空レベルを維持するための透明なウィンドウシール３１２を有している。こうして、ウィンドウシールのダウンストリームにおいて、外側シリンダ３０６の内側は、気密態様で真空チャンバから隔てられて、大気圧状態になっている。

内側シリンダと呼ばれる第二のシリンダ３１４が、ウィンドウシール３１２のダウンストリームで、外側シリンダ３０６の内側、即ち、大気圧部分内に配置されている。内側シリンダ３１４の対称軸は、外側シリンダ３０６の対称軸と統合し、従って、集光光学系１１２の光軸に完全に整列している。内側シリンダ３１４は、外側シリンダ３０６内に取外し自在に配置されて、自由に回転できるようになっている。

調整手段１１４は内側シリンダ３１４内に配置されている。図３及び４に示した実施形態においては、調整手段１１４は、内側シリンダ３１４の基部端に配置された凸面集光レンズ３１６を含んでいる。このレンズ３１６は、光放射線の幅が光ファイバー１１６の入力部において調整されることを可能にする。

また、光ファイバーの入力部は、集光レンズ３１６のダウンストリームで、内側シリンダ内に配置され、集光レンズ３１６の光軸に対して非常に正確に中心合わせされている。

また、内側シリンダは、サンプルを検査するための何らかの光学部品、例えば、ポラライザ（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を含んでいてもよい。

内側シリンダが自由に回転することができるという事実は、様々な光学部品を取り除くことなくそれら光学部品の向きを修正することを可能にさせる。

こうして、本発明によるカソードルミネッセンス検出システムの第一のアスペクトによれば、調整手段と光ファイバーの入力部を含む光学部品を交換，修正又は位置変更するためにそれらに簡単にアクセスすることができる。

本発明の第二のアスペクト
図６及び７を参照して、本発明に係るカソードルミネッセンス検出システムの第二のアスペクトについて説明する。

図６は、本発明の第二のアスペクトによるカソードルミネッセンス検出システムを実装した顕微鏡６００の部分平面図である。図６において、集光光学系は、顕微鏡の標準的な使用を可能にさせるように完全に引っ込められている。図６は、動作中のカソードルミネッセンス検出システムを示した図ではない。図７は、図６に示した顕微鏡の側面図である。

集光光学系１１２は、シリンダ６０２の基部端６０４において二つのネジ３０４によってシリンダ６０２に確りと接続されている。集光光学系１１２は、顕微鏡６００の真空チャンバ３０２内に配置されている。また、シリンダ６０２は光学調整手段１１４と光ファイバー１１６の入力部を含んでいてもよく、それらは、例えば、シリンダ６０２内に取外し自在に挿入された第二のシリンダ内に配置することができ、その第二のシリンダは、自由に回転し、且つ第二のシリンダの対称軸がシリンダ６０２の対称軸と統合するように実装されている。シリンダ６０２は、上述したように、外側シリンダ３０６であってもよく、内側シリンダ３１４を含んでいてもよい。

シリンダ６０２は、真空チャンバの壁に形成された開口６０４を介して真空チャンバ３０２内に入る。この開口６０４は、集光光学系１１２によって送られる光放射線に対向して配置されている。空間の三つの次元内で外側シリンダが移動することを可能にするべく、開口６０４の直径はシリンダ６０２の外径よりも大きく形成されている。この開口６０４は上述した開口３０８であってもよい。

ベローズシール６０６が、シリンダ６０２に取り付けられて、気密な態様でシリンダ６０２を取り囲んでいる。更に、このベローズシール６０６は、開口６０２の回りの真空チャンバの壁を抱き締めている接続部６０８によって開口６０２の回りの真空チャンバ３０２の壁に取り付けられている。こうして、ベローズシール６０６とシリンダ６０２との間の接続は、ベローズシール６０６と真空チャンバ３０２の壁との間の接続のように、気密に実施されている。ベローズシール６０６は、一方でシリンダ６０２との接続の気密性と他方で真空チャンバ３０２の壁との接続の気密性とを常に維持しつつ、シリンダ６０６が空間の三つの方向で移動することを可能にさせる。

シリンダ６０２は（図６及び７に図示されていないウィンドウシールを含んでいる。このウィンドウシールは真空チャンバ３０２の気密性を維持するのを可能にさせるものである。このウィンドウシールは、光学調整手段１１４と光ファイバー１１６の入力部のアップストリーム又はダウンストリームに配置することができる。本明細書中に記載したカソードルミネッセンス検出システムの二つのアスペクトを組み合わせる場合には、このウィンドウシールは、例えば、図３〜５に示したウィンドウシール３１２であってもよい。

シリンダ６０２は、遠位端６１２の側、即ち、集光光学系１１２と反対側の端で、三次元移動装置６１０に確りと取り付けられている。この三次元移動装置６１０は、真空チャンバ３０２の壁に移動自在に取り付けられたステージ６１２上に配置されている。この装置６１０は、シリンダ６０２を空間の三つの次元内を移動させるために用いられる三つのマイクロメータねじ６１４，６１６，６１８を含んでいる。

集光光学系１１２はシリンダ６０２と一体となっているので、シリンダ６０２の移動によって集光光学系１１２は移動する。こうして、本発明に係るカソードルミネッセンス検出システムの第二のアスペクトによれば、操作者が、顕微鏡の外側から集光光学系を移動させて、電子放出ソースとサンプルとの関係で集光光学系をより良好に位置決めさせることを可能にさせて、光信号のスペクトル分解能と共に、集光光学系のダウンストリームで集光される光放射線の強度の維持を向上させることができる。

本明細書を読めば、カソードルミネッセンス検出システムの第一のアスペクトと第二のアスペクトとを組み合わせることができることが当業者に明らかになる。上述したように、図６及び７に示したシリンダ６０２は、ウィンドウシール３１２と、調整手段１１４（特に、集光レンズ３１６）が内部に配置された内側シリンダ３１４と、光ファイバー１１６の入力部とを含んだ、図３〜５に図示された外側シリンダ３０６と取り換えることができる。本発明の第一のアスペクトと第二のアスペクトとを組み合わせることにより、順応性を有し且つ調整可能で、共通の実装し易い手段によって最適なスペクトル分解能を維持しつつ、集光される光の強度とそれの分析手段への伝達とを最適化させるのに用いることのできるカソードルミネッセンス検出システムが得られる。

本発明の第三のアスペクト
図８は、本発明の第三のアスペクトによるカソードルミネッセンス検出システムの光路の第一の例を示した図である。

図８に示した光路８００は、集光手段として、放物面鏡８０２を含み、この放物面鏡８０２は、図２に示した放物面鏡２００と同一のものであってもよく、粒子ビームによって照射されるサンプルから出る光放射線を集光する。

光路８００は、処理手段として、レンズ８０４を含んでいて、このレンズ８０４は、図３及び４に示したレンズ３１６であってもよく、放物面鏡８０２によって集光された光放射線を受けて、該光放射線をスペクトロメータ８０６に注入する。そのスペクトロメータ８０６の入力部は平面８０８によって示されている。スペクトロメータ８０６は、スペクトロメータ８０６の格子８１２のアップストリームに配置されたレンズ８１０を含み、このレンズ８１０は、スペクトロメータ８０６に入る光放射線をスペクトロメータ８０６の格子８１２へと送る。また、スペクトロメータ８０６は、スペクトロメータ８０６の格子８１２のダウンストリームに配置されたレンズ８１４を含み、このレンズ８１４は、スペクトロメータの出力部に相当し、スペクトロメータ８０６から出る光放射線をＣＣＤカメラ８１６に送る。スペクトロメータ８０６とカメラ８１６は、カソードルミネッセンス検出システムの分析手段を構成している。

本発明の第三のアスペクトによれば、放物面鏡８０２とレンズ８０４とスペクトロメータ８０６は、以下のように選択され位置決めされる。
・放物面鏡８０２は、２ｍｍのｐの値と、３ｍｍの厚みを有する。
・放物面鏡８０２の最大出力角度はゼロ（平行ビーム）で、レンズ８０４の最大入力角度はゼロ（平行ビーム）である。
・放物面鏡８０２から出る光放射線のレンズ８０４の入力面におけるプロフィールは、その入力面の一方向において９ｍｍであり、入力面の別の方向において３ｍｍで、レンズ８０２の有効入力面は８ｍｍである。
・放物面鏡の中心が（レンズの光軸と平行な）該放物面鏡の水平面と垂直面との間の中間点であるとすると、放物面鏡の中心に対するレンズ８０４のオフセットは１００ミクロンよりも小さい。このような状況下で、放物面鏡の焦点の位置を算出して放物面鏡の最大集光角度を確保する。
・レンズ８０４の最大出力角度は６．３°である。
また、
・スペクトロメータの入力部における分散方向でのビームの幅は典型的には１００又は７０ミクロンで、スペクトロメータの入力部における限界径（ｌｉｍｉｔ ｄｉａｍｅｔｅｒ）は７０μｍであり、それを下回ると、スペクトロメータの解像度は最早スペクトロメータの入力部における光放射線のウエストの直径に左右されなくなる。
更に、
・光軸に直交する空間の二つの方向の少なくとも一方と光軸の方向におけるシリンダの移動の精度は、１μｍより大きいか又は等しく、それにより、スペクトロメータの入力部における、３０ミクロンよりも大きく、即ち、スペクトロメータの入力部における限界寸法よりも小さい分解能を担保し、それを下回る場合には分解能が低下する。

図９は、本発明の第三のアスペクトによるカソードルミネッセンス検出システムの光路の第二の例を示した図である。

図９に示した光路９００は、図８に示した光路８００が有している部品の全てを含んでいる。

光路９００は、光ファイバー９０２を更に含み、この光ファイバー９０２は図３及び４に示した光ファイバー１１６であってもよい。光ファイバー９０２の入力部はレンズ８０４の焦点に位置決めされ、光ファイバー９０２の出力部は平面８０８によって示されているスペクトロメータ８０６の入力面において位置決めされている。

光路９００の光学部品のパラメータは、図１を参照して説明したパラメータと同一である。

然しながら、
検査対象が非常に小さい場合には、光ファイバー９０２の入力部における放射線の幅は約１５ミクロンで、光ファイバーの有効入力部直径は７０μｍである。
また、レンズ８０４から出る放射線の最大角度は６．３°で、光ファイバー９０２の入力部における限界入射角は６．９°である。
更に、レンズ８０４の中心に対する光ファイバー９０２のオフセットは１００ミクロンよりも小さい。
また、スペクトロメータの入力部におけるビームの分散方向での幅は７０μｍで、スペクトロメータの入力部における限界径は７０μｍで、その限界径を下回る場合には、スペクトロメータの分解能は、スペクトロメータの入力部における光放射線のウエストの直径に最早左右されなくなる。
更に、光軸に直交する空間の二つの方向の少なくとも一方と光軸の方向とにおけるシリンダの移動の精度は、１μｍよりも大きく、それにより、３０ミクロンより大きい、即ち、スペクトロメータの入力部における限界寸法よりも小さい分解能を担保し、それを下回る場合には分解能が低下する。
また、光ファイバー束１００２に至る光路において生ずる倍率によって割られる各光ファイバーの直径は２μｍである。

図１０と図１１は、本発明の第三のアスペクトによるカソードルミネッセンス検出システムの光路の第三の例であって且つ光ファーバー束を含んだ例を示した図である。

図１０及び１１に示した光路１０００は、図８に示した光路８００が有する部品の全てを含んでいる。

光路１０００は、例えば、図９に示した光ファイバー９０２のような光ファーバーの多数から成る光ファイバー束１００２を更に含んでいる。光ファーバー束１００２の入力部はレンズ８０４の焦点に位置決めされ、光ファイバー束の出力部は平面８０８によって表されているスペクトロメータ８０６の入力面において位置決めされている。

光路１０００の光学部品のパラメータは図１を参照して説明したパラメータと同一である。

然しながら、
光ファイバー束１００２の入力部における放射線の幅は２００ミクロンよりも大きいか又は等しく、光ファイバー束１００２を構成している各光ファイバーの直径は７０μｍである。
また、レンズ８０４から出る光放射線の最大入力角は６．３°で、光ファイバー束１００２を構成している各光ファイバーの入力部における限界入射角は６．９°である。
更に、レンズの中心に対する光ファイバー束１００２のオフセットは約百ミクロンであ
る。
また、スペクトロメータの入力部における分散方向でのビームの幅は７０μｍで、スペクトロメータの入力部における限界直径は７０μｍであり、それを下回る場合には、スペクトロメータの分解能は、スペクトロメータの入力部における光放射線のウエスト（ｗａｉｓｔ）の直径に最早左右されなくなる。
更に、光軸に直交する空間の二つの方向の少なくとも一方と光軸の方向とにおけるシリンダの移動の精度は、１μｍ又は、１μｍよりも大きく、それにより、３０ミクロンより大きい、即ち、スペクトロメータの入力部における限界ウエストよりも小さい分解能を担保し、それを下回る場合には分解能が低下する。
また、光ファイバー束１００２に至る光路において生ずる倍率によって割られる各光ファイバーの直径は２μｍである。

本発明によれば、上述した三つの実施形態の各々は、光強度と、最適なスペクトル分解能と、ナノメータ・プローブ・ビーム（ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃ ｐｒｏｂｅ ｂｅａｎ）又はオングストローム・プローブ・ビーム（ａｎｇｓｔｒｏｍｉｃ ｐｒｏｂｅ ｂｅａｍ）さえも生成することの可能な荷電粒子を用いる顕微鏡において本発明を使用することの可能性を維持しつつ、サンプルによって発せられる光放射線をＣＣＤカメラへ運ぶことを可能にする。

更に、図１０及び１１に示した第三の実施形態は、動的又はシステマチックエラー、又は、サンプルの走査に起因するエラーを修正することを可能にする。

この目的を達成するために、光ファイバー束１００２の入力部１２０２において、光ファイバー束１００２を構成している光ファイバーは、互いの回りを取り囲んだ円形又は六角形の態様で配列されている。光ファーバー束１００２の出力部１２０４において、光ファイバー束１００２を構成している光ファイバーは、スペクトロメータの分散方向に直交する方向で互いに重なって整列している。光ファイバー束１００２の入力部１２０２と出力部１２０４は、図１２及び１３において概略的に示されている。

図１２及び１３は、光放射線が図１０及び１１に示したシステムにおける二つの異なった位置で光ファイバー束に達する二つの構成を示した図である。図１２に示した構成においては、光放射線は、光ファイバー束１００２の入力部１２０２の中心に対して左側にオフセットした点１２０６において光ファイバー束１００２の入力部１２０２に到達し、図１３に示した構成においては、光放射線は、光ファイバー束１００２の入力部１２０２の中心に対して右側にオフセットした点１３０２において光ファイバー束１００２の入力部１２０２に到達する。関連する光ファイバー次第で、光ファイバー束１００２に入る光放射線は、同じ位置で光ファイバー束１００２から出ない。然しながら、上記双方の場合において及び光ファイバー束１００２の入力面に達する光放射線の位置の相違に拘わらず、放射線の全てが光ファイバー束１００２によって集光されてスペクトロメータに運ばれ、二組の放射線の各々についてＣＣＤカメラで得られるスペクトル１２０８，１３０４は同一である。このことは、スペクトル分解能又は光の強度の何らかのロスを伴うことなく起こる。

本発明の三つのアスペクトは、単一のカソードルミネッセンス検出システムにおいて、二つ又は三つ共組み合わせることができる。

勿論、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、上記実施形態に様々な調整を加えることができる。

Claims (15)

1. 荷電粒子ビームでサンプルを照射するように配置された荷電粒子発生ソースと、
   前記照射されたサンプルから出る光放射線を集光し且つ分析手段へ伝達することのできる少なくとも二つの光学部品を含んだ光路を有しているカソードルミネッセンス検出システムであって、
   前記少なくとも二つの光学部品の第一の光学部品が、サンプルから出る光放射線を集光するための集光部品であり、前記少なくとも二つの光学部品の第二の光学部品が、サンプルから出る光放射線の方向において集光部品からダウンストリームにあり、
   前記光路の各光学部品が、
   前記光学部品の最大出力角度が次の光学部品の最大受光角の１２０％以下であり、
   前記光学部品から次の光学部品の入力面に至る光放射線の直径が次の光学部品の有効な入力直径の１２０％以下であるように、選択されていることを特徴とするカソードルミネッセンス検出システム。
2. 光路上の各光学部品が、光学部品の最大出力角度が次の光学部品の最大受光角よりも小さいか又は等しくなるように、選択されていることを特徴とする、請求項１に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
3. 光路の各光学部品が、光学部品から次の光学部品の入力面に至る放射線の直径が次の光学部品の有効な入力直径より小さいか又は等しくなるように、選択されていることを特徴とする、請求項１に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
4. 光路の各光学部品は、先行の光学部品の中心に対する一つの光学部品のオフセットが次の関係に適合するように、配置させることを特徴とする、請求項１に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
   Ｄｓ_i／２≦１．２Ｄｅ_i+1／２−Δ_i+1 ｆｏｒ ｉ＝１．．．Ｎ−１
   ここで、
   Ｎは光路における光学部品の総数で、
   Δ_i+1は光学部品ｉの中心に対する光学部品ｉ＋１のオフセットで、
   Ｄｅ_i+1は光学部品ｉ＋１の有効入力直径で、
   Ｄｓ_iは光学部品ｉから出て光学部品ｉ＋１の入力部において測定される放射線の直径である。
5. 光路の各光学部品を、先行の光学部品の中心に対する一つの光学部品のオフセットが次の式を実証するように、位置決めさせることを特徴とする、請求項４に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
   Ｄｓ_i／２≦Ｄｅ_i+1／２−Δ_i+1 ｆｏｒ ｉ＝１．．．Ｎ−１
6. 光路上の光学部品の少なくとも一つは、入力部に焦点合わせ部品を含んだスペクトロメータであって、前記スペクトロメータと光路のその他の光学部品とを、スペクトロメータの入力部におけるビームの分散方向の幅がスペクトロメータの入力部における限界直径以下となるように選択し、その限界直径よりも小さい場合にはスペクトロメータの分解能は、スペクトロメータの入力部におけるビームの分散方向の幅に最早左右されない、請求項１に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
7. スペクトロメータの前の光学部品は、光ファイバーを含んでおり、その光ファイバーの出力部はスペクトロメータの入力部に配置され又はスペクトロメータの入力部においてイメージされ、
   先行の光学部品から出て光ファイバーの入力部において測定されるビームの直径が光ファイバーの有効直径の１００％以下となり、
   先行の光学部品から出るビームの最大入力角度が前記光ファイバーの限界入射角の１００％以下となるように、
   前記光ファイバーと光ファイバーの前の光学部品を選択する、請求項６に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
8. スペクトロメータの前の光学部品は、光ファイバー束を構成している複数の光ファイバーを含んでおり、
   前記光ファイバー束の光ファイバーは、前記スペクトロメータの入力面における分散軸に直交する前記スペクトロメータの側で整列されていて、
   光ファイバーの全ての直径の合計は、非分散方向におけるスペクトロメータの倍率によって割られる非分散方向におけるスペクトロメータのディテクタの寸法以下であり、
   先行の光学部品から出るビームの光ファイバーの入力部における直径が光ファイバーの有効直径の１００％以下となり、且つ
   先行の光学部品から出るビームの光ファイバーの入力部における最大入力角度が前記光ファイバーの限度入射角の１００％以下となるように、
   光ファイバー束を構成している各光ファイバーは選択されていることを特徴とする、請求項６に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
9. スペクトロメータの前の光学部品は、光ファイバー束を構成している複数の光ファイバーを含んでおり、
   光ファーバー束は、コンパクトであって、六角形の入力部を有し、および／または、
   光ファイバー束の総直径と一つの光ファイバーの直径との間の比率は、３〜３０の間に設定することを特徴とする、請求項１に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
10. 集光部品は、１〜８ｍｍの間の全厚みを有していることを特徴とする、請求項１に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
11. 光放射線の集光を実施する集光部品は、放物面である場合、１〜３ｍｍの間のパラメータｐ、又は、約２ｍｍ±１．５ｍｍのパラメータｐ、又は、０．７５〜２．５ｍｍの間の焦点距離ｆを有していることを特徴とする、請求項１０に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
12. 光路の光学部品は、光軸に直交する空間の二つの方向において、光路がスペクトロメータを含む場合、二つの方向の少なくとも一つの方向への移動の精度が以下よりも大きく又は同等になるように、位置決めすることができることを特徴とする、請求項１に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
    ・スペクトロメータの入力部における寸法、即ち、スペクトロメータの倍率によって割られ且つ荷電粒子発生ソースとスペクトロメータの入力部との間の光路で生じる総倍率によって割られるディテクタのピクセルの寸法、又は、
    ・スペクトロメータの前の光学部品が光ファイバー又は光ファイバー束である場合における、光ファイバー又は光ファイバー束の入力部に至る光路で生じる総倍率によって割られる、光ファイバーの又は光ファーバー束における最も大きな光ファイバーの直径。
13. 少なくとも一つの方向への光学部品の移動の精度が以下よりも大きく又は同等になることを特徴とする、請求項１２に記載のカソードルミネッセンス検出システム。
    ・スペクトロメータの入力部における寸法、即ち、スペクトロメータの倍率によって割られ且つ荷電粒子発生ソースとスペクトロメータの入力面との間の光路で生じる倍率と第一の光学部品の最大受光角とによって割られるディテクタのピクセルの寸法、又は、
    ・最後の光学部品が光ファイバー又は光ファイバー束である場合における、荷電粒子発生ソースと光ファイバーの又は光ファイバー束の入力面との間の光路に生ずる倍率と第一の光学部品の最大受光角とによって割られる、光ファイバーの又は光ファーバー束における最も大きな光ファイバーの直径。
14. 荷電粒子ビームを放出するソースと、
    請求項１に記載のカソードルミネッセンス検出システムとを有する顕微鏡。
15. 少なくとも、
    一つの明視野ディテクタと、
    一つの暗視野ディテクタと、
    一つの電子エネルギー損失分光（ＥＥＬＳ）ディテクタと、
    撮像又は回折用の一つのカメラと、
    一つのエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）ディテクタを更に含んでいることを特徴とする、請求項１４に記載の顕微鏡。

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